[发明专利]用于计量设施消耗并优化上游通信的设施仪表和用于管理这些通信的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过计量系统的通信网络从至少一个设施管理中心监测并进行管理的设施仪表的领域。

背景技术

在全世界能源分配市场中正在进行的解除管制正在驱动对智能设施分配网络和智能仪表的需求，使设施提供商和消费者都能够通过开放式通信网络或不可靠的网络(诸如，互联网)在任何时间监测终端用户的详细消耗。能源市场到今天为止受到特别关注，但相关问题还与其它设施市场(诸如，水或煤气)有关。

自动化仪表能够使设施提供商远程读取定期地记录用户消耗信息的仪表寄存器。然而，这种读取仅根据设施提供商的决定偶尔发生，并且通常在设施提供商的紧密控制下使用专用网络(无线或有线)。下一代的自动化仪表(所谓的智能仪表)将会使设施提供商(诸如，远程设施管理中心)能够通过开放式通信网络在任何时间并且以精细得多的粒度监测终端用户的详细消耗。预期这种更精细的粒度监测鼓励可能由竞争的设施提供商实施的针对终端用户的更精确地作为目标确定的费用和价格，因为类似于90年代的电信市场，设施市场被解除管制。当HAN(家电网络)与智能电网互连以直接报告它们的终端使用信息而非通过智能仪表集中这种信息报告时，这将会变得甚至更加重要。

设施提供商还能够通过通信网络远程地管理、配置并且升级仪表。在某些市场中，甚至需要智能仪表实现远程断线部件，从而设施公司能够例如在未付费的情况下远程地停止服务分配。

因此，与以前的自动化仪表相比，智能仪表通常以频繁得多的速度产生自动化读取消息或者在HAN互连情况下把自动化读取消息向上游传递给远程设施提供商管理装备。这些消息还可携带显著地更长的载荷，因为由设施提供商监测更多的细节。

很清楚地，所导致的设施服务和账单功能对远程通信消息的依赖提升了对数据隐私和保密性以及针对软件错误和出现的威胁(诸如，利用智能仪表安全设计缺陷的智能电网蠕虫和病毒)的有效系统强壮性的新的关注。这些缺陷可能在部署时是不知道的，但可能在以后变得严重。在远程断线部件的情况下，这一点特别明显，所述远程断线部件是网络恐怖主义的主要破坏目标并且还是作为使一些房屋警报从它们的电源断开的方法的本地窃贼的可能的进入点。

实际上，智能电网和智能仪表的现今的安全设计主要由电信行业所导致，并且它们中的很大一部分经受出现的由国际委员会(诸如，ANSI或IEC)实施的标准化。敏感消息需要由经设施仪表和远程设施提供商管理装备之间的单独点对点通信使用密码协议建立的安全验证通道保护。因此，在该领域中的最近的标准规范(诸如，ANSI C12.22或IEC62056/COSEM)定义通常如何通过设施管理中心或数据收集集中器和设施仪表之间的会话密钥设置来加密消息载荷以及对消息载荷进行签名。

如来自Itron的白皮书“OpenWay By Itron Security Overview”中所述，由于实用的操作的原因，通常因为在大规模计量部署(例如，一千万个仪表)中管理对应上游消息的开销，一些来自设施管理中心或收集器集中器的下游消息可被广播或多播到设施网络，而没有来自每个目标设施仪表的安全接收确认。然而，个体仪表设施使用消耗信息(诸如，实际设施使用或事件日志)必须被点对点地从设施仪表传送回至设施管理中心或收集器集中器。因此，为了调节它们的智能计量系统以支持多达一千万个仪表，Itron报告需要在上游处理多达每秒24000个消息，而广播/多播下游消息能够把这些消息分解为每秒200个消息。

实际上，因为三个主要独立因素，当智能电网变为更广泛地部署并且解除管制时，可调节性问题将会变得甚至更重要：

·解除管制使终端用户能够从可能在运行中的单个设施仪表在几种设施提供商服务并存价格之间进行选择。在该方案中，设施仪表将会需要在上游与几种设施管理中心或收集器集中器通信，因此基本上把上游消息的数量乘以设施提供商的数量。

·系统地执行设施仪表安全消息发送并改进内部设施仪表安全实现方式以防止网络恐怖分子智能电网攻击风险以及终端用户仪表黑客攻击欺骗刺激的需要。高度敏感的设施仪表密码模块因此需要尽可能深入地进入到仪表系统设计中，通常直至设施仪表数据和密钥寄存器，而非在通信网络接口操作，因此除了当前标准规范之外，还需要另外的密码协议和消息发送机制。