基于无线传感器网络的变电站监控系统

摘要

本发明提供了一种基于无线传感器网络的变电站监控系统，该系统包括：多个环境数据采集节点，数据汇聚节点，远程监控中心；环境数据采集节点与数据汇聚节点之间通过哈希运算的方式进行认证，基于密钥及随机数交互的方式对采集的数据进行二次加密，并通过TDMA方式进行数据发送。本发明能够对变电站的安防、环境以及设备进行全面的监控，并且能够保证变电站数据传输的安全性。

主权项

基于无线传感器网络的变电站监控系统，该系统包括：多个环境数据采集节点，数据汇聚节点，远程监控中心，其中，所述环境数据采集节点包括：微控制器，用于控制环境数据采集节点中的其他组件；存储器，用于存储密钥表，随机数表，认证码以及数据；传感器模块，用于采集变电站相关数据加密模块，用于加密待上传的数据；无线传输模块，用于将加密后的数据发送给数据汇聚节点；所述数据汇聚节点包括：微控制器，用于数据汇聚节点中的其他组件；存储器，用于存储密钥表，随机数表以及认证码；无线传输模块，用于接收环境数据采集节点发送的数据以及向远程监控中心发送数据；环境数据采集节点与数据汇聚节点的数据交互过程包括：认证阶段：(1)环境数据采集节点向数据汇聚节点发送随机数0的索引，数据汇聚节点根据随机数0的索引获取随机数0，并在本地选取随机数1；(2)数据汇聚节点对随机数0，随机数1以及数据汇聚节点的认证码做哈希运算，得到第一哈希值HASH1，随后将第一哈希值HASH1，随机数1，数据汇聚节点的标识信息发送给环境数据采集节点；(3)环境数据采集节点对环境数据采集节点的标识信息以及第一哈希值HASH1作第二次哈希运算，得到第二哈希值HASH2，随后将第二哈希值HASH2，环境数据采集节点的标识，数据汇聚节点的标识发送给数据汇聚节点；(4)数据汇聚节点根据环境数据采集节点的标识在本地查找环境数据采集节点对应的认证码，并对查找出来的环境数据采集节点对应的认证码以及第一哈希值HASH1作哈希运算得到第三哈希值HASH3，将HASH3与HASH2进行比较，如一致，则向环境数据采集节点发送认证成功消息，如不一致，则向环境数据采集节点发送认证失败消息；数据加密阶段：(1)数据汇聚节点将密钥索引和随机数索引携带在认证成功消息中并发送给环境数据采集节点；(2)环境数据采集节点根据密钥索引查找出密钥A，根据随机数索引查找出随机数B，并选出另一密钥C和随机数D，使用密钥A对待上传数据和随机数B进行加密，使用密钥C对加密后的待上传数据和随机数D进行二次加密；(3)将环境数据采集节点的标识信息，密钥C的索引，随机数D的索引以及二次加密后的待上传数据进行存储，等待上传；数据发送阶段：数据发送的时隙结构包括：信标时隙，紧急业务请求时隙，周期性上传时隙，紧急业务上传时隙；环境数据采集节点采集环境数据，对采集到的数据进行判断，如果超出设定的阈值，则判断数据为紧急数据，在紧急业务请求时隙到来时，向数据汇聚节点发送紧急数据发送请求，数据汇聚节点接收到紧急数据发送请求后，为环境数据采集节点分配紧急业务上传时隙，并将分配的紧急业务上传时隙的时隙号携带在紧急数据发送响应信息中，环境数据采集节点接收到紧急数据发送响应信息，获取分配的紧急业务上传时隙的时隙号，在该时隙到来时发送紧急数据，如果未超出设定的阈值，则判断数据为正常数据，等待数据汇聚节点分配的周期性上传时隙的到来，当时隙到来时，上传采集到的数据。