Embedded TLS 1.2 Implementation for Smart Metering & Smart Grid Applications

Digital networked communications are the key to all Internet-of-things applications, but especially to smart metering systems and the smart grid. In order to ensure a safe operation of systems and the privacy of users, the transport layer security （TLS） protocol, a mature and well standardized solution for secure communications, may be used. We implemented the TLS protocol in its latest version in a way suitable for embedded and resource-constrained systems. This paper outlines the challenges and opportunities of deploying TLS in smart metering and smart grid applications and presents performance results of our TLS implementation. Our analysis shows that given an appropriate implementation and configuration, deploying TLS in constrained smart metering systems is possible with acceptable overhead.

智能电网中基于密钥生成的物理层安全技术研究

电网作为国家重要基础设施,其安全性至关重要。无线通信在智能电网的发展中体现了重要作用,是实现智能电网泛在环境感知、嵌入式计算、网络通信等系统工程的重要保障。然而,在突破传统物理连接设备限制的同时,无线电磁传播的开放性也给智能电网带来了严峻的安全挑战。为了确保智能电网无线终端间的通信安全,文中提出了一种基于密钥生成的增强型物理层安全策略。该策略综合利用电网设备的物理标识、无线信道的随机特性以及时间戳功能,既可以实现“一次一密”的轻量级加密效果,又能够有效鉴别合法网络设备,从通信安全和设备识别两个角度为智能电网提供高效可靠的安全通信保障。仿真实验结果表明,文中所提出的物理层密钥生成方法可以充分保障无线通信安全,在实际应用中可以有效对抗窃听者的窃听攻击,同时针对恶意干扰攻击也具有很强的鲁棒性。

面向多业务场景的区块链数据存证系统

针对区块链存证系统多需对不同业务场景的存证内容开发特定智能合约及对关系型数据存证操作不便的问题,提出了面向多业务场景的智能合约分层架构、设计模式及基于集合论的智能合约对关系型数据的操作方法。通过对不同智能合约间及智能合约同数据表间的解耦,提高了智能合约代码的可扩展性,并能有效支持以键值对数据库为底层存储的区块链对关系型数据库表及数据的存证操作,实现对已有政务业务数据的存证。实验结果表明,提出的存证方案具备可行性和有效性,并可大幅减少智能合约的开发工作量。

继电保护技术在智能电网中的应用分析

大量新能源接入电网对电网运行安全、稳定提出了更高要求。在此背景下,继电保护作为主流的智能电网保护方案,对保障智能电网安全可靠运行有着重要意义。继电保护可以有效解决电网故障问题,并发出故障警报。运维人员可在短时间内发现故障情况,快速处理故障问题,缩短停电时间,降低电力公司损失。对于电力公司而言,如何正确应用继电保护技术,保证智能电网安全、可靠运营,是需要重点考虑的问题。基于此,分析了智能变电站结构与特点,并探究了继电保护技术在智能电网中的应用方案以及过程层组网方式,旨在保障智能变电站安全、稳定运行。

基于无人机遥感技术的电力巡检方案研究

随着我国电力基础设施的快速发展和电网规模的不断扩大,传统的人工巡检方式已难以适应现代电力系统的高效运维需求。本研究基于“一体三翼”的思想,提出一套多层次、多维度的无人机电力巡检方案,借助顶层设计达成主体建设目标,然后通过“设备层—数据层—平台层”三层协同巡检方式实现对电力设施的智能化、精细化巡检。

有源智能反射面辅助的无线安全网络能效优化

由于“双重衰落”效应,使得含有IRS系统的链路传输过程面临两段较大的链路损耗,为了解决该效应,引入有源IRS辅助系统安全。基于此提出了物理层安全领域下有源IRS辅助系统安全保密能量效率优化问题,并考虑用户保密速率约束、基站发射功率约束、IRS功率约束以及反射原件放大系数约束。为了解决该多变量耦合的非线性优化问题,采用交替优化技术、Dinkelbach方法、SDR技术联合处理。对比有源IRS、无源IRS以及无IRS辅助三种方案,仿真结果显示,所提出的有源IRS辅助方案能够达到更好的保密能效,从而使系统安全性得到保证。

基于CRSN的智能电网资源跨层分配算法改进

由于用户的增多,导致智能电网的频谱资源紧张,严重影响了智能电网运行的稳定性,同时也降低了供电能力。为了解决这一问题,提出基于CRSN的智能电网资源跨层分配算法改进研究。将认知无线传感器网络(Cognitive Radio Sensor Networks,CRSN)引入智能电网中,通过认知节点感知智能电网主用户的频谱资源,找出可用的空闲频谱。借助图论着色将智能电网资源进行跨层分配建模,利用改进猫群算法求取分配模型最优解,得到智能电网资源跨层分配方案。实验结果表明,所研究算法求解到的方案是全局最优解,能够实现智能电网频谱资源的跨层分配。

基于220 kV智能变电站的网络信息流分析及应用

智能变电站增加了过程层设备,对应的网络结构也发生了相应变化。通过梳理220 kV智能变电站的网络架构及各个间隔的信息流向图,并结合某一智能变电站的异常进行应用,得出了智能变电站的网络信息流处理方法,为现场解决GOOSE、SV断链等异常提供了参考。

全维智能可重构无线通信系统设计与实现

【目的】通过探讨智能无线环境和智能可重构物理层的应用需求和发展趋势,构建全维智能可重构无线通信模型和体系结构。【方法】首先,将物理层参数和无线传播环境等无线通信链路的各个维度纳入智能可重构范畴,解决了由于硬件条件与无线环境限制引起的传统通信技术难以实现更高维调控自由度的问题。然后,利用优化和定制物理层与无线环境所需的感知数据,提出一种允许根据不同无线环境和PHY参数在人工智能算法之间动态切换的全维可重构结构。【结果】仿真和分析结果表明,该系统在误码率和可达速率等指标上均优于传统方法。【结论】将智能可重构的思想延伸到无线传播环境和整个通信链路的各个维度,构建了高效的全维智能可重构无线通信系统,可以为6G移动通信系统提供工程应用指导。

基于联邦学习的医疗数据共享与隐私保护

针对医疗数据共享中的“数据孤岛”问题,提出一个基于联邦学习的医疗数据共享与隐私保护方案。利用差分隐私技术对各个医疗机构的本地模型参数添加噪声,解决参数泄露的问题;全局模型通过编写的智能合约聚合并上传区块链,避免过度依赖中心聚合服务器;针对提出的隐私保护方案对差分隐私噪声的添加位置进行实验和讨论。实验结果表明,该方案可以在去中心化的同时保护数据的隐私,达到了较高的准确度,找到了合适的噪声添加位置。

鄂尔多斯盆地南部致密油藏水平井智能分采技术研究与试验

为解决鄂尔多斯盆地南部致密油藏水平井大规模压裂开发以后面临的低产、低液和低效问题,进一步描述油藏动态、提高开发效果,通过评估低效水平井的潜力,制定了可行的解决方案和复产措施,基于远程智能控制原理,研制了高性能井下智能开关器,应用机电一体化手段将智能微电子技术应用于生产管柱中,形成了低成本且工序简单的智能分采技术,并基于多封隔器组合管柱力学效应计算方法,对智能分采管柱的变形量及卡水过程中所受的载荷进行了计算,以确保封隔器不会出现移动失效的问题。5口井的现场试验表明,该技术能够有效采集生产数据,降低含水率、提高产量,并且具有施工成本低和调层方便等优点,可以为致密油藏水平井控水稳油高效开发提供有效的技术支撑。

纤维缠绕复合材料压力容器健康监测研究进展

阐述了纤维缠绕复合材料压力容器健康监测传感器的特点和原理,对纤维缠绕复合材料结构健康监测工作中的固化过程监测、服役环境监测、内压和结构应变监测、损伤监测、爆破压力监测、泄漏监测进行了介绍和比较。最后,对纤维缠绕复合材料结构健康监测工作进行了展望,并提出了几点建议。

智能结构中光纤智能夹层系统的研究

根据光纤自诊断系统模块化、集成化要求,提出并研制了光纤智能夹层。这种智能夹层易于制作,且制作过程中光纤传感器完好率达100%,智能夹层的埋入对复合材料拉伸强度影响较小。在此基础上,对光纤智能夹层试件进行了轴向拉伸试验。试验表明,在一定应变范围内,单膜交错光纤中光强-应变之间具有良好的线性关系,可以在埋入复合材料之前进行标定。利用智能夹层内的光纤传感器网络和先进的信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。

用于结构健康监测的智能夹层研究进展

利用改进的柔性印刷电路技术,把一个分布式传感器/驱动器网络预先复合到一片绝缘载体膜上形成薄层,再结合相应的信号控制和处理软件,这就是当前先进的智能夹层(SMARTLayer)技术。结构健康监测(SHM)系统中智能夹层的提出及发展,将有可能把目前广泛采用的离线、静态、被动的材料及结构的损伤检测,转变为在线、动态、实时的健康监测,从而导致工程结构及材料安全监测与性能改善思路产生质的飞跃,引起结构及材料设计思想的变革。在本文中,主要阐述了智能夹层的发展、特点、关键技术、部件、相关的数据处理和应用情况,以及对今后的发展提出了一些需要注意解决的问题。在研究中,我们发现嵌入到玻璃纤维复合材料中的智能夹层对工程材料基体的力学性能没有产生明显的影响,并且自身的电学性能也非常稳定。

水泥基智能表层的研制及特性

研制了一种与混凝土结构相容性好的全域性应变传感器——水泥基智能表层，对这种新型传感器的静态特性进行了实验分析．对铺设有水泥基智能表层的实验梁进行三点弯曲实验，在不同挠度下，用数据采集系统和电阻应变仪分别测量梁上各等分段电压及其平均应变．实验结果表明，在弹性范围内，水泥基智能表层表现出良好的压敏性，电阻变化率与梁的平均应变有很好的一致性，反映了结构的应变规律．同时，当水泥基智能表层受压时，各段灵敏度大约为25～30．当水泥基智能表层受拉时，各段灵敏度大约为20-25，其灵敏度远大于电阻应变片的灵敏度2．且有良好的线性和重复性．

智能结构中光纤智能夹层力学特性的实验研究

根据光纤自诊断系统模块化、集成化要求,制作出光纤智能夹层,它可以铺设于复合材料结构表面或埋入复合材料结构内部。对智能夹层试件的轴向拉伸试验和层间拉伸试验表明,光纤智能夹层的埋入对复合材料结构的强度性能无显著影响,可以埋入复合材料结构内部并实施健康监测。试验还表明,在一定应变范围内,单膜交错光纤中光强—应变之间具有良好的线性关系,可以在埋入复合材料之前进行标定。

基于法珀腔光纤传感器的光纤智能夹层的研究

法珀腔光纤传感器是一种适合于智能结构自诊断系统的光纤传感器。在理论分析了法珀腔光纤传感器的基础上,对一种模块化的光纤自诊断系统——光纤智能夹层进行了研究,并对基于光纤法珀腔传感器的光纤智能夹层试件进行了四点弯曲试验。结果表明,光纤智能夹层具有易于制作,使用方便等诸多特点;智能夹层中光纤法珀腔传感器的应变与载荷之间具有良好的线性关系。利用智能夹层中的光纤传感器网络和先进信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。

智能材料结构的研究与发展

智能材料结构的自诊断、自适应与自修复功能的研究是近几年发展起来的研究课题 ,现已成为相关领域研究的热点之一。智能夹层及其先进信号处理技术的研究是智能材料结构研究的主要内容。对实现自诊断、自适应、自修复功能的智能夹层及其信号处理技术的研究现状进行了综述 ,并对智能材料结构的未来发展进行了展望。

水泥基碳纤维智能层检测混凝土梁的试验研究

为研究水泥基碳纤维复合材料的应变传感特性,对带有预制裂缝的混凝土梁试件进行三点弯曲试验。试验结果表明:水泥基碳纤维智能层传感器可感知混凝土梁平均应变的变化;且其与弯拉荷载呈线性变化关系。在压阻效应第一阶段,短切碳纤维发生重新搭接而使得水泥基智能层的电阻变化率随平均应变的增加而急剧增加;在压阻效应第二阶段,水泥基智能层形成新的导电网络其电阻变化率基本趋于稳定;且与梁的平均应变有很好的线性一致性。因此,可通过监测水泥基智能表层电阻变化率来监测梁的平均应变,从而达到检测裂缝宽度的要求。

基于分布式同步方法的智能变电站采样值组网技术

通过对国内外智能变电站过程层采样值传输组网方式的研究,重点对点对点传输方式和交换机组网传输方式加以分析,总结分析了常见组网方式的特点,并针对其不足,提出了智能变电站分布式同步采样值组网技术方案。与原组网方案相比,新方案的主要长处在于不依赖全局同步系统,从而进一步提高了过程层网络的可靠性。该方案的研究成果已应用于苏州110kV沈巷变电站智能化改造。