CN110572472A - 基于区块链的马达保护器远程访问控制系统、方法、介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于区块链的马达保护器远程访问控制系统、方法、介质，马达保护器通过控制中心与区块链网络的节点相连接，在马达保护器区块链上智能合约注册，并设置其他连接设备信息访问其资源需要满足的条件，将所需注册的信息储存在区块链中；所述无线传感网络用于分布式马达保护器间的通信与识别；所述控制中心用于将分布式马达保护器的消息进行智能合约匹配；本发明通过区块链技术，将数据上传至区块链网络下的智能合约和多个代理节点，并进行分析处理，将访问控制策略强制执行；消除了集中访问管理；简化了区块链网络中的整个过程，并减少了节点之间的通信开销；另外，访问控制信息也能被实时提供给分布式马达保护器设备。

Description

基于区块链的马达保护器远程访问控制系统、方法、介质

技术领域

本发明涉及马达保护器分布式控制领域，尤其涉及一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统、方法。

背景技术

马达是依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。马达一般包括转子、定子(线圈)和壳体，定子包围在转子的外周（通常的内转子电机），而转子和定子共同容纳在壳体中。马达工作时，通过给定子连接电源，通过磁场驱动转子转动，从而完成马达的电能和动能的转换工作。在马达工作过程中，马达过载，断相，堵转、漏电，短路等情况都会影响马达的正常运转，降低马达的使用寿命，甚至造成马达损坏，导致正常生产生活无法开展。所以，为了保证马达的正常工作，一般会在马达中设置保护器。马达保护器是一种在电动机出现超时启动、过流、欠流、断相、堵转、短路、过压、欠压、漏电（接地）、三相不平衡、过热、轴承磨损、定转子偏心、外部故障、来电自启动、反时限时，予以报警或保护的装置，广泛应用于电力、化工、冶金、水利等领域。但是在实际工况下，多数马达工作地点分散，且工作环境较为恶劣，维护人员不宜现场工作。

因此，有必要建立网络或者区块链网络实现对分布式远程实时监控以及有效的处理分析，为专用于保护电机的马达保护器是否动作提供关键的预警信息，从而减少马达保护器的误动、不动等错误操作。

一般网络，大多采用集中式访问控制系统(也称为客户端/服务器范例)，旨在满足传统的面向人机的Internet场景的需求，其中设备位于同一信任域内，这通常需要集中式访问管理。然而，马达保护器可以由多个管理节点同时管理。而且，许多马达保护器和受限制的控制中心在CPU，内存和电池资源等方面将过于有限，无法使用一般网络系统正常运行。再者，马达保护器的约束能力，以及基于集中式和分层结构的当前访问控制系统，都在马达保护器领域带来了新的挑战。因此，一般网络不适合于分布式马达的控制。

因此，将区块链网络应用于马达保护器分布式控制就成为了一种选择。区块链网络不仅能够解决上述问题，而且基于区块链与分布式马达保护器的远程访问控制系统可以将很大地理范围内的、数以百万计的马达保护器进行覆盖。

因而有人提出了物联网+马达保护器的监控和分析预警方法，例如中国专利CN201811070892.7 中陈春华等人提出的“基于物联网的对马达保护器监控和分析预警的系统”，该研究基于互联网技术的特征和原理，将物联网技术与马达保护器相结合，应用在马达保护器监控中，提出适用于马达保护器的监控和分析预警方法；其主要解决了传统物联网所倡导的单点个体的通信能力问题。但无法解决所有个体之间、个体与群体之间的协同问题。

发明内容

本发明提供一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统与方法，以解决上述所有个体之间、个体与群体之间的协同问题。

本发明的技术方案包括：

一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统，包括至少一个工作区域、至少一个控制中心和一个区块链网络；

一个工作区域包括至少一个马达保护器集合，每个马达保护器集合均由马达保护器、数据采集模块和无线通信模块组成；无线通信模块通过无线网络与控制中心通信连接；一个控制中心对应连接一个工作区域；

一个或一个以上的控制中心与所述区块链网络通信连接；

所述区块链网络包括：矿工节点、代理节点以及普通节点，所述普通节点通过注册成为管理节点；所述管理节点用于管理马达保护器集合的访问控制权限；所述代理节点用于在区块链网络中部署智能合约。

进一步的，所述原始数据包括保护的相关数据以及运行状态数据，所述保护包括以下各种保护的一种或者多种：过载保护，断相保护，堵转保护、漏电保护，轻载保护，短路保护。

进一步的，所述管理节点包括PC客户端或者移动终端APP；所述管理节点通过网络连接区块链中的存储设备。

进一步的，所述区块链网络为P2P网络。

一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制方法，

步骤1，数据采集模块实时采集马达的原始数据；

步骤2，数据采集模块将所述原始数据传输到无线通信模块；

步骤3，无线通信模块将所述原始数据发送给控制中心，控制中心将所述原始数据进行打包远程发送到区块链网络（9）中矿工节点（11）；

步骤4，在区块链网络（9）中创建访问控制系统，代理节点（13）将智能合约部署到区块链网络中；

步骤5，将控制中心（7）的识别码和马达保护器运行有关的64字符数字签名报文分别注册到访问控制系统中；将所述原始数据处理分析得到相应的参数特征趋势，并将所述原始数据和所述参数特征趋势按马达编号储存到相应数据库（15）中；管理节点（17）通过网络连接区块链网络中的数据库；将部分普通节点注册成为访问控制系统的管理节点（15）；

步骤6、管理节点（17）将命令发送给矿工节点（11），矿工节点（11）将马达保护器的访问控制策略通知给控制中心，控制中心将所述访问控制策略发送给对应的马达保护器，进而实现对马达的远程监控，并通过参数特征趋势对马达进行预调整处理。

进一步的，代理节点（13）将智能合约部署到区块链网络中，代理节点从管理节点处获取智能合约的地址；区块链网络的节点通过智能合约的地址与所述智能合约交互。

进一步的，马达保护器地址、马达保护器状态和智能合约注册地址作为马达保护器控制信息参数，用于创建马达保护器控制信息，作为访问公钥。

进一步的，智能合约部署到区块链网络中步骤如下：（1）连接马达保护器集合生成信息访问私钥与信息访问地址，其中，信息访问地址为控制中心在区块链的公开身份，信息访问私钥为证明其身份的认证凭证；（2）马达保护器集合根据运行状态生成配置；配置包括有地址、认证方式、运行状态和传递性；（3）控制中心使用提供的信息访问私钥将上述配置加密后发送，并将配置解密并处理后储存在区块链网络中。

进一步的，普通节点从代理节点处获取智能合约的地址，将注册消息发送给智能合约，从而注册成为管理节点；通过智能合约的地址注册控制中心的管理器。

一种计算机存储介质，用于存储实现上述方法的计算机程序。

本发明的系统包括无线传感网络下的控制中心和若干马达保护器，以及区块链网络下的智能合约、多个代理节点、矿工节点以及普通节点；其中部分普通节点根据权限需求，可以注册成为管理节点；所述无线传感网络用于马达保护器间的通信与识别，区域内马达保护器集合所有原始数据被分割成“块”，通过一个独特的64字符数字签名“链接”在一起，然后这些块被分离出来，并通过计算机网络发送出去。所述马达保护器通过控制中心与区块链网络的节点相连接。本发明的有益效果包括：

1、本发明有助于使用区块链技术为马达保护器分布式访问控制架构；本发明采用独立的控制中心作为一个矿工节点设计，避免将马达保护器集合集成到区块链技术中引发管理紊乱，通过控制中心就行编码和数字标签识别，使得系统能够满足数以百万计的马达监控需要。

2、与其他解决方案相反，本发明在单个智能合约中运行，简化了区块链网络中的整个过程，并减少了节点之间的通信开销。另外，执行智能合约的区块链系统是一个去中心的端到端网络，智能合约执行结果无法被篡改。访问控制信息被实时提供给马达保护器；访问记录可追溯。

3、本发明实现了马达保护器在分布广、数量多、应用环境复杂、计算能力有限的环境下，连接马达保护器区块链网络实现自我管理、自我维护，实现了连接马达保护器对用户的身份认证。本发明中信息被智能合约部署在区块链中，由于只有智能合约能够信息访问，因此信息的隐私得到了保护，信息访问的记录将可被追溯；身份认证方法不会被恶意篡改。因为身份认证方法以智能合约的形式存在于区块链中，区块链的特性保证了智能合约无法被篡改和伪造。

4、本发明采用的方法中，区块链技术专门被用于更好地处理可扩展性，针对大区域或者全国性范围内马达保护集合控制方案的当前解决方案更好的结果。

综上，本发明不需要一个集中的并且可信的单点来做决策和下发指令，部署唯一的智能合约，仅通过不可信的、平等的多个单点就可以形成共同契约，并且这个契约是参与者可信的、不可篡改的。在区块链中，马达保护器所有原始数据被分割成“块”，通过一个独特的64字符数字签名“链接”在一起，然后这些块被分离出来，并通过计算机网络发送出去。在利用区块链时，马达保护器的所有原始数据不仅与参与方共享，还与网络中的所有各方共享。这个网络可以是公开的，任何操作人员都可以参与，操作人员可以根据管理节点设定管理权限。本发明将数据上传至区块链网络下的智能合约和多个代理节点，并进行分析处理，将访问控制策略强制执行；消除了集中访问管理；简化了区块链网络中的整个过程，并减少了节点之间的通信开销；另外，访问控制信息也能被实时提供给分布式马达保护器设备。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的系统示意图；

图2是本发明另一种实施方式的系统示意图；

图3是本发明的智能合约部署步骤示意图；

图4是本发明各节点信息交互示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合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。

关于系统

如图1所示的一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统，包括四个部分：

1， 马达保护器集合以及相应的采集模块。] 马达保护器集合由马达保护器、数据采集模块和无线通信模块组成。如图1所示，马达保护器（（A-1）、（A-2）、（A-7）、（A-10））、数据采集模块（（A-3）、（A-4）、（A-8）、（A-11））和无线通信模块（（A-5）、（A-6）、（A-9）、（A-12））。马达保护器与数据采集模块一一对应，采用如485方式连接。所述数据采集模块（属于成熟的市售产品）设置用于采集马达保护器的原始数据，马达保护器的原始数据（或者说马达的原始数据）包括各种保护的相关数据以及运行状态数据。例如以下各种保护的一种或者多种：过载保护，断相保护，堵转保护、漏电保护，轻载保护，短路保护。

无线通信模块通过与马达保护器上的数据采集模块连接，所述无线通信模块为同时支持5G/4G网络数据传输模块，无线通信模块将连接的马达保护器的原始数据整理并发送给控制中心（7）进行报文打包，控制中心利用网络将数据远程发送到区块链网络（9）。无线通信模块也属于成熟的市售产品，故不再赘述。

2， 无线网络。即无线传感网络，用于马达保护器间的通信与识别。

每一个马达保护器（A-1）连接一个无线通信模块（A-5）。如图1所示，多个马达保护器集合形成一个A区域。

马达保护器的工作区域可以扩展，如图2所示的另一种实施方式，控制中心不仅可以连接A区域，还可以连接若干马达保护器集合形成的B区域。如图2所示，马达保护器（（B-1）、（B-2）、（B-7）、（B-10））、数据采集模块（（B-3）、（B-4）、（B-8）、（B-11））和无线通信模块（（B-5）、（B-6）、（B-9）、（B-12））。B区域连接控制中心（8）。

3，控制中心。控制中心是将马达保护器的状态信息转换为区块链网络的节点消息。控制中心直接与区块链网络的节点(例如矿工节点)连接。无线传感网络下的多个传感器均可以连接到控制中心（通过无线方式连接到控制中心），控制中心可以扩展，并连接到同一个区块链网络的矿工节点。马达保护器只能使用控制中心从区块链请求访问信息。控制中心不能是受约束的设备。这些控制中心设备也即是管理器需要高性能特性才能从马达保护器尽可能多地同时请求。控制中心可以是带有通信功能的服务器。

考虑到在许多情况下都需要使用访问控制；因而马达保护器只能连接到某些特定的控制中心。本发明在将马达保护器添加到控制系统中之后，该马达保护器的管理器将必须通知特定控制中心关于该设备的凭证，以及向马达保护器通知控制中心的位置。控制中心可以自由地请求任何马达保护器的信息，并几乎立即从区块链网络的节点获得结果。另一方面，在控制中心方案中，查询操作不存储在区块链中，是因为控制中心不使用消息来从区块链中获取信息，该信息直接从区块链网络的节点的存储设备中获取。查询区块链中的信息不会产生任何费用或延迟。

4，区块链网络。

区块链网络负责所有区域马达保护器集合的分布式访问控制管理。区块链网络（9）为P2P（Peer-to-Peer，端到端）的网络。区块链网络又划分为四个组件，包括：矿工节点、代理节点、智能合约以及普通节点。即区块链网络的节点包括矿工节点、代理节点以及普通节点（16）。

普通节点为实体设备节点，与现有技术相同。需要注意的是，普通节点通过注册成为管理节点，管理节点用于管理一组马达保护器集合或单个马达保护器的访问控制权限。管理节点（17）包括PC客户端和手机APP客户端等，管理节点（17）通过网络连接区块链网络（9）数据库，即存储设备（15）。管理节点负责管理马达保护器集合的访问控制权限。通常，管理节点在系统中被视为普通节点。普通节点不存储区块链信息，也不像矿工节点验证区块链的消息，仅显示和发送命令信息。因此，受约束的设备也可以成为系统中的管理节点，而不会对其硬件限制产生障碍。此外，管理节点不需要经常连接到区块链网络，这有助于减少其硬件资源的使用。任何实体都可以注册为管理节点。但是，任何设备注册为马达保护器必须在管理节点的控制下注册。可以避免管理节点在未经管理器许可的情况下注册其控制下的设备。

代理节点，代理节点是架构中的特定区块链节点，负责在系统中部署唯一的智能合约。代理节点是访问控制系统生命周期内智能合约的所有者，一旦智能合约被部署到区块链网络中，代理节点就会收到一个地址，用于识别区块链网络内的智能合约。为了与智能合约进行交互，区块链网络中的所有节点都需要知道智能合约的地址。

矿工节点用于保持全局可访问的交易信息，与现有技术相同。

智能合约，定义访问控制系统所允许的操作。此智能合约是唯一的，无法从系统中删除。因此，访问控制系统中允许的所有操作都在智能合约中定义，并由区块链消息触发。一旦通过交易触发操作，矿工节点将保持全局可访问的交易信息。智能合约及其运营也可在全球范围内使用。除此之外，还必须考虑到管理者是唯一能够与智能合约交互以便在系统中定义新策略的实体。一般的，智能合约包括映射结构以及结构体。

本实施例中，智能合约定义的操作包括马达保护器的原始数据，管理各种节点信息，设备信息以及查询许可；其中，所述设备主要包括区块链网络中所需要的实体设备。

关于方法

可以理解的是，为了不进行赘述，本实施例的系统以及控制方法的部分特征可以相互引用。如图4所示，本实施例的方法包括以下步骤：

步骤1：利用与每个马达保护器（A-1）相连接的数据采集模块（A-3）实时采集该马达运行过程中的原始数据（上文介绍了原始数据的组成）。

步骤2：数据采集模块（A-3）将采集到的马达运行过程中的原始数据传输到无线通信模块（A-5）上。

进一步的，所述步骤2，包括代理节点将智能合约部署到区块链网络中，智能合约包括马达保护运行数据，合约交互所需地址信息，以及设备信息。合约交互所需地址信息包括：代理节点的地址和智能合约的地址，代理节点的地址可以从管理节点处获取，也可以用于识别访问控制系统中的智能合约；智能合约的地址用于连接区块链网络的节点与所述智能合约进行交互。

步骤3：无线通信模块（A-5）将马达保护器运行过程中的原始数据发送给控制中心（7）进行64字符数字签名报文打包，控制中心利用网络将数据远程发送到区块链网络（9）中矿工节点（11）。

步骤4：在区块链网络（9）中创建访问控制系统，代理节点（13）将智能合约部署到区块链网络中。具体的，包括：定义出有权访问特定资源的设备，所述设备包括马达保护器、实体设备以及控制中心的管理器；管理节点获取其控制下的马达保护器的地址，以及可以访问该马达保护器的地址；执行策略，并为智能合约创建交易。

注册管理节点以及注册马达保护器，具体包括：普通节点从代理节点处获取智能合约的地址，将注册消息发送给智能合约，从而注册成为管理节点，该智能合约的地址将标识控制中心的管理器，即注册管理器，在管理节点的控制下注册马达保护器。

步骤5：将控制中心（7）的识别码和马达保护器运行有关的64字符数字签名报文分别注册到访问控制系统中；将马达的原始数据处理分析得到相应的参数特征趋势（例如，对于过载保护的相关数据包括电流数据，其相应的参数特征趋势即为电流变化趋势），并将原始数据和参数特征趋势按马达编号储存到相应存储设备（15）（也可以称为数据库）中，管理节点（17）通过网络连接区块链网络中的数据库。马达保护器通过管理器请求的访问控制信息，即控制中心将马达保护器的消息发送给与其相连的区块链网络中的矿工节点；从而实现对多区域内分布式马达保护器的访问管理。

步骤6：管理节点（17）将命令发送给矿工节点（11），矿工节点将马达保护器的访问策略通知给控制中心，控制中心将所述访问控制策略发送给对应的马达保护器。进而实现对马达的远程监控，实现对马达进行预调整处理。

其中，代理节点（13）将智能合约部署到区块链网络中，代理节点从管理节点处获取智能合约的地址；区块链网络的节点通过智能合约的地址与所述智能合约交互。如图3所示智能合约部署到区块链网络中步骤如下：（1）连接马达保护器集合生成信息访问私钥与信息访问地址，其中，信息访问地址为控制中心在区块链的公开身份，信息访问私钥则为证明其身份的认证凭证；（2）马达保护器集合根据运行状态生成配置；配置包括有地址、认证方式、运行状态和传递性；（3）控制中心使用提供的信息访问私钥将上述配置加密后发送，并将配置解密并处理后储存在区块链网络中。

马达保护器地址、马达保护器状态和智能合约注册地址作为马达保护器控制信息参数，创建马达保护器控制信息，此控制信息为访问公钥。通过信息访问私钥对马达保护器控制信息进行签名后发送给马达保护器区块链中的各存储设备。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：U盘或光盘等。但智能合约运行相关数据必须采用数据库存储，如存储服务器。

以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统，其特征在于，包括至少一个工作区域、至少一个控制中心和一个区块链网络；

一个工作区域包括至少一个马达保护器集合，每个马达保护器集合均由马达保护器、数据采集模块和无线通信模块组成；无线通信模块通过无线网络与控制中心通信连接；一个控制中心对应连接一个工作区域；

一个或一个以上的控制中心与所述区块链网络通信连接；

所述区块链网络包括：矿工节点、代理节点以及普通节点，所述普通节点通过注册成为管理节点；所述管理节点用于管理马达保护器集合的访问控制权限；所述代理节点用于在区块链网络中部署智能合约。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统，其特征在于，所述原始数据包括保护的相关数据以及运行状态数据，所述保护包括以下各种保护的一种或者多种：过载保护，断相保护，堵转保护、漏电保护，轻载保护，短路保护。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统，其特征在于，所述管理节点包括PC客户端或者移动终端APP；所述管理节点通过网络连接区块链中的存储设备。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统，其特征在于，所述区块链网络为P2P网络。

5.一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制方法，

步骤1，数据采集模块实时采集马达的原始数据；

步骤2，数据采集模块将所述原始数据传输到无线通信模块；

步骤3，无线通信模块将所述原始数据发送给控制中心，控制中心将所述原始数据进行打包远程发送到区块链网络（9）中矿工节点（11）；

步骤4，在区块链网络（9）中创建访问控制系统，代理节点（13）将智能合约部署到区块链网络中；

步骤5，将控制中心（7）的识别码和马达保护器运行有关的64字符数字签名报文分别注册到访问控制系统中；将所述原始数据处理分析得到相应的参数特征趋势，并将所述原始数据和所述参数特征趋势按马达编号储存到相应数据库（15）中；管理节点（17）通过网络连接区块链网络中的数据库；将部分普通节点注册成为访问控制系统的管理节点（15）；

步骤6、管理节点（17）将命令发送给矿工节点（11），矿工节点（11）将马达保护器的访问控制策略通知给控制中心，控制中心将所述访问控制策略发送给对应的马达保护器，进而实现对马达的远程监控，并通过参数特征趋势对马达进行预调整处理。

6.根据权利要求1所述的一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统，其特征在于，代理节点（13）将智能合约部署到区块链网络中，代理节点从管理节点处获取智能合约的地址；区块链网络的节点通过智能合约的地址与所述智能合约交互。

7.根据权利要求1所述的一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统，其特征在于，马达保护器地址、马达保护器状态和智能合约注册地址作为马达保护器控制信息参数，用于创建马达保护器控制信息，作为访问公钥。

8.根据权利要求1所述的一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统，其特征在于，智能合约部署到区块链网络中步骤如下：（1）连接马达保护器集合生成信息访问私钥与信息访问地址，其中，信息访问地址为控制中心在区块链的公开身份，信息访问私钥为证明其身份的认证凭证；（2）马达保护器集合根据运行状态生成配置；配置包括有地址、认证方式、运行状态和传递性；（3）控制中心使用提供的信息访问私钥将上述配置加密后发送，并将配置解密并处理后储存在区块链网络中。

9.根据权利要求1所述的一种基于区块链的马达保护器分布式远程访问控制系统，其特征在于，普通节点从代理节点处获取智能合约的地址，将注册消息发送给智能合约，从而注册成为管理节点；通过智能合约的地址注册控制中心的管理器。

10.一种计算机存储介质，用于存储实现权利要求5-9任一项所述方法的计算机程序。