CN108667931A - 基于gps/北斗定位的自组织区块链网络 - Google Patents
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Abstract
本发明是基于GPS/北斗定位的自组织区块链网络,用于点对点的能源管理与设备监测。区块终端安装在用户的采集接口上,初始化后成为一个节点,各节点的地理位置和区块ID通过无线信号上传服务器。多个节点按照地理位置接近的原则组成私有链,链内各节点定期采集用户的能源生产/消耗数据,负责分布记账和形成共识。每个私有链包含至少一个中立节点,多个私有链由中立节点连接起来,组成跨地区和全球的公有链。本发明实现电网的平衡供需与去中心自治,为组建点对点的能源交易网络奠定基础。分布式能源社区是本发明的一个重要的实施例,解决分布式能源并网和监测的难题。
Description
(一)技术领域
本发明是基于GPS/北斗定位的自组织区块链网络,用于点对点的能源管理与设备监测。本发明以硬件模块定义区块,每个硬件对应一个节点,安装在用户的采集接口上,多个节点按照地理位置接近的原则组成私有链。私有链的节点分为供给节点、需求节点、中立节点三种类型,各节点定期采集用户的能源报表数据,负责分布记账和形成共识。多个私有链由中立节点相互关联形成公有链,建立更大范围的区块链网络,为组建点对点的能源交易网络奠定基础。
(二)背景技术
随着风能、太阳能等分布式能源技术的发展,电力来源日益多元化,接入越来越多的分布式能源和实现点对点供电,成为电网面临的一大挑战。分布式能源***的生产是典型的无中心、多节点状况,发电量和输出波动较大,难以套用现有管理模式。另一方面,分布式能源强调就地消化,希望在小范围内自发自用,避免远距离配送。根据地理位置把供给节点与需求节点组成网络,就近实现电力消费,可降低对电网的干扰,减轻电网的运营压力。
区块链是多个记录着各种信息的区块连接起来组成的一个链条,每个区块代表一个节点,记载着权属、时间、账单等信息,由于账本分布在每个节点中,且修改需要标记时间戳,要非法变更这么多账本,成功的概率极低。由此可见,区块链是一种不可更改的分布式数据库,数据单独放在每个节点中,且存储的信息是一致的,少量损坏不会导致信息丢失,去中心化机制取消了认证中心的背书,由各节点的分布式账本确认数据的真实性。
区块链与能源的结合是目前的技术难点,电网应用还没有成功的实例。首先计算能力不足,多节点共同记账效率低下,无法承担高频交易。其次电气设计要求供电点靠近负荷中心,尽量减少传输损耗,点对点网络必须遵循就近原则,区块链的海量节点是全球性的,无法精细划分,能源网络有名无实,无法自组织形成有效的地区网络。
风能、太阳能等绿色能源与燃煤电力不同,绿色能源可以转换为碳配额,出售给碳排放机构,要求电网为不同来源的电力标记属性。区块链的节点ID是二进制编码,很容易标记属性,实现快速的碳配额转换与交易。去中心化的机制确保了记账的准确性,有效消除电网与供给节点的记录偏差,达成生产量与消费量的共识。
注意到上述问题,本发明提出一种基于地理位置的自组织区块链网络,每个节点安装一个区块终端,通过无线信号与服务器建立无线连接。每个区块终端都预先写入ID编码,不可修改。区块终端初始化时,地理位置和区块ID都通过无线信号上传服务器,服务器根据各节点的地理位置,依据设定的地域范围或地理距离组织私有链。每个私有链包含地域接近的多个节点,只在这个私有链内分布记账和形成共识,减少计算能力需求。各地区会形成多个私有链,这些私有链由中立节点相互关联形成公有链,电网公司和监控部门都是典型的中立节点。公有链的记账与共识由中立节点实现,私有链无须重复记账,不再需要海量节点同步,大大减少计算能力需求。本发明能够解决分布式能源并网和监测的难题,提高区块间的交易效率,是区块链技术在电网中的创新应用,显著提高电网的管理水平。
(三)发明内容
现有的区块链技术中,节点是全球分布,没有基于地理位置组织的需要。能源供需网络都是地区性的,理论上说,每个地区供需基本平衡,尽量减少能源的远距离配送,是最合理的网络。要实现区域网络的自组织,需要各节点自动识别地理位置,连接服务器在后台做位置配对。配对规则是地域接近,一定范围的节点组成一个区域网络,所有的节点分属不同的区域网络。
本发明设计了一种定期读写数据的区块终端,该终端包含处理器、采集器、GPS/北斗模块、存储器与无线模块。每个区块终端都预先写入ID,代表唯一的身份码。ID是32/64位二进制编码,例如互联网的 IPv4协议地址编码为32位,总地址数约43亿个。ID分为供给节点、需求节点、中立节点三类,以区分不同功能的节点。安装区块终端前需要确认身份,保证ID与用户功能符合。GPS/北斗模组确认节点的地理位置,精度越高越好。采集器定期收集数字电表的数据,处理器按照设定程序处理数据,生成能源报表并定期上传服务器,同时定期接收服务器的下行数据。
区块终端的用户可以是发电方,如燃煤电站、光伏屋顶、发电机,也可以是用电方,如商户与工厂。区块终端安装在用户的采集接口上,初始化后成为一个节点。各节点的地理位置和区块ID通过无线信号上传服务器,服务器把所有ID标记在电子地图上,然后依据设定的地域范围或地理距离,自动把合格的节点链接成一个网络,形成一个区域性的私有链。符合设定规则的节点加入这个私有链,超出范围的节点加入临近的私有链,确保所有节点都归属于某个私有链。
私有链形成后,各节点通过无线模块,定期向服务器上传区块终端收集的能源报表数据。服务器存储各节点的数据,定期以无线信号发送下行数据到各节点,记录在各节点的账本上,形成分布式数据库。每个节点都要记录私有链内所有节点的报表数据,每次记账都要标记时间戳,这些分布式数据保持一致,带有时间点记录,确保记账的准确与不可修改。基于地理位置的私有链实现了自组织,节点增减可自动调整,链规模可合理控制,解决了节点过多的难题,避免无效记账,提高交易效率,有利于区块链在能源管理方面的实用。
形成多个私有链后,还需要把多个私有链连接起来,组成跨地区和全球的区块链网络。本发明引入中立节点来完成公有链组织,每个私有链包含至少一个中立节点,该节点不参与电力生产和消费,只负责记账和共识。电网公司和监控部门是典型的中立节点,实时监控电网运行,定期记录各节点的发电量与用电量,且设定该节点的权重高,正常状态以中立节点的账本为准,链内其他节点的账本用于数据复核。中立节点组成的网络成为跨地区和全球的分布式数据库,独立完成记账与共识,不需要私有链内其他节点参与。中立节点是功能强大的计算设备,能够满足公有链的算力要求。
(四)有益效果
本发明是一种基于地理位置的自组织区块链网络,每个节点安装一个区块终端,服务器会根据各节点的地理位置,依据设定的地域范围或地理距离组织一个私有链,多个私有链由中立节点相互关联形成公有链,组成跨地区和全球的区块链网络。本发明实现电网的平衡供需与去中心自治,为组建点对点的能源交易网络奠定基础。分布式能源社区是本发明的一个重要的实施例,解决分布式能源并网和监测的难题,提高区块间的交易效率,大大提高电网管理水平。
(五)附图说明
以下结合附图对本发明加以说明,图1是本发明的区块终端的构成图,图2是本发明的私有链的***示意图和能源社区实施例,图3是多个私有链组成公有链的***示意图。
图1说明了区块终端的构成与功能,硬件由处理器1、采集器2、GPS/北斗模组3、存储器4与无线模块5组成。每个区块终端都预先写入ID,代表唯一的身份码。ID是32/64位二进制编码,分别对应供给节点、需求节点、中立节点三类,以区分不同功能的节点。GPS/北斗模组3确认节点的地理位置,精度越高越好。采集器2记录数字电表的数据,处理器1按照设定程序处理数据,生成能源报表。无线模块5负责与服务器做无线通讯,定期把报表数据上传服务器,同时定期接收服务器的下行数据。
图2说明了私有链是如何形成和工作的。私有链由供给节点6、需求节点7、中立节点8组成,各节点与服务器9建立双向无线连接。区块终端器安装在用户的采集接口上,初始化时,地理位置和区块ID 通过无线信号上传服务器9。服务器9把所有ID的标记在电子地图上,然后依据设定的地域范围或地理距离,自动把合格的节点链接成一个网络,形成一个区域性的私有链。符合设定规则的节点加入这个私有链,超出范围的节点加入临近的私有链,确保所有节点都归属于某个私有链。
私有链形成后,各节点定期向服务器9上传能源报表数据,服务器定期以无线信号发送下行数据到各节点,记录在各节点的账本上,形成分布式数据库。每个节点都要记录私有链内所有节点的报表数据,每次记账都要标记时间戳,这些分布式数据保持一致,带有时间点记录,确保记账的准确与不可修改。
图2是还是分布式能源社区的一个实施例,供给节点6对应太阳能屋顶,是电力生产者,需求节点7 对应商户与工厂,是电力消费者,中立节点8对应电网公司,负责实时记录太阳能屋顶的发电量与用户的用电量。在这个私有链社区中,太阳能屋顶的电力可以直接供给用户使用,实现点对点的供需匹配,社区的发电量尽量内部消化,避免远距离配送。另外,各节点地理位置接近意味着光照条件一致,发电量曲线应该基本一致,如果某个供给节点的能源数据出现大的偏差,表示该太阳能屋顶很可能有故障,从而发出预警,方便用户及时检修。
图3说明了多个私有链如何组成跨地区和全球的公有链,多个节点形成区域性的私有链10,每个私有链10包含至少一个中立节点8,中立节点8互相链接,组成跨地区和全球的公有链。中立节点不参与电力生产和消费,只负责分布记账和形成共识。电网公司和监控部门是典型的中立节点,定期记录各节点的发电量与用电量,且设定该节点的权重高,正常状态以中立节点的账本为准,链内其他节点的账本用于数据复核。跨地区和全球的公有链的记账与共识由中立节点实现,私有链无须重复记账,不再需要海量节点同步,大大减少计算能力需求。
Claims (5)
1.一种基于GPS/北斗定位的自组织区块链网络,由区块终端和服务器构成,区块终端安装在用户的采集接口上,初始化后成为一个节点,其特征是:
区块终端都预先写入ID,ID是32/64位二进制编码,分别对应供给节点、需求节点、中立节点三类,以区分不同功能的节点,安装前需要确认身份,保证ID与用户功能符合;
区块终端包含处理器、采集器、GPS/北斗模块、存储器与无线模块,功能是确认节点的地理位置,定期采集数据并定期上传服务器,同时定期接收服务器的下行数据;
各节点的地理位置和区块ID通过无线信号上传服务器,服务器把所有ID标记在电子地图上,然后依据设定的地域范围或地理距离,自动把合格的节点链接成一个网络,形成一个区域性的私有链,服务器定期发送下行数据到各节点,记录在各节点的账本上,形成分布式数据库;
每个私有链包含至少一个中立节点,中立节点互相链接,组成跨地区和全球的公有链,公有链的记账与共识由中立节点实现,私有链无须重复记账。
2.根据权利要求1所述的自组织区块链网络,其特征是区块终端中,GPS/北斗模组确认节点的地理位置,采集器记录数字电表的数据,处理器按照设定程序处理数据,生成能源报表,无线模块负责与服务器做无线通讯。
3.根据权利要求1所述的自组织区块链网络,其特征是私有链由供给节点、需求节点、中立节点组成,服务器依据设定的地域范围或地理距离,自动形成区域性的私有链,符合设定规则的节点加入这个私有链,超出范围的节点加入临近的私有链,确保所有节点都归属于某个私有链。
4.根据权利要求1所述的自组织区块链网络,其特征是各节点定期向服务器上传能源报表数据,服务器定期发送下行数据到各节点,记录在各节点的账本上,形成分布式数据库,每个节点都要记录私有链内所有节点的报表数据,每次记账都要标记时间戳。
5.根据权利要求1所述的自组织区块链网络,其特征是每个私有链包含至少一个中立节点,中立节点不参与电力生产和消费,只负责分布记账和形成共识。
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