CN112383141A - 基于区块链的智能融合终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的智能融合终端，包括：电源单元、主控单元、采集单元、遥信单元、遥控单元、通信单元和人机交互单元；其中：主控单元包括：区块链模块、边缘计算模块、容器管理模块和身份管理模块。本发明提供的基于区块链的智能融合终端，能够作为区块链边缘节点，从数据源头实现上链存证和数据处理，有效降低了数据被篡改和滥用的风险，保证了数据的可靠性和安全性。

Description

基于区块链的智能融合终端
技术领域
本发明涉及融合终端技术领域，尤其涉及一种基于区块链的智能融合终端。
背景技术
近年来，电网公司大都高度重视配电网发展，逐年加大配电网建设改造投入力度，在解决配电网薄弱环节、提升供电可靠性水平方面成效显著。随着“云大物移智链”等新技术的发展，低压配电物联网应运而生，其本质上是配电网技术与新兴互联网技术深入融合产生的一种新型配电网络形态，实现对内支撑配电网运行、客户服务、企业运行等业务，对外支撑资源商业运营、综合能源服务、虚拟电厂等市场化业务。
配电智能融合终端作为低压配电物联网的核心，是电力物联网技术架构体系中数量最多的边设备，传统配电终端采集的数据一般通过软件***调用实现数据上传至区块链存储，数据交互和处理一般也在云端进行处理。现有配电终端设备的硬件底层上，尚未部署安全可信的数据上链能力，配电终端采集数据在传输过程中存在被篡改的风险。
因此，如何有效的降低数据被篡改和滥用的风险，保证数据的可靠性和安全性，是一项亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于区块链的智能融合终端，能够作为区块链边缘节点，从数据源头实现上链存证和数据处理，有效降低了数据被篡改和滥用的风险，保证了数据的可靠性和安全性。
本发明提供了一种基于区块链的智能融合终端，包括：电源单元、主控单元、采集单元、遥信单元、遥控单元、通信单元和人机交互单元；其中：所述主控单元包括：区块链模块、边缘计算模块、容器管理模块和身份管理模块；其中：
所述电源单元，用于为智能融合终端提供工作电源，并对电压数据进行采集；
所述采集单元，用于采集数据信息，并将采集到的所述数据信息上报至所述主控单元；
所述区块链模块，用于对本地所述智能融合终端数据进行筛选处理、加密后上传至区块链网络；
所述边缘计算模块，用于对所述智能融合终端数据进行分析计算，以及为运行在所述智能融合终端上的服务和第三方应用提供计算、网络和存储资源；
所述容器管理模块，用于对容器部署的应用软件进行管理，配置单个容器的资源，以及远程对容器进行控制；
所述身份认证模块，用于生成注册区块数据并发送到所述区块链模块；
所述遥信单元，用于开关量输入和开关量输出；
所述遥控单元，用于接收外部***的调度指令，以及对电力相关设备和装置进行遥控；
所述通信单元，用于所述智能融合终端的内部通信，以及所述智能融合终端与外部设备之间的通信；
所述人机交互单元，用于所述智能融合终端的操作维护和显示。
优选地，所述终端，还包括：用于功能扩展的扩展单元。
优选地，所述电源单元包括超级电容。
优选地，所述区块链模块部署在所述智能融合终端容器内。
优选地，所述容器管理模块具体用于对容器部署的应用软件的运行状态进行查询、监控与管理。
优选地，所述容器管理模块具体用于对单个容器的CPU核数量、内存、存储空间和接口进行配置。
优选地，所述容器管理模块具体用于远程对容器进行启动和停止操作。
优选地，所述采集单元具体用于采集电压、电流的模拟量，采集电能表数据，以及采集环境数据。
优选地，所述人机交互单元包括：LCD显示屏、操作按键、LED指示灯和调试端口。
综上所述，本发明公开了一种基于区块链的智能融合终端，包括：电源单元、主控单元、采集单元、遥信单元、遥控单元、通信单元和人机交互单元；其中：所述主控单元包括：区块链模块、边缘计算模块、容器管理模块和身份管理模块；其中：电源单元，用于为智能融合终端提供工作电源，并对电压数据进行采集；采集单元，用于采集数据信息，并将采集到的数据信息上报至所述主控单元；区块链模块，用于对本地智能融合终端数据进行筛选处理、加密后上传至区块链网络；边缘计算模块，用于对智能融合终端数据进行分析计算，以及为运行在智能融合终端上的服务和第三方应用提供计算、网络和存储资源；容器管理模块，用于对容器部署的应用软件进行管理，配置单个容器的资源，以及远程对容器进行控制；身份认证模块，用于生成注册区块数据并发送到区块链模块；遥信单元，用于开关量输入和开关量输出；遥控单元，用于接收外部***的调度指令，以及对电力相关设备和装置进行遥控；通信单元，用于智能融合终端的内部通信，以及智能融合终端与外部设备之间的通信；人机交互单元，用于智能融合终端的操作维护和显示。本发明提供的基于区块链的智能融合终端，能够作为区块链边缘节点，从数据源头实现上链存证和数据处理，有效降低了数据被篡改和滥用的风险，保证了数据的可靠性和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明公开的一种基于区块链的智能融合终端实施例1的结构示意图；
图2为本发明公开的一种基于区块链的智能融合终端实施例2的结构示意图；
图3为本发明公开的一种基于区块链的智能融合终端的应用示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明公开的一种基于区块链的智能融合终端实施例1的结构示意图，所述基于区块链的智能融合终端可以包括：电源单元11、主控单元12、采集单元13、遥信单元14、遥控单元15、通信单元16和人机交互单元17；其中：主控单元12包括：区块链模块121、边缘计算模块122、容器管理模块123和身份管理模块124；其中：
电源单元11，用于为智能融合终端提供工作电源，并对电压数据进行采集；
通过电源单元11对智能融合终端中的各功能模块提供工作电源，同时对电压数据进行采集。
采集单元13，用于采集数据信息，并将采集到的数据信息上报至主控单元12；
通过采集单元13对数据信息进行采集，并将采集到的数据信息上报至主控单元12。
其中，主控单元12作为智能融合终端的核心单元，负责对终端的运行进行统一的协调与控制，采集单元、遥信单元等将采集的数据信息实时上报给主控单元，由主控单元对数据进行存储、计算、分析、统计等，主控单元下发控制指令至各功能单元进行控制。提供丰富故障检测功能，精确定位硬件故障，并支持发现容器服务异常，上报硬件/软件告警。
区块链模块121，用于对本地智能融合终端数据进行筛选处理、加密后上传至区块链网络；
区块链模块121作为区块链节点利用共识算法和智能合约参与应用服务，对本地终端数据进行筛选处理、加密后上传至区块链网络，形成区块数据永久保存，实现终端采集数据的安全透明、防篡改、可追溯，从源头保证数据的真实可信。
边缘计算模块122，用于对智能融合终端数据进行分析计算，以及为运行在智能融合终端上的服务和第三方应用提供计算、网络和存储资源；
边缘计算模块122实现对智能融合终端数据的就地化分析计算，为运行在终端上的各种服务和第三方应用提供计算、网络和存储资源，为资源有限的智能融合终端提供基础资源能力能够促进区块链安全高效运行。
容器管理模块123，用于对容器部署的应用软件进行管理，配置单个容器的资源，以及远程对容器进行控制；
容器管理模块123对容器部署的应用软件进行管理，根据实际需求对单个容器的资源进行配置，以及远程对容器进行控制。
身份认证模块124，用于生成注册区块数据并发送到区块链模块121；
身份认证模块124负责智能融合终端在区块链网络中的注册，生成注册区块数据并发送到区块链模块121，永久存储在区块链模块中，通过终端与各业务***双向身份认证，有效防止匿名终端的非法接入。
遥信单元14，用于开关量输入和开关量输出；
遥信单元14主要负责开关量输入和开关量输出功能，其中开关量输入包含配电设备开关位置状态、脱扣状态、隔离开关状态等，开关量输出包含告警信号、事故信号、保护装置动作信号、终端故障信号、网络异常信号等。
遥控单元15，用于接收外部***的调度指令，以及对电力相关设备和装置进行遥控；
遥控单元15主要负责接收外部***的调度指令，对电力相关设备和装置的遥控功能，通过远程实现设备装置的遥控分/合闸等操作。
通信单元16，用于智能融合终端的内部通信，以及智能融合终端与外部设备之间的通信；
通信单元16主要负责终端内部各单元之间的通信和终端与外部设备或***间的通信。通讯接口包含RS485、RS232、电力载波、以太网、WiFi、无线公网、无线专网、2/3/4/5G等，支持主流通讯协议。
人机交互单元17，用于智能融合终端的操作维护和显示。
人机交互单元17主要负责智能融合终端就地化操作维护和显示。
综上所述，上述实施例提供的基于区块链的智能融合终端，包括：电源单元、主控单元、采集单元、遥信单元、遥控单元、通信单元和人机交互单元；其中：所述主控单元包括：区块链模块、边缘计算模块、容器管理模块和身份管理模块；其中：电源单元，用于为智能融合终端提供工作电源，并对电压数据进行采集；采集单元，用于采集数据信息，并将采集到的数据信息上报至所述主控单元；区块链模块，用于对本地智能融合终端数据进行筛选处理、加密后上传至区块链网络；边缘计算模块，用于对智能融合终端数据进行分析计算，以及为运行在智能融合终端上的服务和第三方应用提供计算、网络和存储资源；容器管理模块，用于对容器部署的应用软件进行管理，配置单个容器的资源，以及远程对容器进行控制；身份认证模块，用于生成注册区块数据并发送到区块链模块；遥信单元，用于开关量输入和开关量输出；遥控单元，用于接收外部***的调度指令，以及对电力相关设备和装置进行遥控；通信单元，用于智能融合终端的内部通信，以及智能融合终端与外部设备之间的通信；人机交互单元，用于智能融合终端的操作维护和显示。提供的基于区块链的智能融合终端，能够作为区块链边缘节点，从数据源头实现上链存证和数据处理，有效降低了数据被篡改和滥用的风险，保证了数据的可靠性和安全性。
如图2所示，为本发明在上述实施例的基础上公开的一种基于区块链的智能融合终端实施例2的结构示意图，所述基于区块链的智能融合终端可以包括：电源单元21、主控单元22、采集单元23、遥信单元24、遥控单元25、通信单元26、人机交互单元27和扩展单元28；其中：主控单元22包括：区块链模块221、边缘计算模块222、容器管理模块223和身份管理模块224；其中：
电源单元21，用于为智能融合终端提供工作电源，并对电压数据进行采集；
具体的，电源单元21用于对智能融合终端各功能模块提供工作电源，同时对电压数据进行采集，电源模块配置完善的保护功能，通过配置超级电容的方式，保证了电源单元在失电后数据不会丢失。
采集单元23，用于采集数据信息，并将采集到的数据信息上报至主控单元12；
具体的，采集单元23主要负责电压、电流等模拟量采集、电能表数据采集、环境数据采集等功能，为边缘计算模块和区块链模块提供原始数据来源。
区块链模块221，用于对本地智能融合终端数据进行筛选处理、加密后上传至区块链网络；
其中，主控单元22作为智能融合终端的核心单元，负责对终端的运行进行统一的协调与控制，采集单元、遥信单元等将采集的数据信息实时上报给主控单元，由主控单元对数据进行存储、计算、分析、统计等，主控单元下发控制指令至各功能单元进行控制。提供丰富故障检测功能，精确定位硬件故障，并支持发现容器服务异常，上报硬件/软件告警。
具体的，主控单元中的区块链模块221部署在智能融合终端容器内，作为区块链节点利用共识算法和智能合约参与应用服务，对本地终端数据进行筛选处理、加密后上传至区块链网络，形成区块数据永久保存，实现终端采集数据的安全透明、防篡改、可追溯，从源头保证数据的真实可信。
边缘计算模块222，用于对智能融合终端数据进行分析计算，以及为运行在智能融合终端上的服务和第三方应用提供计算、网络和存储资源；
具体的，主控单元中的边缘计算模块222实现对智能融合终端数据的就地化分析计算，为运行在终端上的各种服务和第三方应用提供计算、网络和存储资源，为资源有限的智能融合终端提供基础资源能力能够促进区块链安全高效运行。
容器管理模块223，用于对容器部署的应用软件进行管理，配置单个容器的资源，以及远程对容器进行控制；
具体的，主控单元22中的容器管理模块223对容器部署的应用软件的运行状态进行查询、监控与管理，可根据实际需求配置单个容器的资源，包含CPU核数量、内存、存储空间、接口等；并可远程对容器进行启动、停止等操作。
身份认证模块224，用于生成注册区块数据并发送到区块链模块221；
具体的，主控单元22中的身份认证模块224负责智能融合终端在区块链网络中的注册，生成注册区块数据并发送到区块链模块221，永久存储在区块链模块中，通过终端与各业务***双向身份认证，有效防止匿名终端的非法接入。
遥信单元24，用于开关量输入和开关量输出；
具体的，遥信单元24主要负责开关量输入和开关量输出功能，其中开关量输入包含配电设备开关位置状态、脱扣状态、隔离开关状态等，开关量输出包含告警信号、事故信号、保护装置动作信号、终端故障信号、网络异常信号等。
遥控单元25，用于接收外部***的调度指令，以及对电力相关设备和装置进行遥控；
具体的，遥控单元25主要负责接收外部***的调度指令，对电力相关设备和装置的遥控功能，通过远程实现设备装置的遥控分/合闸等操作。
通信单元26，用于智能融合终端的内部通信，以及智能融合终端与外部设备之间的通信；
具体的，通信单元26主要负责终端内部各单元之间的通信和终端与外部设备或***间的通信。通讯接口包含RS485、RS232、电力载波、以太网、WiFi、无线公网、无线专网、2/3/4/5G等，支持主流通讯协议。
人机交互单元27，用于智能融合终端的操作维护和显示；
具体的，人机交互单元27主要负责终端就地化操作维护和显示，主要包含有LCD显示屏、操作按键、LED指示灯和调试端口等。
扩展单元28，用于功能扩展。
具体的，按照功能需要以模块化的方式进行扩展实现即插即用的功能单元。
上述实施例提供的基于区块链的智能融合终端，采用硬件平台化设计、功能软件化、结构模块化设计，采用分布式边缘计算架构。
智能融合终端各模块和单元之间的通信接口设计采用高速全双工数据总线进行通信，在数据传输过程，由主控单元统一调度及控制。智能融合终端各模块和单元之间具备即插即用的功能，便于其它功能单元进行拓展。
智能融合终端内嵌安全可信芯片，通过终端与各业务***双向身份认证与交互信息加解密，实现终端可信度量与验证，保证融合终端软硬件的完整性与数据交互的机密性与可用性，有效防止匿名终端的非法接入，确保数据被恶意篡改。安全可信芯片与区块链有机结合，可将智能融合终端身份认证注册信息上链存储，同时将经过注册信息哈希计算值嵌入融合终端形成数字身份，在终端接入和数据交互时更加便捷与安全，解决了数据安全和相互信任的问题。
在确保智能融合终端合法接入的前提下，应用区块链共识机制、智能合约等关键技术，将智能融合终端采集的数据信息或分析结果进行哈希计算上链存证，在数据源头有效遏制了数据被篡改的安全风险，保证数据传输与使用的真实可信。融合边缘计算功能，为区块链的运行提供强大的分布式网络和丰富的计算和存储资源，将边缘处理层功能转移到由感知层智能融合终端处理，大大降低了云处理的压力，在终端侧完成数据分析处理与高级应用。
智能融合终端支持远程通信和本地通信功能，远程通信支持以太网、4G、5G及微功率无线的通信方式，支持IEC60870-101、103、104、MQTT、HTTP等通信协议，本地通信支持RS232、RS485、HPLC的通信方式，支持DL/T698.44、DL/T 698.45、DL/T 645、Q/GDW 1376.2、Modbus等通信协议。智能融合终端配置至少2路无线远程通信接口、2路以太网通信接口、1路本地通信接口、2路RS-485，2路RS-232/RS485可切换串口。
智能融合终端采用容器技术，且单个容器支持部署多个应用软件，不同应用APP运行在操作***上，不同容器中的应用APP相互隔离，可实现分布式能源管理、储能运行管理、电动汽车有序充电管理、能源场站/配电台区监测等多种APP的应用。智能融合终端可对容器的运行状态进行查询和监控，并可远程对容器进行启动、停止等操作；并支持不同的容器间的应用进行数据交互。
下面以具体的实例对本发明提供的基于区块链的智能融合终端的应用场景进行说明。
如图3所示，以分布式光伏电站举例说明，智能融合终端N1实时采集分布式光伏电站运行数据和电量数据，并向相邻的智能融合终端N2-NX形成区块链节点网络进行广播，各智能融合终端N1-NX达成共识后，将运行数据、电量数据以及分析统计数据进行上链存证，并将存证数据通过广播的方式发送给智能融合终端全部网络节点，实现数据在源头进行上链，保证数据的安全性和防篡改。
智能融合终端N1下行通信按照下行通信规约采集分布式光伏电站逆变器、双向计量装置、汇流箱开关等设备的数据信息，在将采集到的数据信息通过上行通信规约发送至各业务***前，各业务***利用区块链智能合约对智能融合终端进行身份认证，合法后在进行数据传输与应用，数据应用如实时运行数据发送至配电自动化、电网调控***，电量数据信息发送至用电信息采集***，参与分布式市场交易的数据信息发送至电力交易***等。智能融合终端作为唯一数据源，实现多个***的数据应用，促进了上下游各主体的互信和数据融合共享。
智能融合终端N1的功能通过容器APP的方式实现，以软件定义终端，如分布式能源管理APP，除可对接入公网的分布式能源***进行实时监测与控制，还可以对双向计量装置进行采集与监测，同时可接受配电自动化***和调控***下发调度指令进行控制。下发的调度控制指令和双向计量装置数据分别上链存证，确保可调度指令执行、电量信息可追溯。智能融合终端区块链将财务计费、计税等规则形成的智能合约上链，智能融合终端N1-AX在智能合约计算结果达成共识后，广播至全网络智能融合终端节点，可实现分布式光伏电站计费、计税自动完成，显著提升交易结算工作效率和透明度。
综上所述，本发明提供的基于区块链的智能融合终端，从终端设备硬件底层部署可信数据上链能力，保证采集数据从源头安全上链，区块链中心化架构，实现分布式的数据记录与存储，能有效降低传统中心化数据存储与计算的压力与风险。
智能融合终端集数据采集分析、分布式存储、边缘计算等功能于一体，作为区块链边缘节点达成去中心化的机制共识，实现可信数据的分布式存储，利用智能合约实现数据计算与分析，可降低传统云计算处理的压力，增强了安全性、隐私性。利用区块链技术，可以在数十个边缘节点上构建分布式控制，以更加透明的方式保护数据和策略的准确性、一致性和有效性。
基于区块链的智能融合终端的应用，能够推动上下游产业互信，提升风险防控能力，实现数据高效共享、降本、提质与增效，可有效解决低压配电物联网建设中面临的数据融通、网络安全、多主体协同等问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于区块链的智能融合终端，其特征在于，包括：电源单元、主控单元、采集单元、遥信单元、遥控单元、通信单元和人机交互单元；其中：所述主控单元包括：区块链模块、边缘计算模块、容器管理模块和身份管理模块；其中：
所述电源单元，用于为智能融合终端提供工作电源，并对电压数据进行采集；
所述采集单元，用于采集数据信息，并将采集到的所述数据信息上报至所述主控单元；
所述区块链模块，用于对本地所述智能融合终端数据进行筛选处理、加密后上传至区块链网络；
所述边缘计算模块，用于对所述智能融合终端数据进行分析计算，以及为运行在所述智能融合终端上的服务和第三方应用提供计算、网络和存储资源；
所述容器管理模块，用于对容器部署的应用软件进行管理，配置单个容器的资源，以及远程对容器进行控制；
所述身份认证模块，用于生成注册区块数据并发送到所述区块链模块；
所述遥信单元，用于开关量输入和开关量输出；
所述遥控单元，用于接收外部***的调度指令，以及对电力相关设备和装置进行遥控；
所述通信单元，用于所述智能融合终端的内部通信，以及所述智能融合终端与外部设备之间的通信；
所述人机交互单元，用于所述智能融合终端的操作维护和显示。
2.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，还包括：用于功能扩展的扩展单元。
3.根据权利要求1或2所述的终端，其特征在于，所述电源单元包括超级电容。
4.根据权利要求1或2所述的终端，其特征在于，所述区块链模块部署在所述智能融合终端容器内。
5.根据权利要求1或2所述的终端，其特征在于，所述容器管理模块具体用于对容器部署的应用软件的运行状态进行查询、监控与管理。
6.根据权利要求1或2所述的终端，其特征在于，所述容器管理模块具体用于对单个容器的CPU核数量、内存、存储空间和接口进行配置。
7.根据权利要求1或2所述的终端，其特征在于，所述容器管理模块具体用于远程对容器进行启动和停止操作。
8.根据权利要求1或2所述的终端，其特征在于，所述采集单元具体用于采集电压、电流的模拟量，采集电能表数据，以及采集环境数据。
9.根据权利要求1或2所述的终端，其特征在于，所述人机交互单元包括：LCD显示屏、操作按键、LED指示灯和调试端口。
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