智能电网环境下zigbee技术和其安全性探究

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1、智能电网环境下ZigBee技术和其安全性探究　　摘要：随着智能电网的不断发展，ZigBee技术在智能电网中起到了关键作用，在应用的同时，ZigBee技术的安全性问题不容忽视。首先对ZigBee技术进行了概括介绍，说明了其特点、优势和网络结构；其次以高级量测体系中的家域网为例，介绍了ZigBee技术在智能电网环境下的应用场景；再次，分别从安全架构、安全密钥、安全措施等方面分析了ZigBee的安全性问题；最后提出了对智能电网中ZigBee技术安全问题的考虑。关键词：智能电网；传感器网络；ZigBee技术；安全性中图分类号：TN915?

2、34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）17?0045?040引言12智能电网是以物理电网为基础，集成了先进的传感量测技术、网络技术、通信技术、分析决策技术、自动控制技术与能源动力技术的新型现代化电网[1]。智能电网具有坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等特征，能够实现对电网所有设备的状态进行监测和控制，实现自适应和自愈以及发电、输配电和用电之间的优化平衡，使得电力系统更加清洁、高效、安全、可靠。ZigBee是一种低功率、低传输速率、短距离的无线通信技术，它基于面向无线传感器网络的标准IEEE802.15.4，可

3、以被广泛运用于工业控制、建筑自动化、家庭自动化、卫生保健和远程控制等领域[2]。在电力系统自动化中，ZigBee技术可运用于远程抄表、电力系统监控、电力参数量测等方面，ZigBee技术可以提高电力系统监控的效率以及系统的可靠性[3]。在众多应用中，对无线传感器网络的安全性有着很高的要求，安全问题是限制无线传感器网络发展的重要因素之一。同样，将ZigBee技术应用于智能电网时，必须要考虑到其安全性问题。1ZigBee技术ZigBee是一种新型无线通信技术，其依据IEEE802.15.4标准，在成百上千个微小的传感器之间相互协调实现通

4、信，这些传感器所需的能量较少，通信以单跳的方式进行，以无线电波为载体将数据从一个传感器传到另一个传感器，具有非常高的通信效率。ZigBee技术具有低功率、低传输速率、低时延、自组织、网络容量大、高安全性等特点，比较适合于承载数据流量较小的业务，目前ZigBee技术主要被应用于自动控制、传感和远程控制领域[4]。12一个基于ZigBee技术的无线传感器网络定义了两种类型的设备：全功能设备（FFD）和简化功能设备（RFD）。ZigBee的全功能设备又称为主设备，可以与网络中任何类型的设备进行通信，承担网络协调者的工作，这类设备主要包括

5、ZigBee协调器、ZigBee路由和部分ZigBee终端；简化功能设备又称为从设备，不能作为网络协调者，只能与主设备进行通信，这类设备主要为ZigBee终端。ZigBee协调器在网络中可作为汇聚节点，它具有比网络中其他节点更强大的功能，在一个ZigBee网络中只允许有一个ZigBee协调器，作为网络的主控节点，其主要负责启动和配置网络；ZigBee路由器是一种支持关联的设备，主要负责路由发现、消息转发，一个网络中可以包含多个ZigBee路由器，它们能够将消息转发到其他设备之上，通过连接其他节点可以扩展网络覆盖范围[5]。ZigB

6、ee终端设备需通过ZigBee协调器或ZigBee路由器连接到网络之中，可以执行相关的功能，并将数据通过网络传输到需要与之通信的设备，但是任何节点都不能通过ZigBee终端设备接入到网络之中。ZigBee共支持三种类型的自组织无线网络，分别为星型网络、网状型网络和簇型网络，各类型网络的示意图如图1所示。2ZigBee技术在智能电网中的应用场景12在智能电网中，ZigBee技术可以用于远程抄表、家域网、电力资产管理和电力设施监测与定位等诸多领域，其中家域网是一个典型的应用场景。家域网（HomeAreaNetwork，HAN）是智能电

7、网中高级量测体系（AMI）的组成部分。AMI是一个用于量测、采集、存储、分析和处理用户用电信息的完整网络系统，主要由安装在用户端的智能电表、家域网、电力公司端的数据管理系统和它们之间的通信系统组成[6]。AMI将用户和临近的电力公司相连，被认为是将智能电网概念实体化的第一步。HAN网关和数据中心之间的通信网络可以使用电力通信线（PLC）、数字微波通信、SDH光纤、ASON网络、GPRS/CDMA、卫星通信或其他通信方式。但作为智能电网的“最后一英里”，ZigBee无线通信技术可以被用于构建一个完整的AMI系统。通过ZigBee技术

8、，智能电表、能源网关和其他家用电器被紧密连接起来，建立起家庭中的一个能源管理系统。智能电网的AMI中基于ZigBee技术的HAN的特征和优点如下：提供需求响应和载荷控制的能力；为分时计价提供机制；为家庭用户和电力公司提供可靠的信息连接；提供实时用能