[发明专利]在电力系统WiMAX无线通信网中使用量子密钥提高电力信息传输安全性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统无线通信领域和量子密码领域，特别是一种在电力系统WiMAX无线通信网中使用量子密钥提高电力信息传输安全性的方法，该方法利用电力系统无线通信领域和量子密码两者的交叉融合，给出了量子密钥应用于电力系统WiAMX无线通信网中的具体实现方法。

背景技术

随着电力系统信息化程度的提高，无线通信在电力系统中的应用越来越广泛。无线技术的流行主要是由便利性和低成本两大因素驱动的。与有线通信不同，无线通信不需要把使用者束缚在固定的地方，就可以方便地进行通信，获取资源。然而这样的便利性也导致了安全性问题的出现，由于连接到通信网络不再需要传输线，相反地，通信数据包是通过电磁波传播的，任何人都有可以进行截取或窃听。

从数据传输的角度考虑，电力通信系统的网络结构可以分为三个部分：总站、中心站和终端。总站和中心站之间采用电力系统的办公自动化网络进行数据传输，通常以光纤作为有线通信链路，而中心站和终端之间多使用无线通信方式传输数据。采用无线传输方式的中心站与终端之间的链路，是整个电力系统网络的通信瓶颈所在，也是最易遭到攻击的地方。

WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）全称是全球微波互联接入技术，也被称为802.16无线城域网。WiMAX网络包括基站和用户设备两个主要组成部分。基站负责广播无线信号，覆盖某一区域范围，该区域范围称为传输单元。当用户设备从一个单元移动到另一个单元时，无线连接也从一个单元过渡到另一个单元。WiMAX技术基于IEEE802.16通信协议，对媒质接入控制层上层协议进行开发,在移动终端与中心站建立同步连接等流程后,实现移动终端与中心站之间宽带数据传输。

WiMAX技术以其传输速率高、建网速度快、建设成本低、覆盖面积广和频谱效率高等一系列优点，是未来最富有竞争力的无线宽带技术之一。基于上述的技术优势，WiMAX技术在电力通信系统中有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：（1）解决电力系统通信网络的城域网接入问题，WiMAX技术与光缆相比，将大大地节约建设成本，方便运行维护；（2）解决载波通信速率低容量小的问题，电力系统通信已建成光纤通信骨干网络，形成光纤通信为主，载波为辅的格局，而WiMAX技术速率高、频谱效率高的优点可作为变电站接入的有效备用通信方式；（3）WiMAX技术建网速度快的特点也可作为电力应急通信的首选，在输变电线路和通信环境发生严重破坏时，WiMAX技术能快速建立接入点，满足大数据量的应急服务，在最短时间内恢复电力通信；（4）WiMAX技术通过智能电表采集大客户用电量、故障定位等信息，将采集点直接接入无线城域网中，进行采集点与调度中心的数据通信，从而实现配网自动化。除此之外，WiMAX技术还可以以无线方式开通宽带接入服务，连接各业务单位，提供数据业务、VOIP语音业务和视频业务等等。

WiMAX技术作为无线通信技术的一种，其缺点则是容易受到攻击而致使数据被窃听和篡改。在IEEE802.16-2004协议中，对媒质接入控制层和物理层进行了规范，媒质接入控制层包含汇聚子层、公共部分子层和安全子层。基于WiMAX技术的电力无线通信系统安全性保证是通过安全子层来实现的。安全子层主要有两大作用：作用一是在整个无线通信网络中为用户提供安全通信的保障，其通过加密移动终端与中心站之间的通信数据来实现；作用二是防止未授权用户非法使用网络，其通过身份认证来实现。通过强行对通信数据进行加密以及对用户身份进行认证，能够有效防止未经授权的用户窃取网络信息和服务。IEEE802.16采用了密钥管理协议来管理移动终端与中心站之间密钥的产生、分配和更新。IEEE802.16密钥管理体系由成对主密钥（PMK）、成对暂时密钥（PTK）、密钥认证密钥（KCK）、密钥加密密钥（KEK）和暂时密钥（TK）组成。PMK先通过伪随机函数生成PTK，再由PTK生成KCK、KEK和TK。