智能电表通信模型与密钥管理方法研究

摘要

高级量测体系(AMI)是智能电网的重要技术组成部分。由于AMI系统中智能电表用户众多，如果各电表厂家遵循着不同的通信协议标准，则智能电表之间、智能电表与量测管理中心之间的通信将存在互操作性问题。而且未来智能电表还可能与配电自动化系统、分布式电源监控系统进行信息交换。为了解决互操作性问题，需要让智能电表遵循同一种开放的、互操作性强的协议标准，进行统一的电表通信模型构建。另外，由于引入了开放的网络架构及通信技术，AMI系统遭受网络信息安全威胁的可能性大大增加，因此有必要采用基于密钥的加密、认证等安全措施。这些密钥的安全、有效管理，是AMI系统信息安全的重要保障。本文以这两个问题为研究对象，具体工作如下。
　　 (1)考虑到IEC61850标准具有良好的互操作性与可扩展性，以及在整个电力行业领域的应用前景，本文研究了IEC61850的通信建模方法，将通信模型分为信息模型和信息交互模型。首先，根据智能电表的具体功能需求，构建了智能电表服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性等层次模型，并且探讨了信息建模的可行性以及不足之处;其次，根据智能电表的通信需求，参照抽象通信服务接口(ACSI)，构建了智能电表的信息交互模型;最后，以计、测量值的报告模型为例，分析了基于IEC61850的智能电表通信建模过程。
　　 (2)根据AMI的密钥管理需求与难点，提出了一种适用于AMI系统的密钥管理方法。该方法基于密钥图构建密钥管理框架，采用层次化密钥架构，能同时适应AMI双向通信以及三种传输方式的密钥管理需求;考虑智能电表的计算与存储能力，采用对称密钥加密算法以及单向函数，减少了密钥及其相关数据的计算与存储开销;采用了基于量测数据与单向函数的密钥协商更新策略，减少了网间密钥分发开销，并降低了分发消息被截获的风险。经过安全性分析以及算法性能分析，所提出的密钥管理方法符合AMI系统安全需求及系统特性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 智能电表通信模型研究现状

1．3 高级量测体系密钥管理方法研究现状

1．4 本课题的主要研究内容

第2章 课题研究的理论基础

2．1 AMI与智能电表

2．2 IEC61850标准

2．3 密钥管理方法

2．4 本章小结

第3章 基于IEC61850标准的智能电表通信建模分析

3．1 智能电表信息建模分析

3．2 基于ACSI的智能电表信息交互模型

3．3 计、测量值Report模型

3．4 本章小结

第4章 一种适用于AMI的密钥管理方法

4．1 AMI密钥管理难点及其解决思路

4．2 一种新的密钥管理方法

4．3 新方法安全性分析与算法性能分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢