基于Modbus_TCP的电能信息采集系统通信安全研究与实现.pdf

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1、硕士学位论文基于Modbus/TCP的电能信息采集系统通信安全研究与实现RESEARCHANDIMPLEMENTATIONWITHCOMMUNICATIONSECURITYOFPOWERINFORMATIONACQUISITIONSYSTEMBASEDONMODBUS/TCP刘旭哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP309学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于Modbus/TCP的电能信息采集系统通信安全研究与实现硕士研究生：刘旭导师：佟为明教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：

2、哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP309U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHANDIMPLEMENTATIONWITHCOMMUNICATIONSECURITYOFPOWERINFORMATIONACQUISITIONSYSTEMBASEDONMODBUS/TCPCandidate：LiuXuSupervisor：Prof.TongWeimingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineer

3、ingAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着通信技术的快速发展，电能信息采集方式也在逐步的实现升级，传统的人工抄表方式逐渐的退出历史舞台，取而代之的为智能化的自动抄表系统即电能信息采集系统。其能够通过有线、无线通信方式远程读取用户的电能信息，从而避免大量人力资源的浪费，解决了因人工操作导致的漏读、错读等棘手问题，但电能信息在采集

4、端与接收端之间实现传输及处理的过程中，存在着多种未知的安全隐患，严重时可导致电能数据的错误传输及系统通信网络的大面积瘫痪。综上所述，本文需实现采集系统中电能信息通信方案的设计，并针对系统面临的安全威胁及不同类型电能信息的安全需求进行分析，提出一种基于信息加密的通信安全方案，保证电能信息的安全传输。首先，对目前常用于采集系统中的电能信息通信方式进行研究，分析各种通信方式具有的特点及优劣势，实现工业以太网协议Modbus/TCP的选取；提出完善的基于采集终端与集中器的采集系统结构方案，并设计采集终端与集中器的具体功能；分析采集终端与集中器之间传输的信息类型，并针对不同类型电力参数设计具体的格式；

5、分析采集系统中电能信息在通信进程内存在的安全隐患，提出不同种类电能信息的安全需求。然后，为避免通信过程中的明文传输，防止恶意攻击者对重要信息进行窃取、篡改及非法利用，本文对如今广泛应用的数据加密算法进行深入研究，从安全性与效率两方面进行对比及分析，提出基于AES与RSA混合加密的电能信息通信安全方案；设计完善的密钥管理方案，利用主密钥进行数据密钥的生成与更新。最后，针对上述提出的电能信息通信及其安全方案，进行基于ARM的采集终端与集中器的硬件设计以及基于μC/OS-II的ARM主程序、应用层协议、以太网驱动程序、TCP连接建立程序与Modbus/TCP报文加解密程序等软件设计。针对本文开发的

6、电能信息采集系统进行实验，结果表明，系统具有较好的采集精度与可靠的通信能力，可实现电能信息的安全传输。关键词：通信安全；数据加密；Modbus/TCP；电能信息采集系统-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractNowadays,withtherapidprogressofcommunicationtechnology,theacquisitionmannerofpowerinformationisgraduallybeingupgraded.Thetraditionalwayisgraduallywithdrawingfromthestageofhistory,andreplace

7、dbytheacquisitionandcommunicaotionsystemofpowerinformation.Theacquisitionsystemofpowerinformationcanreadthedistantinformationofuserthroughwiredandwirelessway,avoidingthewasteofmanpowerresourcehas,solvingthe