摘 要：介绍物联网及电力泛在物联网的发展历史，介绍国家政策形势及国家电网公司的战略目标，针对未来电力泛在物联网的通信安全提出建议，简要介绍量子通信和边缘计算概念及发展，并对其在电力物联网中的应用提出展望。

关键词：电力泛在物联网;量子通信;边缘计算

1 物联网的概述及安全性、重点通信传输

物联网概念最初由美国麻省理工学院于1999年提出。物联网根据其实施方式可称之为“传感网”，是指将各种信息传感设备和互联网结合起来，形成庞大的信息传输反馈网络，对所有终端设备进行远程识别和控制，形成一个智慧的网络体系。

2004年，日本总务省提出了u-Japan计划，致力于实现人与人、物与物、人与物之间的联系。2006年韩国确立了u-Korea计划，旨在通过智能型网络和设备，实现科技智慧服务。2009年欧盟发表了物联网行动计划，同时IBM和美国智库向政府提交了复苏计划。同年，温家宝总理通过“感知中国”的讲话，要求推进我国物联网建设，并在无锡成立了“感知中国”研究中心。

2019年3月，国家电网有限公司发布了《泛在电力物联网建设大纲》，泛在物联是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息连接和交互。泛在电力物联网是泛在物联网在电力行业的具体体现，将电力用户及设备、电网企业及设备、发电企业及设备、供应商及设备，以及人和物连接起来，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务;以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为行业和市场提供价值服务。

2 目前电力系统主要通信模式及缺点

电力系统的运行关乎国计民生，因此电力泛在物联网的建设必须考虑极高的安全性和可靠性。目前电力行业所依赖的信息传输主要为通信专网和部分公共通信网络。随着电力体制的改革，新能源大规模、高密度接入电网，各种不确定性及扰动增加，电网的的安全稳定运行挑战增加，电力数据的传输及处理的安全性显的尤为重要。比如电网的自动化调度、电网的日常稳定运行、电力系统中的各种管理系统信息传输，是电网稳定运行的基础。例如2015年乌克兰电力系统曾因黑客的入侵，造成了大面积的停电事故。因此研究实现物联网异构系统的安全接入，避免信息泄露、篡改伪造、旁路攻击，确保信息安全稳定传输十分迫切。

3 量子通信及边缘计算介绍

量子通信按照应用场景及传输类型分为“量子密钥分发”和“量子隐形传态”两个方向。目前以量子密钥分发为基础的量子保密通信已进入产业化阶段，量子隐形传态利用量子纠缠来传输信号，目前处于研究阶段。

量子保密通信技术，利用量子的海森堡测不准原理与量子态不可克隆的特性进行安全密钥分发，攻击者无法测量和复制密钥，一旦进行窃听即被发现，具有比传统密钥分发机制更高的安全性，利用量子保密通信技術配合传统的安全防护措施进行输电线路及变电站数据采集、用户身份认证及数据加密等具有很大优势。

根据国家电网公司发布的《泛在电力物联网建设大纲》（以下简称《大纲》），泛在电力物联网包括感知层、网络层、平台层和应用层四个层次。在网络层，可以针对采集数据的重要性和优先级别，采用量子保密通信技术。确保核心数据的绝对安全和稳定。

美国韦恩州立大学施巍松教授团队于2016年对边缘计算作出正式定义：边缘计算是指在网络边缘执行计算的一种新型计算模型，边缘计算操作的对象包括来自于云服务的下行数据和来自万物互联服务的上行数据。该模型和云计算模型互为补充，可有效减少延迟，减轻数据传输带宽负担，缓解云计算压力，提高可用性，确保数据安全和隐私。

边缘计算模型将原有的云计算部分计算任务迁移到数据源附近，具有实施数据分析处理、安全性高、隐私保护、可扩展性强、位置感知等优势。

在物联网的感知层，可建立相应边缘计算平台，对各项异端数据进行采集和初步计算，将重要数据结果通过量子通信专网上传至省级的云计算平台进行处理，省级云计算平台可将处理后的重要数据信息传输至即将建成的“国网云”平台。

4 在国内外应用情况

2013年国家批准建设的量子保密通信“京沪干线”，已于2017年建成。该干线连接北京、上海、济南、合肥四个城域网，全长2000余公里，是世界首条量子通讯主干网络。

2016年，我国发射了“墨子号”量子科学实验卫星，是是世界上第一颗具备量子通信终端能力的卫星，目前已成功验证星地量子通信的可行性，为建立全球量子通信系统奠定基础。2018年，美国众议院科学、太空和技术委员会一致通过了“国家量子计划法案”，提出实施十年国家量子行动计划，重点将量子相关应用商业化。欧盟从20世纪90年代开始，持续推出各项量子计划，并已实现了量子漫步、太空和地球之间的量子信息传输。

2014年欧洲电信标准化协会成立了移动边缘计算标准化工作组，同年，AT&T、思科、通用电气、IBM、英特尔成立工业互联网联盟，2016年，电气和电子工程师协会（IEEE）发起边缘计算研讨会，同年，中科院沈阳自动化研究所等单位成立边缘计算产业联盟。2018年，微软发布“Azure IoT Edge”等边缘侧产品，将业务重心从Windows操作系统转移到智能边缘计算方面;亚马逊公司发布“AWS Greengrass”边缘侧软件，将AWS云服务无缝扩展至边缘设备;阿里云宣布2018年将战略投入到边缘计算领域，并推出“Link Edge”边缘计算产品。

5 前景展望

目前我国量子通信产业链构架已基本完成，但是基础理论研究较美、欧仍有差距。传输系统造价昂贵，在国内市场普及一般，需要政府给与产品市场支持。针对电力系统的量子通信系统，可以以国家建设的京沪干线为基础，将电力系统与其连接，实现系统互通。将量子通信技术应用于电力系统，利用其不可破解的优势和强大的稳定性，可以为泛在电力物联网的信息传输提高高质量的保证。

边缘计算应用与电力系统感知层，可参考江行智能研发的软硬件综合边缘计算管理平台EdgeBox，采用高性能的边缘计算方案。通过该解决方案可对电网通道异常进行检测，对变电站电池进行预测性维护。对电力网络优化、电力数据传输、电力应用轻量化及智能化方面进行强有力的配合。

参考文献：

[1]曹莉，景悦林.感知泛在物联网[J].通信电源技术，2011，28（3）：84-86.

[2]张翼英，张素香.量子通信及其在电力通信的应用[J].2016，14（9）：7-11.

作者简介：杜小龙（1988-），男，工程师，主要从事输电线路施工及运行检修。