CN102707165B - 用于生成电设备能量使用剖析图的系统和方法 - Google Patents

用于生成电设备能量使用剖析图的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明名称为“用于生成电设备能量使用剖析图的系统和方法”。提供了一种用于生成电设备(108)的能量使用剖析图的系统(100)。该系统包括配置成测量电能使用的仪表(104)，用于储存对应于与电仪表关联的一个或多个电设备的能量使用剖析图的存储器区域(110)，以及至少一个处理器(112)。编程处理器以接收(202)关断到与仪表关联的一个或多个电设备的每个的电力的请求，接收(204)接通一个或多个电设备的第一电设备的请求，获得(206)第一电设备的能量使用的斜升波形(302)，将斜升波形转换(208)成数字签名，以及在存储器区域中存储(210)第一电设备的斜升数字签名。

Description

用于生成电设备能量使用剖析图的系统和方法
技术领域
一般地说，本公开的领域涉及测量电能消耗，并且更具体来说，涉及用于生成电设备能量使用剖析图(profile)的系统和方法。
背景技术
为了确保电设施生成的电量足以满足它们的客户放置在系统的负荷需求，设施必须持续管理它们的容量。设施一般有两种选择来满足在峰值能量需求(负荷)期间系统的需求。这些选择包括或者使附加生成的容量在线以满足增加的需求，或者如果适当地装配，横跨它们的客户基础切断(shed)负荷以降低系统的总需求。
当降低需求时，横跨客户基础合理地分配必要的负荷切断是期望的。这在负荷控制程序的参与是自愿的情况下尤其是正确的。在这一点上，提议了许多方法以横跨大范围的客户和他们的个体需求来公平地管理负荷控制。这些方法利用了在客户的位置测量的需求和/或需求率。这种“可分派的”负荷量，例如，可以在给定时间切断的使用，从这些测量中计算并然后用来制定设置点和/或生成直接作用于负荷切断的控制信号。
目前，为了在某个位置测量需求，或者必须使用需求类型的计量设备，或者那个位置使用的负荷控制设备中必须存在类似的的需求计量能力。虽然一些设施可能只使用需求测量能力一小段时间(例如，直到形成健壮模型)，但甚至测量能力的短期利用也不仅成本高昂，而且还要求系统管理的附加层。此外，在假定(premise)层的测量使用不提供在装置层的使用样式的指示。结果是有意要控制个体负荷的控制信号基于已经采取的全局测量，并且被横跨所有受控负荷同等施加。一般地说，设备主要在汇总层与使用相关，而不考虑个体装置层数据。
发明内容
在一方面中，提供了一种用于生成电设备能量使用剖析图的系统。该系统包括：配置成测量电能使用的仪表；用于储存对应于与电仪表关联的一个或多个电设备的能量使用剖析图的存储器区域，和至少一个处理器。编程该至少一个处理器，以接收关断到与仪表关联的一个或多个电设备的每个的电力的请求，接收接通一个或多个电设备的第一电设备的请求，获得第一电设备的能量使用的斜升波形的采样，将斜升波形的采样转换成数字签名，并且将第一电设备的斜升数字签名存储在存储器区域中。
在另一方面中，提供了一种方法。该方法包括：接收关断到与配置成测量电能使用的仪表关联的一个或多个电设备的每个的电力的请求，接收接通一个或多个电设备的第一电设备的请求，获得第一电设备的能量使用的斜升波形的采样，将斜升波形的采样转换成数字签名，并且将第一电设备的斜升数字签名存储在存储器区域中。
在又一方面中，提供了具有计算机可执行组件的一个或多个计算机可读取媒体。该组件包括：接口组件，其在由至少一个处理器执行时导致此至少一个处理器接收关断到与配置成测量电能使用的仪表关联的一个或多个电设备的每个的电力的请求，并且接收接通一个或多个电设备的第一电设备的请求；采样组件，其在由至少一个处理器执行时导致此至少一个处理器获得第一电设备的能量使用的斜升波形的采样；转换组件，其在由被至少一个处理器执行时导致此至少一个处理器将斜升波形的采样转换成数字签名；以及存储器组件，其在由至少一个处理器执行时导致此至少一个处理器将第一电设备的斜升数字签名存储在存储器区域中。
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本公开。
图1是电能测量系统的框图。
图2是用于生成电设备的能量使用剖析图的方法的过程流程图。
图3提供了斜升波形和斜降波形的说明性示例。
具体实施方式
虽然本公开的实施例在本文中是关于测量电能消耗来进行说明和描述的，并且更具体地是用于生成一个或多个家用或商用电设备的能量使用剖析图的系统和方法，但本公开的方面可与执行本文说明和描述的功能性的任何系统或它的等同物一起操作。
电费的两个主要组成部分是使用收费和需求收费。使用指的是消耗的电能的量，并且用千瓦时(kWh)测量。需求是能量消耗速率(例如，速度)，并且用千瓦(kW)测量。使用通常对相等的计量间隔(例如，15分钟到60分钟长)的序列的每个来计量。这样做有两个原因。第一，使用收费可以因使用时间而改变，并且每一间隔的使用或者具体间隔块可以不同的速率计费。第二，使用数据是需求收费的方便的基础。需求收费一般从包括指定间隔块的任意多个间隔的最高平均需求计算。间隔的平均需求仅仅是在间隔期间内的使用，按每小时基础表示。对于通常使用的15分钟间隔，要将使用乘四以得到每小时需求。
最近，已经提出了多种类型的动态定价，例如实时能量定价。动态定价提供了市场透明度，市场透明度使客户处于能量成本的时间变化影响下，从而鼓励客户将它们的电能使用转变到更低需求并因此更低价格的周期中。动态定价越来越多地用来缓和电力短缺，并且，在本上下文中，它被称为“需求响应”。设施和它们的调节器已经将需求响应实现为程序，其提供了在电力短缺(“事件”)期间降低电需求的激励。在某些情况下，这些激励视客户在每个小时或每个计量间隔期间将使用降低到某个规定限制而定。如果客户没有遵守这些限制，激励可能会丧失，严厉的惩罚可能会施加，或者执行这两者。
典型地，许多个体电负荷不定期地接通和关断，导致设施的总需求显著地波动。为可靠地达到需求目标，客户或自动控制系统需要精确的电使用。因此，将负荷控制调整到更高程度分辨率的能力(例如，在个体电设备层)，可以在设施可能潜在使用的负荷控制策略中产生更大的精度和更好的性能。但是，由于常规的电仪表不能确定个体电设备(例如，HVAC系统、洗衣机、干燥机、洗碗机、混合车辆、水池泵等)的电能使用，因此确保或者甚至证实消费者相对于需求响应事件实际上已经降低了特定电设备的电力使用可能是困难的。因此，常规的需求响应事件只要求客户降低总的电能使用。
本公开的实施例使设施能够证实遵从要求能量消耗降低的需求响应事件，并且更具体地，停用一个或多个个体电设备以及使消费者能够对能量消耗具有适当的控制。例如，本公开的实施例利用了以下事实：每个电设备具有基于例如电力消耗、持续时间、斜升(例如，在设备电力接通期间)/斜降(例如，在设备电力关断期间)和循环的独特能量使用剖析图。因此，使消费者能够为每个电设备生成能量使用剖析图不但为设施提供了通过将总能量使用与每个能量使用剖析图比较而确定每个电设备的能量使用的能力，而且向消费者给予了每个电设备用精确和最新的能量使用剖析图适当定义的控制水平和保证水平。
本文描述的方法和系统的示范技术效果包括以下至少之一：(a)接收关断到与配置成测量电能使用的仪表关联的一个或多个电设备的每个的电力的请求；(b)接收接通该一个或多个电设备的第一电设备的请求；(c)获得第一电设备的能量使用的斜升波形的采样；(d)将斜升波形的采样转换成数字签名；和(e)将第一电设备的斜升数字签名存储在存储器区域中。
参照图1，提供了电能测量系统100的框图。系统100包括计算设备102，其通信耦合到配置成测量电能使用的仪表104、本地网络(HAN)用户接口106、和一个或多个电设备108。计算设备102可以是便携式计算设备，例如膝上型计算机、上网本、和/或便携式媒体播放器。此外，计算设备102可包括执行指令(例如，应用程序)的任何设备，或者代表一组处理单元或其他计算设备。此外，虽然计算设备102、仪表104、和HAN用户接口106在图1中示为分离的设备，但设备102、仪表104、和HAN用户接口106的特征可以结合到例如一个或多个设备中。例如，仪表104可包括HAN用户接口106和/或计算设备102。此外，计算设备102可包括用户接口(例如，HAN用户接口106)。
计算设备102可以通过有线和/或无线网络(例如，局域网或诸如因特网的全局网)与仪表104、HAN用户接口106、及一个或多个电设备108通信。在计算设备102使用无线网络通信的实施例中，计算设备102能够通过诸如BLUETOOTH(蓝牙)商标无线通信服务(保密的或未保密的)、射频识别(RFID)、例如点对点Wi-Fi的Wi-Fi、ZIGBEE商标无线通信服务、近场通信(NEC)、和实现短程或长程无线通信的其他技术的技术来实现。在某些实施例中，计算设备102可以通过提供因特网接入的无线蜂窝网络进行通信。
计算设备102包括存储器区域110、显示器114和至少一个处理器112。显示器114可以是例如显示使用的能量的LED或LCD。在一个实施例中，显示器114可以执行HAN用户接口106的功能性。因此，如上所述，HAN用户接口106可以与计算设备102分离(如图1所示)或者集成在计算设备102内作为显示器114。HAN用户接口106和/或显示器114用作提供用户输入功能性的用户输入选择设备。在一个实施例中，HAN用户接口106和/或显示器114可以是配置成对用户按压接触屏幕作出响应以选择性地执行功能性的电容触摸屏显示器。因此，用户可通过接触HAN用户接口106和/或显示器114的表面来操作所需的功能以及本文提供的其他功能。
存储器区域110或其它计算机可读媒体存储组件、一个或多个电设备(例如，电设备108)的能量使用剖析图、以及与仪表104关联的所有电设备的总电力使用。示范组件包括但不限于接口组件116、采样组件118、转换组件120、存储组件122、和能量使用组件124。虽然组件被示为存储在存储器区域110中，但组件可以从远离计算设备102的存储器区域存储和执行。例如，组件可以通过云服务存储，并且组件的执行的输出可以提供给计算设备102。这种实施例降低了计算设备102上的计算和存储负担。
如上面提到的，为了使设施能够证实遵从要求电能使用降低的需求响应事件，并且更具体地，停用一个或多个电设备108，消费者可生成用于一个或多个电设备108的每个的能量使用剖析图。在一个实施例中，设施或除了消费者以外的其他人可生成一个或多个电设备108的每个的能量使用剖析图。在另一个实施例中，消费者可生成每个电设备的能量使用剖析图，并且设施也可生成一个或多个电设备108的每个的能量使用剖析图。此后，消费者和设施可以例如比较结果，和/或基于比较更新相应的能量使用剖析图。
当接口组件116由处理器112执行时，导致处理器112接收关断到一个或多个电设备108的每个的电力的请求。关断到一个或多个电设备108的每个的电力实现了每个电设备独特的转换速率，因为当消费者生成一个或多个电设备108的每个的能量使用剖析图时，每个电设备以更精确识别的时间接通或关断。例如，当多个电设备在接通状态时，试图识别单个电设备的独特的转换速率可能是困难的和/或者即使完成也不精确的。这样，当接口组件116由处理器112执行时，还导致处理器112(例如，通过HAN用户接口106从用户处)接收接通一个或多个电设备108的第一电设备(例如，当其它电设备108的每个从电源切断或者在关断状态时)的请求。
当采样组件118由处理器112执行时，导致处理器112获得(例如，使用奈奎斯特采样定理)当第一电设备由用户接通时第一电设备的能量使用的斜升波形(见图3的302)，并获得当第一电设备关断时第一电设备的能量使用的斜降波形(见图3的304)。也就是说，采样组件118使第一电设备的能量使用能够在一适当采样率下被采样，以使得捕获到斜升波形和斜降波形。在一个实施例中，采样组件118使采样保持电路在由例如通信耦合到HAN用户接口106的控制电路触发时，能够在一充分采样率下捕获给定电设备的能量使用剖析图。
当转换组件120由处理器112执行时，导致处理器112使用例如模数转换器将斜升波形和斜降波形转换成对第一电设备独特的、相应的数字签名。之后，与第一电设备关联的一个或多个数字签名此后可被用于获得对第一电设备特定的电使用信息。在一个实施例中，模数转换器操作地连接到采样保持电路，以用于将捕获的模拟信号变换成能量使用剖析图的数字签名。
当存储组件122由处理器112执行时，导致处理器112将第一电设备的斜升数字签名和斜降数字签名存储在存储器区域110中。在一个实施例中，存储在存储器110中的数字签名是最近的数字签名。因此，如果电设备的数字签名当前存储在存储器区域110中，并且生成了另一个数字签名，则新生成的数字签名可以替换旧的数字签名。在另一个实施例中，存储器区域110存储所有生成的数字签名(旧的和新的)。此外，存储器区域可存储包括由消费者指引的数字签名的能量使用剖析图。例如，消费者可以拥有使用同一个充电站的两辆混合汽车。因此，当为每一辆汽车生成能量使用剖析图时，消费者可以分离地存储每一个数字签名而不仅仅是用一个数字签名替换另一个。但是，如果消费者卖掉了一辆混合汽车而买了一辆新的，则消费者可能希望全部删除先前拥有的混合汽车的能量使用剖析图/数字签名。
当能量使用组件124由处理器112执行时，导致处理器112将与仪表104关联的所有电设备的总能量使用与第一电设备的斜升数字签名和/或斜降数字签名进行比较。能量使用组件124还导致处理器112基于比较确定第一电设备是否接通以及如果接通在特定的时间周期期间接通了多久。由此，设施能够证实遵从在例如合同或自愿下要求电能消耗降低，并且更具体地，停用个体电设备的需求响应事件。例如，能量使用组件124可以识别斜升波形的数字签名并且跟踪对应电设备的使用，由此设施可以因违反协议的条款而向消费者收费。
处理器112执行用以实现本公开的方面的计算机可执行指令。在一些实施例中，处理器112通过执行计算机可执行指令或以其它方式进行编程而被变换为专用微处理器。例如，处理器112如下文对于图2说明的那样通过指令来编程。
下面参照图2，示范流程图说明了生成电设备(例如，一个或多个电设备108中的一个)的能量使用剖析图。在202，接收关断到一个或多个电设备108的每个的电力的请求。如上面提到的，关断到一个或多个电设备108的每个的电力实现了在电设备接通或关断时更精确地识别对电设备独特的转换速率(例如，当消费者生成一个或多个电设备108的每个的能量使用剖析图时)。在204，接收接通一个或多个电设备108的第一电设备的请求。在206，获得第一电设备的能量使用的斜升波形。在一个实施例中，用奈奎斯特采样定理来捕获能量使用的波形。但是，通过本文的教导指导的本领域的普通技术人员将意识到，可以使用提供适当采样率的其它定理来捕获波形，以使得捕获斜升波形和斜降波形。在图3中302处，示出了电设备的示范斜升波形。在208，使用例如模数转换器将斜升波形转换成数字签名。在210，第一电设备的斜升数字签名被存储在例如存储器区域110中。在212，接收关断一个或多个电设备108的第一电设备的请求。在214，获得了第一电设备的能量使用的斜降波形。在图3中304处，示出了电设备的示范斜降波形。在216，将斜降波形转换成数字签名。在218，第一电设备的斜降数字签名被存储在例如存储器区域110中。
一旦生成了能量使用剖析图，设施就能够确定在特定时间周期期间使用哪些电设备。例如，可以将家用或商用的总电力使用和与家用或商用关联的每个电设备的斜升数字签名和/或斜降数字签名进行比较。基于比较，可以确定每个电设备的总电力使用以及何时每个电设备接通或关断。
在一个实施例中，虽然设施可以为每个电设备存储生成的能量使用剖析图，但设施也可以访问由消费者存储在例如存储器区域110中的能量使用剖析图。设施然后可以将具有消费者生成的能量使用剖析图的每个电设备的总电力使用同与具有能量使用剖析图的每个电设备关联的家用或商用的总电力使用相比较。这使设施能够将基于设施存储的能量使用剖析图创建的能量使用信息同从由消费者存储的能量使用剖析图创建的能量使用信息进行比较，实现了两部分间的制衡。
示范操作环境
诸如本文描述的控制器或计算设备具有一个或多个处理器或处理单元、系统存储器、和一些形式的计算机可读媒体。作为示例而非限制，计算机可读媒体包括计算机存储媒体和通信媒体。计算机存储媒体包括用任何方法或技术实现诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息的存储的易失性和非易失性、可拆卸和不可拆卸的媒体。通信媒体典型地包括计算机可读指令、数据结构、程序模块、或在诸如载波或其它传送机制的调制数据信号中的其它数据，并且包括任何信息递送媒体。任何上面的结合也包括在计算机可读媒体的范围内。
控制器/计算机可以使用到诸如远程计算机的一个或多个远程计算机的逻辑连接以在连网环境中操作。虽然连同一示范计算系统环境来描述，但本公开的实施例与大量其他通用或专用计算系统环境或配置一起操作。计算系统环境无意于提出对本公开任何方面的使用或功能性范围的任何限制。此外，计算系统环境不应被解释为具有与示范操作环境中说明的组件的任何一个或结合关联的任何依赖或需要。可适于与本公开方面一起使用的公知的计算系统、环境、和/或配置的示例包括但不限于个人计算机、服务器计算机、手持或膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子设备、移动电话、网络计算机、小型计算机、大型计算机、包括任何上述系统或设备的分布式计算环境，等等。
本公开实施例可以用计算机可执行指令的通用上下文进行描述，计算机可执行指令例如由一个或多个计算机或其它设备执行的程序模块。可将计算机可执行指令组织成一个或多个计算机可执行组件或模块。一般地说，程序模块包括但不限于执行具体任务或实现具体抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、和数据结构。本公开的方面可和任何数量和组织的此组件或模块一起实现。例如，本公开的方面并不限于图中说明和本文描述的特定计算机可执行指令或特定组件或模块。本公开的其它实施例可以包括不同的计算机可执行指令或组件，其具有比本文说明或描述的更多或更少的功能性。本公开的方面也可在其中由通过通信网络链接的远程处理设备来执行任务的分布式计算环境中实践。在分布式计算环境中，程序模块可以同时位于包括存储器存储设备的本地计算机存储媒体和远程计算机存储媒体中。
本公开的方面当配置成执行本文描述的指令时，将通用计算机转换为专用计算设备。
本文说明和描述的、本公开实施例中的操作的运行或执行的顺序不是必须的，除非另有说明。也就是说，操作可以任何顺序执行，除非另有说明，而且本公开的实施例可包括与本文公开的那些相比附加的操作或更少的操作。例如，可以预期到，在另一个操作之前、同时、或之后运行或执行具体操作是在本公开方面的范围内的。
当介绍本公开方面的元件及其实施例时，冠词“一”、“该”、“所述”意在表示有一个或多个元件。术语“包括”、“包含”、和“具有”意在表示包括在内并且意味着可以具有与所列元件不同的附加元件。
已经详细描述了本公开的方面，显而易见在不背离所附权利要求定义的本公开方面的范围的情况下，可能进行修改和变化。由于在不背离本公开方面的范围的情况下，在上述结构、产品、和方法中可以做出多种改变，因此包含在上面描述中及附图示出的所有内容应意在解释为说明性的，而不具有限制意义。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的、要求保护的主题，以及还使本领域技术人员能实践要求保护的主题，包括制作和使用任何设备或系统及执行任何结合的方法。本公开的可专利的范围由权利要求定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。
部件表
100电能测量系统
102计算设备
104仪表
106本地网络(HAN)用户接口
108电设备
110存储器区域
112处理器；114显示器
116接口组件；118采样组件；
120转换组件；122存储组件
124能量使用组件
202接收关断到一个或多个电设备的每个的电力的请求
204接收接通一个或多个电设备的第一电设备的请求
206获得第一电设备的能量使用的斜升波形
208将斜升波形转换成数字签名
210存储第一电设备的斜升数字签名
212接收关断一个或多个电设备的第一电设备的请求
214获得第一电设备的能量使用的斜降波形
216将斜降波形转换成数字签名
218存储第一电设备的斜降数字签名
302电设备的斜升波形
304电设备的斜降波形

Claims (10)

1.一种用于生成电设备(108)的能量使用剖析图的系统(100)，所述系统包括：
配置成测量电能使用的仪表(104)；
用于储存对应于与所述仪表关联的一个或多个电设备的能量使用剖析图的存储器区域(110)；以及
至少一个处理器(112)，其被编程以实现：
接收(202)关断到与所述仪表关联的所述一个或多个电设备的每个的电力的请求；
接收(204)接通所述一个或多个电设备的第一电设备的请求；
获得(206)所述第一电设备的能量使用的斜升波形(302)；
将所述斜升波形转换(208)成数字签名；以及
在所述存储器区域中存储(210)所述第一电设备的斜升数字签名。
2.如权利要求1所述的系统(100)，其中，还编程所述至少一个处理器(112)以实现：
接收(212)关断所述第一电设备的请求；
获得(214)所述第一电设备的能量使用的斜降波形(304)；
将所述斜降波形转换(216)成数字签名；以及
在所述存储器区域(110)中存储(218)所述第一电设备的斜降数字签名。
3.如权利要求1所述的系统(100)，还包括用户接口，所述用户接口配置成使用户能够：
请求关断到与所述仪表关联的所述一个或多个电设备的每个的电力；
请求接通所述第一电设备；以及
请求关断所述第一电设备。
4.如权利要求3所述的系统(100)，其中，所述用户接口是附于所述仪表(104)的用户和移动计算设备中的至少一个，并且电耦合在所述仪表和所述一个或多个电设备(108)之间。
5.如权利要求1所述的系统(100)，其中，还编程所述至少一个处理器(112)以实现：
接收要求确定在特定时间周期期间是否使用所述第一电设备的需求响应事件；
从所述存储器区域(110)访问在所述特定时间周期期间的所述一个或多个电设备(108)的总电力使用和所述第一电设备的所述斜升数字签名；
将所述一个或多个电设备的所述总电力使用和所述第一电设备的所述斜升数字签名进行比较；以及
基于所述比较确定所述第一电设备在所述特定时间周期期间是否接通。
6.如权利要求2所述的系统(100)，其中，还编程所述至少一个处理器(112)以实现：
接收要求确定在特定时间周期期间是否使用所述第一电设备的需求响应事件；
从所述存储器区域(110)访问在所述特定时间周期期间的所述一个或多个电设备(108)的总电力使用、所述第一电设备的所述斜升数字签名、和所述第一电设备的所述斜降数字签名；
将所述一个或多个电设备的所述总电力使用和所述第一电设备的所述斜升数字签名以及所述第一电设备的所述斜降数字签名进行比较；以及
基于所述比较确定所述第一电设备在所述特定时间周期期间接通多久。
7.如权利要求1所述的系统(100)，其中，使用奈奎斯特采样定理获得所述第一电设备的能量使用的所述斜升波形(302)。
8.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述第一电设备是制热系统、制冷系统和空气调节系统、洗衣机、干燥机、洗碗机、混合车辆、以及水池泵中的一个。
9.一种用于生成电设备(108)的能量使用剖析图的装置，所述装置包括：
接口组件(116)，其接收(202)关断到与配置成测量电能使用的仪表(104)关联的一个或多个电设备(108)的每个的电力的请求，并且接收(204)接通所述一个或多个电设备的第一电设备的请求；
采样组件(118)，其获得(206)所述第一电设备的能量使用的斜升波形(302)；
转换组件(120)，其将所述斜升波形转换(208)成数字签名；以及
存储组件(122)，其在存储器区域(110)中存储(210)所述第一电设备的斜升数字签名。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述接口组件(116)接收(212)关断所述第一电设备的请求；
其中，所述采样组件获得(214)所述第一电设备的能量使用的斜降波形(304)；
其中，所述转换组件(120)将所述斜降波形转换(216)成数字签名；以及
其中，所述存储组件(122)在所述存储器区域(110)中存储(218)所述第一电设备的斜降数字签名。
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