CN108566436A - 一种基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的分布式电力设备信息采集系统，其包括：若干个采集站，其分别对应设置于若干个根据地理位置划分的采集区域内；各个采集站均与传感器连接，且采集站和传感器设置于同一个采集区域内，传感器采集与其对应的采集区域内的电力设备信息数据；各个采集站均具有存储装置，且均具有与该采集站对应的密钥，密钥包括私匙和与该私匙唯一对应的公匙，公匙被传输给所有采集站；采集站采用自身的私匙对电力设备信息数据进行加密以形成数字签名，并将接收的数据和数字签名以区块的形式存储在存储装置中；其他采集站基于公匙对数字签名进行解密并对接收的数据进行验证，将经过验证的数据以区块的形式存入自身的存储装置中。

Description

一种基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法
技术领域
本发明涉及一种信息采集系统及方法，尤其涉及一种电力设备信息采集系统和方法。
背景技术
随着电力物联网在智能电网中的应用越来越多样，覆盖面越来越广，电力传感设备采集到的数据和信息爆发性地增长，同时，服务设备(如路由器、转换器)的数量也呈指数级增长。传统的电力行业往往采用集中式数据采集方法进行数据采集，集中式数据采集由统一的数据中心对采集数据进行处理、储存，爆发性增长的数据量极大地增加了数据中心的处理负担。此外，由于集中式处理的设备管理采用金字塔型的层级管理结构，当管理设备出现故障时，往往会影响到大范围的底层信息采集设备，且管理设备层级越高，影响范围越大。
基于此，期望获得一种能够解决上述集中式数据采集方法所存在的两方面问题的数据采集方法，其既能够很好解决采集信息量过大的问题，又能够减小设备故障的影响范围。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种基于区块链的分布式电力设备信息采集系统，该分布式电力设备信息采集系统基于区块链(Blockchain)技术提出了一种去中心化的分布式电力设备信息采集方法，设置若干个采集站，将信息处理分散至各个采集站中，使得每一个采集站被设置为处理模块，使其负责各个区域模内的信息采集，从而解决了采集信息量过大的问题；同时由于不同的采集站作为不同的处理模块将采集的数据以区块链的形式进行储存，通过若干个处理模块共同维护区块链数据，也就是说一旦某一个处理模块发生故障，其他处理模块仍能够继续进行数据维护，从而减小了设备故障的影响范围。
基于上述目的，本发明提出了一种基于区块链的分布式电力设备信息采集系统，其包括：
若干个采集站，其分别对应设置于若干个根据地理位置划分的采集区域内；其中，每一个采集站均与若干个传感器连接，该采集站和与其连接的若干个传感器设置于同一个采集区域内，所述若干个传感器采集与其对应的采集区域内的电力设备信息数据；其中，每一个采集站均具有存储装置；
其中，每一个采集站均具有与该采集站对应的密钥，所述密钥包括私匙和与该私匙唯一对应的公匙，所述公匙被传输给分布式电力设备信息采集系统中的所有采集站；
其中，传感器将采集的电力设备信息数据传输给与其连接的采集站；该采集站采用自身的私匙对电力设备信息数据进行加密以形成数字签名；该采集站还将接收的电力设备信息数据和所述数字签名以区块的形式存储在自身的存储装置中，同时发送给分布式电力设备信息采集系统中的其他采集站；其他采集站基于保存的发送电力设备信息数据和所述数字签名的采集站的公匙对数字签名进行解密并对接收的电力设备信息数据进行验证，将经过验证的数据以区块的形式存入自身的存储装置中。
在本发明所述的分布式电力设备信息采集系统中，传感器采集的电力设备信息数据传输至与其连接的采集站，采集站通过私匙对该电力设备信息数据进行数据封装，并将封装的数据传送至各个采集站的存储装置，具体来说，当某一个采集站采集了电力设备信息数据后，通过采用自身的私匙对电力设备信息数据进行加密以形成数字签名，而该形成的数字签名与相应的电力设备信息数据一同发送至各个采集站的存储装置，由于每一个采集站的公匙对于分布式电力设备信息采集系统是可以获得的，因而，存储装置通过接收到的数字签名所采用的私匙对应的公匙对接收到的数字签名进行解密，并对接收的电力设备信息进行验证，经过验证的数据以区块的形式存入存储装置中。
在上述过程中，每一个区块包括时间信息、经过验证的数据以及上一区块的部分信息，从而构成链式结构，以从当前区块可以依次找寻前一区块的信息。
本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统相较于现有技术更好地减轻了采集信息量的计算负担，并且一旦一个或多个采集站发生故障，其余采集站仍能继续进行采集工作。此外，由于采用区块链的方式进行存储，因而，保证了数据在各个采集站传输过程中的安全性与可靠性。
进一步地，在本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统中，还包括：数据调取单元，所述数据调取单元存储有各采集站的公匙，所述数据调取单元基于公匙对相应采集站内存储的数据进行解密和调取。
进一步地，在本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统中，所述若干采集站中的一个被设置为管理站，所述管理站为各采集站生成其各自的密钥。
进一步地，在本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统中，所述传感器选自局部放电特高频传感器、温度传感器、红外传感器的至少其中之一。
进一步地，在本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统中，所述传感器与采集站无线连接或通过有线线路连接。
进一步地，在本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统中，所述采集站被设置为通信管理机。
上述方案中，通过多个通信管理及之间的互联，有利于实现分布式架构，提高所述的分布式电力设备信息采集系统的稳定性与灵活性。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种基于区块链的分布式电力设备信息采集方法，通过该分布式电力设备信息采集方法采集信息能够及时有效安全地采集数据信息，尤其是在采集量较大时，该分布式电力设备信息采集方法尤为有效。
基于上述目的，本发明还提出了一种基于区块链的分布式电力设备信息采集方法，其包括步骤：
传感器采集电力设备信息数据，并传输给与其连接的相应采集站；
所述采集站采用自身的私匙对接收的电力设备信息数据进行加密以形成数字签名；该采集站还将接收的电力设备信息数据和所述数字签名以区块的形式存储在自身的存储装置中，并且将电力设备信息数据和所述数字签名发送给分布式电力设备信息采集系统中的其他采集站；
其他采集站基于保存的发送电力设备信息数据和所述数字签名的采集站的公匙对数字签名进行解密并对接收的电力设备信息数据进行验证；
其他采集站将经过验证的数据以区块的形式存入自身的存储装置中。
进一步地，在本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集方法中，还包括步骤：数据调取单元基于存储的各采集站的公匙，对相应采集站内存储的数据进行解密和调取。
进一步地，在本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集方法中，所述密钥采用椭圆曲线算法生成。
相较于现有的集中式数据采集系统及方法所存在的问题，例如由于爆发性增长的数据量所带来的管理中心数据处理负担问题，又例如层级结构中设备损坏的连锁影响较大的问题。
本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法较好地解决了上述问题，譬如，集中式数据采集系统及方法的数据处理负担主要源自于多个传感器的采集数据只由单个管理中心进行处理，因而导致管理中心的数据处理能力增加，成本大幅增加，而本案的分布式电力设备信息采集系统则将数据处理功能由单个管理中心下放到各个采集站，由每个采集站共同分担数据的处理及计算，从而减轻了单个采集站的计算负担。
此外，本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法由于管理中心的权限由各个采集站分担，因而避免了现有技术中的由于管理中心故障导致整个系统无法运行的情况，对于本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法，当一个或多个采集站发生故障时，其余采集站仍能进行采集工作。
另外，由于本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法的采集站中数据以区块链的方式进行存储，保证了数据在各个采集站传输过程中的安全性与可靠性。
附图说明
图1为现有技术中的集中式数据采集系统的结构示意图。
图2为本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统在一种实施方式下的结构示意图。
图3示意了本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统在一种实施方式下的区块的链式结构。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
图1为现有技术中的集中式数据采集系统的结构示意图。
如图1所示，n个采集域设对应设置n个采集站，在n个采集域内的m个传感器采集到的数据通过有线或无线方式将该数据传送到各个采集域内的采集站中，采集站包括数据接收模块，用于接收数据，随后将该数据传送至路由器，再由路由器传送至管理中心进行数据存储以及进一步的处理以及应用，例如用户数据查询、数据处理与分析或是预警系统数据调用。
而本案所提出的分布式电力设备信息采集系统与集中式数据采集系统完全不同，其具体结构可以参看图2。图2为本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统在一种实施方式下的结构示意图。
如图2所示，根据地理位置划分的采集区域(即采集域)分别设置了对应的采集站(图中示意性标记了第1个、第k个以及第n个采集区域内的采集站彼此间的相对地理位置)，在每一个采集域内，每一个采集站与m个传感器连接，各个采集站与其各自对应连接的m个传感器均设置于同一个采集区域内，并且每一个采集站均具有作为存储装置存储数据的存储设备。
需要说明的是，图1与图2中m表示有若干个传感器，m的值可以根据具体情况设置，例如在本实施方式中，传感器包括局部放电特高频传感器、温度传感器以及红外传感器，而在一些其他的实施方式中，传感器也可以为局部放电特高频传感器、温度传感器、红外传感器的至少其中之一。
以第k个区域内的采集站k为例，对本案中的基于区块链的分布式电力设备采集系统的采集方法进行说明：
m个传感器采集第k个区域内的电力设备信息数据，并将该采集到的电力设备信息数据通过无线连接(当然，在一些其他的实施方式中，也可以通过有线线路进行传输)传输给与其连接的采集站k。采集站k设有与该采集站对应的密钥，密钥包括私匙以及与该私匙唯一对应的公匙，公匙被传输给分布式电力设备信息采集系统中的所有采集站，也就是说对于采集站k而言，其具有自身的私匙外，也具有自身的公匙以及其他采集站的公匙。采集站k采用自身的私匙对电力设备信息数据进行加密，以形成数字签名，并且将数字签名与电力设备信息数据发送到分布式电力设备信息采集系统中的其他采集站，随后对数字签名以及电力设备信息数据进行验证，将经过验证的数据以区块的形式作为存储装置存储数据的存储设备中。
为了各个传感器进行自组网管理，将各个采集站设置为通信管理机，各个通信管理机之间互联，有利于实现分布式架构，从而提高分布式电力设备信息采集系统的稳定性与灵活性。
在上述各个采集站中，设置任意一个为管理站，管理站为各个采集站生成器各自的密钥，所述密钥可以采用椭圆曲线算法生成。
在本实施方式中，采集站通过哈希函数计算电力设备信息数据计算获得该数据的哈希码，由于数据的哈希码(Hash)是一种表示数据特征的字符串。哈希函数的特点在于能够用极短的数据长度(如100bit)表示大量数据的特征(如10GB)，且不同数据哈希码唯一，即使数据中仅有1bit数据遭到篡改，哈希码也不相同。因此，采用哈希码有利于保证数据的正确性与安全性。
当采集站计算完电力设备信息数据的哈希码后，通过采集站的私匙对该哈希码进行加密，加密后的哈希码形成数字签名，该数字签名只能通过私匙所对应的公匙才能进行解密。
验证时，对比通过公匙对数字签名解密所获得的哈希码与通过哈希函数对电力设备信息数据计算获得的哈希码是否一致，若一致，则说明传输的数据无误，即通过验证，最终形成区块存储于存储设备内。
又由于采集站的公匙与私匙一一对应，因而，可以通过数字签名所对应的公匙了解与数字签名一同发送来的电力设备信息数据是由哪一个采集站采集测量的。
所存储的区块包括时间信息、所采集的电力设备信息数据以及上一个区块的哈希码，使得区块构成链式结构，从而可以从当前区块依次寻找到前一区块。
需要指出的是，存储的区块不止存储于采集了该电力设备信息数据的采集站k的存储设备中，也可以存储于其他采集站的存储设备中。
而在一些优选的实施方式中，本案的分布式电力设备信息采集系统还包括数据调取单元，该数据调取单元存储有各采集站的公匙，数据调取单元基于公匙可以对相应采集站内存储的数据进行解密和调取。
图3示意了本发明所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统在一种实施方式下的区块的链式结构。
如图3所示，通过验证的数据作为区块存入存储设备时，每一个区块包括时间信息、所采集的电力设备信息数据以及上一个区块的哈希码，即区块X存储时，区块X包括写入时间、数据以及区块X-1的哈希码，使得从当前区块X可以以此依次找到之前的区块X-1的数据，这样的链式结构可以使得每一个区块串入后，无法将原有数据消除，并且可以通过链式结构找到之前的区块数据，从而防止了区块数据的恶意修改。
对比图1以及图2可以看出，本案的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法较好地解决了集中式数据采集系统的问题，譬如，集中式数据采集系统及方法的数据处理负担主要源自于多个传感器的采集数据只由单个管理中心进行处理，因而导致管理中心的数据处理能力增加，成本大幅增加，而本案的分布式电力设备信息采集系统则将数据处理功能由单个管理中心下放到各个采集站，由每个采集站共同分担数据的处理及计算，从而减轻了单个采集站的计算负担。
此外，本案的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法由于管理中心的权限由各个采集站分担，因而避免了现有技术中的由于管理中心故障导致整个系统无法运行的情况，对于本案的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法，当一个或多个采集站发生故障时，其余采集站仍能进行采集工作。
另外，由于本案的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法的采集站中数据以区块链的方式进行存储，保证了数据在各个采集站传输过程中的安全性与可靠性。
需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于区块链的分布式电力设备信息采集系统，其特征在于，其包括：若干个采集站，其分别对应设置于若干个根据地理位置划分的采集区域内；其中，每一个采集站均与若干个传感器连接，该采集站和与其连接的若干个传感器设置于同一个采集区域内，所述若干个传感器采集与其对应的采集区域内的电力设备信息数据；其中，每一个采集站均具有存储装置；
其中，每一个采集站均具有与该采集站对应的密钥，所述密钥包括私匙和与该私匙唯一对应的公匙，所述公匙被传输给分布式电力设备信息采集系统中的所有采集站；
其中，传感器将采集的电力设备信息数据传输给与其连接的采集站；该采集站采用自身的私匙对电力设备信息数据进行加密以形成数字签名；该采集站还将接收的电力设备信息数据和所述数字签名以区块的形式存储在自身的存储装置中，同时发送给分布式电力设备信息采集系统中的其他采集站；其他采集站基于保存的发送电力设备信息数据和所述数字签名的采集站的公匙对数字签名进行解密并对接收的电力设备信息数据进行验证，将经过验证的数据以区块的形式存入自身的存储装置中。
2.如权利要求1所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统，其特征在于，还包括：数据调取单元，所述数据调取单元存储有各采集站的公匙，所述数据调取单元基于公匙对相应采集站内存储的数据进行解密和调取。
3.如权利要求1或2所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统，其特征在于，所述若干采集站中的一个被设置为管理站，所述管理站为各采集站生成其各自的密钥。
4.如权利要求1所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统，其特征在于，所述传感器选自局部放电特高频传感器、温度传感器、红外传感器的至少其中之一。
5.如权利要求1所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统，其特征在于，所述传感器与采集站无线连接或通过有线线路连接。
6.如权利要求1所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集系统，其特征在于，所述采集站被设置为通信管理机。
7.一种基于区块链的分布式电力设备信息采集方法，其特征在于，包括步骤：
传感器采集电力设备信息数据，并传输给与其连接的相应采集站；
所述采集站采用自身的私匙对接收的电力设备信息数据进行加密以形成数字签名；该采集站还将接收的电力设备信息数据和所述数字签名以区块的形式存储在自身的存储装置中，并且将电力设备信息数据和所述数字签名发送给分布式电力设备信息采集系统中的其他采集站；
其他采集站基于保存的发送电力设备信息数据和所述数字签名的采集站的公匙对数字签名进行解密并对接收的电力设备信息数据进行验证；
其他采集站将经过验证的数据以区块的形式存入自身的存储装置中。
8.如权利要求7所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集方法，其特征在于，还包括步骤：数据调取单元基于存储的各采集站的公匙，对相应采集站内存储的数据进行解密和调取。
9.如权利要求8所述的基于区块链的分布式电力设备信息采集方法，其特征在于，所述密钥采用椭圆曲线算法生成。
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