CN111292014B - 一种基于联盟链的智能农机调度系统及其调度方法 - Google Patents

一种基于联盟链的智能农机调度系统及其调度方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111292014B
CN111292014B CN202010162551.3A CN202010162551A CN111292014B CN 111292014 B CN111292014 B CN 111292014B CN 202010162551 A CN202010162551 A CN 202010162551A CN 111292014 B CN111292014 B CN 111292014B
Authority
CN
China
Prior art keywords
scheduling
data
agricultural machine
block
agricultural machinery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010162551.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111292014A (zh
Inventor
杨昊天
王良民
余春堂
陈向益
赵婷婷
张明政
夏景
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN202010162551.3A priority Critical patent/CN111292014B/zh
Publication of CN111292014A publication Critical patent/CN111292014A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111292014B publication Critical patent/CN111292014B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
    • G06Q10/06312—Adjustment or analysis of established resource schedule, e.g. resource or task levelling, or dynamic rescheduling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/60—Protecting data
    • G06F21/602—Providing cryptographic facilities or services
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/60—Protecting data
    • G06F21/64—Protecting data integrity, e.g. using checksums, certificates or signatures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/12—Computing arrangements based on biological models using genetic models
    • G06N3/126—Evolutionary algorithms, e.g. genetic algorithms or genetic programming
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/02—Agriculture; Fishing; Forestry; Mining
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Economics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Bioethics (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Animal Husbandry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Marine Sciences & Fisheries (AREA)
  • Agronomy & Crop Science (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于联盟链的智能农机调度系统及其调度方法，认证中心向联盟链中参与者分发CA证，并给予参与者公开的公钥与非公开的私钥，实行身份认证的准入机制；获得授权的用户发送基于非对称加密方法加密过的调度请求，记账节点解密并验证后调用智能合约，智能合约通过预言机从数据层中获取数据，从而进行调度匹配；本发明采用基于经济剩余理论与遗传算法的匹配过程，通过优化函数得出最优匹配与最优定价；记账节点将调度数据记入生产新区块后由监管方进行验证，如果验证通过，则广播给所有节点，所有节点在区块链层中本地保存新区块链状态。本发明可提高智能农机的调度效率，提高农机利用率，以及提高系统中用户的商业隐私，以及用户身份的可追溯性。

Description

一种基于联盟链的智能农机调度系统及其调度方法
技术领域
本发明涉及农机调度技术，具体涉及一种基于联盟链的智能农机调度系统及其调度方法。
背景技术
智能农机调度如今越来越追求高效率、高利用率以及低成本。该领域研究可以分为系统结构和算法优化。现阶段，大部分研究针对的是优化调度算法，从而达到调度需求。但是系统结构都是基于中心化平台，进行集中化调度。而调度的系统结构也会起着关键作用，目前联盟链技术兴起，一些领域已经将联盟链技术应用起来。不过目前的联盟链中的共识效率不高，会影响系统性能，而且缺乏监管技术支持。
目前，存在一种集中化的调度模式，具体为：有一中心化平台，在不同区域建立农机资源中心，将农机放入资源中心仓库中集中管理。用户需通过该平台发送需求，输入自身数据，并支付服务费后，中心化平台调用优化调度算法选取合适农机进行调度。
而对于联盟链共识技术，目前存在基于拜占庭容错的共识算法。需经过选取记账节点，区块生成后，在全网发送给其他节点验证，并进行两次投票，需收到超过总恶意节点(f)数两倍的通过票需快才会有效。要求系统中恶意节点不超过总结点的1/3。
然后现有的农机调度技术存在以下问题：
集中化调度存在的问题：1)单点崩溃：整个系统依赖于一台服务器，如果该服务器崩溃，整个系统将会瘫痪；2)透明度低：数据都先经过中心服务器，再由该服务器发送给用户，其中的交易透明度较低，同时存在延时，交易双方无法及时获取数据，降低了交易中的决策效率；3)成本高：第三方会向当事人收取交易费用，直接增加了交易成本；而且中心化系统管理成本较高，这些成本最终会由用户承担；交易费用通过银行转账，时间较长且会有手续费；4)资源浪费：农场主自身拥有的农机在空闲时只能闲置在仓库，因此集中化调度无法解决农机闲置问题。
同时，现有联盟链共识方法存在的问题：1)性能问题：联盟链共识阶段中，验证方法速率较繁琐，影响速率，从而影响性能；2)安全问题：若系统中恶意节点过多，系统安全性将受到威胁，甚至造成系统瘫痪；3)监管技术不成熟：需用合适的监管技术维护联盟链正常运行。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于联盟链的智能农机调度系统及其调度方法。
技术方案：本发明的一种基于联盟链的智能农机调度系统，该调度系统涉及以下参与方：认证中心CA、农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO，系统包括认证层、交易层、数据层和区块链层，所述认证层中，认证中心CA向农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO授权，授予CA证以给予加入联盟链的权限，并向这三个参与方分发对应公钥与私钥；所述交易层执行农机调度匹配以及区块生产；其中通过智能合约SC实现农机拥有者AO与农机使用者AU的匹配，记账节点BC负责生产区块，系统监管方BO在监控调度过程中对新区块进行验证(验证新区块里的交易是否合法，验证区块是否合法，即区块中的时间戳，哈希值是否正确)；所述数据层来存储调度所需数据，数据包括农机数据、农田数据以及实时道路与天气数据；同时，数据层向预言机提供外部实时数据，预言机收到后将数据传输至智能合约SC中；所述区块链层存储调度数据的链：所述记账节点BC完成新区块生产后所有系统中的节点均在区块链层中保存新区块，每个区块包含时间戳，由多个调度信息与数据的哈希值组成的默克尔树的树根的哈希值，以及上一个区块的哈希值；区块链中的所有调度与交易数据都由哈希函数加密，进而保护用户隐私。
上述过程中，农机拥有者AO和农机使用者AU不时地选取记账节点BC负责区块生产。
进一步的，所述认证层中的公钥是公开的，公钥由农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO的组织名称生成；所述私钥是不公开的，由所述CA授予，由农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO各自保存，且因系统监管方BO是绝对可信的，每个参与方私钥都被BO知晓；所述私钥加密后的信息由对应的公钥解密，而所述公钥加密后的信息由对应的私钥解密。
进一步的，所述交易层调度和交易的具体过程为：农机使用者AU发送与时间戳绑定且由自身密钥与记账节点BC公钥加密的请求信息，记账节点BC接受并验证调度请求，验证通过后调用智能合约SC；所述SC执行内部匹配和定价函数，通过基于经济剩余理论的优化遗传算法将最优匹配结果与定价结果发送至对应记账节点BC，记账节点BC将调度数据记入新区块中；记账节点BC将新区块生产完成后，将新区块与一随机数一起由自身密钥与系统监管方BO公钥加密，然后发送至BO给其进行验证；如果验证通过，则返回验证结果并附带电子签名，由自身密钥与BC公钥加密发予记账节点BC，记账节BC用自身密钥与系统监管方BO公钥解密，将新区块与验证结果全网广播；如果验证不通过，对BC采取扣款的惩罚措施，并重新选举新BC进行区块生产；整个过程中，系统监管方BO知晓农机拥有者AO和农机使用者AU的公钥与私钥，可对交易层中的每条信息交互实施监控，保证系统安全稳定地运行，且仅有系统监管方BO有权限监控智能合约SC的内部执行过程。
本发明还公开一种基于联盟链进行农机调度系统的调度方法，包括以下步骤：
认证中心CA农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO分发CA证，给予加入联盟链的授权，并采用身份认证的准入机制，以农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO的组织名称生成对应公钥，所述认证中心CA生成对应私钥发给农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO；
农机使用者AU发送与时间戳绑定且由自身私钥与记账节点BC公钥加密的调度请求；
系统监管方BO收到调度请求后，通过自身密钥与农机使用者AU公钥解密并验证该调度请求，如果请求通过，则记账节点BC将调用智能合约SC从而进行调度匹配，且匹配过程通过函数，并采用基于经济剩余理论的优化遗传算法，最小化无谓损失，得出最优匹配与最优定价；如果验证的请求不合法，则不处理该请求，且系统将对AU所在组织采取扣款与扣除信誉的惩罚；通过基于可信监管方验证的共识方法记账节点BC将调度数据记入新区块并生产出来后由系统监管方BO进行验证，如果验证通过，则广播给所有节点，所有系统中的节点本地保存所述新区块链状态。
进一步的，所述联盟链中的每条消息(包括AU发出的请求、BC发送新区块和BO返回验证结果)都需采用非对称加密方式加密。
进一步的，所述记账节点验证调度请求通过后进行调度匹配的详细过程为：
所述联盟链中所有农机拥有者AO和农机使用者AU组成一个候选集合，每新一轮区块生产前，在候选集合中随机选取记账节点BC，每一个记账节点BC负责生产Q个区块，然后重新进行选举新记账节点BC，其中，每次选举后系统将会公开此轮记账节点BC的公钥，便于信息加密与解密；
其中，农机使用者AU发送的调度请求需要与时间戳一起，并先由AU私钥加密，再由记账节点BC的公钥加密；系统监管方BO对上述调度过程监控与监管，且仅有系统监管方BO有权限监控智能合约SC内部执行过程。
进一步的，所述记账节点BC调用智能合约SC时，智能合约SC向预言机发送获取数据的请求，所述预言机从数据层获取实时数据后将数据返回给智能合约SC；
所述智能合约SC得出最优匹配与最优定价的具体内容为：通过函数，考虑天气、道路和信誉因素，并采用基于经济剩余理论的优化遗传算法，其中函数如下；
Figure BDA0002406308080000041
Figure BDA0002406308080000042
Figure BDA0002406308080000043
其中，在上述公式(1)，(2)，(3)中，
Figure BDA0002406308080000044
表示农机m从农田fi到农田fj的时间，且时间为0时无法调度；R表示组织信誉；C表示调度成本；/>
Figure BDA0002406308080000045
表示fi与fj的距离；Xm的值当m空闲时取值为1，当m作业时取值为0；Qw表示气候因素，恶劣气候时取值为0，其余情况取值大于等于1，气候越好取值越接近1；Qr表示道路因素，取值大于等于1，道路条件越好取值越接近1；α，β，η均为权重系数；Fp表示目标定价函数；/>
Figure BDA0002406308080000046
表示n个调度任务的总无谓损失。。
有益效果：本发明利用联盟链代替传统中心化调度平台，以联盟链作为系统基础结构，并创新性地运用基于经济剩余理论的优化调度遗传算法，解决集中化的智能农机调度中存在的单点崩溃、成本高、透明度低和农机利用率低的问题；运用可信监管方负责验证区块，无需所有节点共同验证，提高区块链共识效率，从而提高系统性能，解决了联盟链性能与监管问题；系统中的信息交互基于非对称加密，保证了系统中用户的商业隐私，以及用户身份的可追溯性。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明的方法流程图；
图3为实施例中区块链共识流程图；
图4为实施例中的调度执行流程图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，本发明的一种基于联盟链的智能农机调度系统，认证中心向联盟链中参与者分发CA证，并给予参与者公开的公钥与非公开的私钥，实行身份认证的准入机制；获得授权的用户发送基于非对称加密方法加密过的调度请求，记账节点解密并验证后调用智能合约，智能合约通过预言机从数据层中获取数据，从而进行调度匹配；本发明采用基于经济剩余理论与遗传算法的匹配过程，通过优化函数得出最优匹配与最优定价；记账节点将调度数据记入生产新区块后由监管方进行验证，如果验证通过，则广播给所有节点，所有节点在区块链层中本地保存新区块链状态。本发明可提高智能农机的调度效率，提高农机利用率，以及提高系统中用户的商业隐私，以及用户身份的可追溯性。
实施例一：
本实施例提供一种基于联盟链的农机调度系统系统，包括：认证层、交易层、数据层和区块链层，且该系统中包含四方：认证中心(CA)、农机拥有者(AO)、农机使用者(AU)、系统监管方(BO)，在所有AO与AU中还将不时地选取记账节点(BC)负责区块生产；
参见图1，“认证层”包含认证中心(CA)，用来向所述AO、AU授权，授予CA证，并向其余参与方分发公钥与私钥；“交易层”用来执行农机调度匹配以及区块生产，其中通过智能合约(SC)实现AO与AU的匹配，BC负责生产区块，BO负责监控调度过程与对区块进行验证；“数据层”用来存储调度所需数据，包括农机数据，农田数据，实时道路与天气数据等等；“区块链层”用来存储调度数据的链，每个区块包含时间戳，由多个调度信息与数据的哈希值组成的默克尔树的树根的哈希值，以及上一个区块的哈希值。
其中，认证层中，认证中心(CA)用来向联盟链中的参与方用户，即AU、AO和BO发放CA证，给予其加入联盟链的权限，且CA用来向每个AO、AU和BO发放公钥与私钥；
公钥是在系统中公开的，由AO、AU和BO组织名称生成，而私钥是不公开的，由AC授予，且由参与者各自保存，每个AO、AU的私钥仅有自己本身与BO知晓；
调度过程中的信息交互基于非对称加密，私钥加密的信息可以由对应的公钥解密，公钥加密的信息可以由对应的私钥解密。
交易层用来进行调度，AU发送与时间戳绑定的且由自身密钥与BC公钥加密的请求信息，BC接受并用自身密钥与AU公钥解密，验证调度请求，验证通过后调用SC，将调度数据记入区块；
SC执行内部匹配、定价函数，通过基于经济剩余理论的优化遗传算法，将最优匹配结果与定价结果发送至BC，BC将调度数据记入新区块中；
BO可对交易层中的任一调度过程进行监管与监控，且仅有BO有权限监控SC的内部执行过程。
其中，BC将新区块与一随机数一起由自身密钥与BO公钥加密发送至BO，BO通过自身密钥与BC公钥解密并验证BC生产的新区块，如果验证通过，返回验证结果并附带BO的电子签名，BC将新区块与验证结果全网广播；
数据层用来存储调度所需数据，包括农机数据，农田数据，实时道路与天气数据等等；
其中，SC向预言机发送获取数据的请求，预言机从数据层中获得外部实时数据，并将数据传输至SC中。
区块链层是用来存储存储调度数据的链，每个区块包含时间戳，由多个调度信息与数据的哈希值组成的默克尔树的树根的哈希值，以及上一个区块的哈希值。
其中区块链层中，区块链中的所有调度与交易数据都由哈希函数加密，从而保护用户隐私。
实施例二
本实施例的一种基于联盟链的农机调度系统的调度方法，涉及四个参与方：认证中心(CA)、农机拥有者(AO)、农机使用者(AU)和系统监管方(BO)，参见图2：
步骤201：认证中心(CA)向所述AO、AU和BO分发CA证，给予授权，并采用身份认证机制，以AO、AU和BO的组织名称生成公钥，认证中心生成私钥并发予AO、AU和BO；
步骤202：AU发送与时间戳绑定的且由自身私钥与BC公钥加密的调度请求，BC验证请求，如果请求通过，BC将调用SC从而进行调度匹配，且匹配过程通过函数，并采用基于经济剩余理论的优化遗传算法，最小化无谓损失，得出最优匹配与最优定价；
步骤203：采用新型的基于可信监管方验证的共识算法，BC将调度数据记入新区块并生产出来后由BO进行验证，如果验证通过，则广播给所有节点，所有系统中的节点本地保存所述新区块链状态。
其中，认证中心(CA)向AO、AU和BO分发CA证，给予授权，并采用身份认证的准入机制，以AO、AU和BO的组织名称生成公钥，CA生成私钥并发予参与者，包括：
参与者的公钥在系统中是公开的，其他参与者都可见，且公钥是以参与者组织名称生成的，采用了身份认证的准入机制；
参与者的密钥是不公开的，由CA分发给参与者，私钥仅被参与者自己和BO知晓；
联盟链中的每条消息都需采用非对称加密方式加密，由私钥加密的消息可以被对应的公钥解密，由公钥加密的消息可被对应的私钥解密。
其中，联盟链中的AU发送与时间戳绑定且由自身密钥与BC公钥加密的调度请求，BC通过自身密钥与AU公钥解密并验证请求，如果请求通过，BC将调用智能合约(SC)从而进行调度匹配，得到最优AO，且匹配过程通过匹配与定价函数，并采用基于经济剩余理论的优化遗传算法，最小化无谓损失，得出最优匹配与最优定价，包括：
联盟链中所有AO与AU节点组成一个候选集合，每新一轮区块生产前，在所述集合中随机选取BC，每一个所述BC负责生产数量Q个区块，Q个区块后，重新进行选举，其中，每次选举后系统将会公开此轮BC公钥，便于信息加密；
AU发送的请求需要与时间戳一起，由AU私钥加密，再由BC公钥加密；
BO可以对调度过程监控与监管，且仅有BO有权限监控SC内部执行过程。
BC在调用智能合约时，还包括：
智能合约向预言机发送获取数据的请求，预言机从数据层获取实时数据后将数据返回给智能合约；
智能合约内部执行过程通过函数，考虑了气候、道路、组织信誉因素，并采用基于经济剩余理论的优化遗传算法，进行最优匹配以及最优定价，函数公式如下：
Figure BDA0002406308080000081
Figure BDA0002406308080000082
Figure BDA0002406308080000083
其中，在上述公式(1)，(2)，(3)中，
Figure BDA0002406308080000084
表示农机m从农田fi到fj的时间，时间为0时无法调度；R表示组织信誉；C表示调度成本；/>
Figure BDA0002406308080000085
表示fi与fj的距离；Xm的值当m空闲时取值为1，当m作业时取值为0；Qw表示气候因素，恶劣气候时取值为0，其余情况取值大于等于1，气候越好取值越接近1，；Qr表示道路因素，取值大于等于1，道路条件越好取值越接近1；α，β，η表示权重系数；Fp表示目标定价函数；/>
Figure BDA0002406308080000086
表示n个调度任务的总无谓损失；
其中，BC将调度数据记入新区块并生产出来后由监管方节点进行验证，如果验证通过，则广播给所有参与者节点，所有参与者节点本地保存新区块链状态，包括：
BC将多个调度数据打包进新区块中，同时新区块还包含时间戳，多个数据的哈希值构成的默克尔树的树根的哈希值以及前一个区块的哈希值，BC将新区块与一随机数一起由自身私钥与BO公钥加密发送给BO；
BO通过自身密钥与BC公钥解密验证新区块合法性，如果新区块合法，BC得到信誉权重增加的奖励，并且BO返回验证结果并附带自己电子签名，由BO私钥与BC公钥加密，发予BC；
BO用自身私钥与BC公钥解密，并验证新区块，如果新区块验证通过，BC所在组织得到信誉权重增加奖励，且BO返回验证结果并附带自己电子签名，由BO的私钥与BC的公钥加密，发予BC；
BC通过自身密钥与BO公钥解密，将新区块与验证结果由自身密钥加密全网广播，当BC生产完成数量Q个区块后，将开始新一轮选举，随机选取新BC。
实施例三
如图3所示，本实施例提供一种基于联盟链的农机调度的区块链共识方法，具体过程为：
共识包括三个阶段——选举阶段、生产阶段和验证阶段。系统中所有AO、AU的节点形成一个候选集合，在选举阶段，系统从候选集合中随机选出一个节点作为记账节点(BC)，且每个候选集中的节点具有相同的概率被选到。在此，为防止概率不一致，即某AO或AU创建多个几点进入候选集中，系统会对此行为进行限制——每个AO和AU只能有一个节点进入候选集中。每个BC经过一定数量(Q)的区块的生产，再进行重新选举。另外，BC生产区块时间是有限的，如果在一定的时间内不能生产出一个区块则会选举新的BC。
进入生产阶段，即BC生成区块的阶段。输入交易信息，即AU发送带有时间戳的交易请求，请求信息由AU私钥加密，再由BC的公钥加密。因此，BC可以使用自己的私钥和AU的公钥来解密信息。
BC验证请求是否有效，该过程中，BO也会对其进行监控。验证通过后，通过调用SC执行请求，匹配出最优的AO与定价，记入新区块中，最终并生成包含多个交易的区块。每个区块都由序列号、时间戳、前一个块的哈希值和由各个交易组成的默克尔树的根的哈希值组成。同时，交易过程中的数据，如物流信息和农机数据，也将会被打包到区块链中，以增加透明度和提高决策效率，而且区块中交易信息都由哈希函数加密过，无法篡改，甚至BC也无法篡改这些数据。保护用户隐私。
BC将生产出的区块与一随机数一起由BC私钥与BO公钥加密，发予BO，从而进入验证阶段。BO用自身密钥与BC公钥解密，并负责验证区块是否有效。只有BO投票赞成(“Yes”)时，该区块才有效。如果BC生成不合法的区块，BO会在验证时发现，阻止区块生效并对BC采取惩罚措施，选取新BC。
如果验证的区块是有效的，BO将验证结果用自身私钥与BC公钥加密发给BC，其中，验证结果包含BO的电子签名。BC用自身密钥与BO公钥解密后，最后将新区块与验证结果广播给所有的系统中的节点，每个用户本地维护该区块链。
开始判断当前BC生产的区块数q是否与Q相等，若相等，开始新一轮选举，选取新BC。
实施例四
如图4所示，本实施例本发明提供一种基于联盟链的农机调度系统的调度方法，在其调度过程采用基于经济剩余理论的遗传算法，执行于智能合约(SC)内，该执行过程包括：输入数据，区域划分，匹配函数，遗传算法，输出结果。
具体地，当前BC调用SC后，SC将内部参数初始化。
由预言机将外部实时数据，包括农机数据，农田数据，地理位置数据，天气、道路数据等，与调度参数一起输入至SC内。
使用Geohash区域划分方式，减小匹配范围；
其中，Geohash采用将位置经纬度编码的方式，对经纬度二分后形成左右区间，属于左区间记为1，属于右区间记为0，形成字符串，再转化为十进制后，找到对应编码完成划分。
执行匹配与定价目标函数；
其中，函数如下：
Figure BDA0002406308080000101
Figure BDA0002406308080000102
Figure BDA0002406308080000103
其中，在上述公式(1)，(2)，(3)中，
Figure BDA0002406308080000111
表示农机m从农田fi到fj的时间，时间为0时无法调度；R表示组织信誉；C表示调度成本；/>
Figure BDA0002406308080000112
表示fi与fj的距离；Xm的值当m空闲时取值为1，当m作业时取值为0；Qw表示气候因素，恶劣气候时取值为0，其余情况取值大于等于1，气候越好取值越接近1，；Qr表示道路因素，取值大于等于1，道路条件越好取值越接近1；α，β，η表示权重系数；Fp表示目标定价函数；/>
Figure BDA0002406308080000113
表示n个调度任务的总无谓损失；
其中，目标函数考虑了天气因素，道路因素，成本因素，以及定价与税收造成的社会无谓损失因素；
随机选择两个位置的编码进行交叉，将前后两编码部分结构进行交叉，生成两个新个体；
随机选择一个或多个位置编码，选择较小变异概率对其编码做变动；
通过多次迭代后，判断结果是否为最优值，或是匹配适应度是否上升时。如果达到最优值，输出结果；如果未达到最优值，返回匹配函数，开始新一轮循环；
执行定价目标函数，目的是得到最优定价，使得社会无谓损失达到最小，即使得付款方用户与收款方用户的利益最大化；
多次迭代后，得出最优定价；
其中，达到最优值后，智能合约将结果发送至发出请求方，匹配方和BC。
通过上述实施例可以看出，本发明盟链代替传统中心化调度平台，以联盟链作为系统基础结构，并创新性地运用基于经济剩余理论的优化调度遗传算法，能够解决集中化的智能农机调度中存在的单点崩溃、成本高、透明度低和农机利用率低的问题；运用可信监管方负责验证区块，无需所有节点共同验证，提高区块链共识效率，从而提高系统性能，解决了联盟链性能与监管问题；系统中的信息交互基于非对称加密，保证了系统中用户的商业隐私，以及用户身份的可追溯性。

Claims (7)

1.一种基于联盟链的智能农机调度系统，其特征在于：该调度系统涉及以下参与方：认证中心CA、农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO，系统包括认证层、交易层、数据层和区块链层，
所述认证层中，认证中心CA向农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO授权，授予CA证以给予加入联盟链的权限，并向这三个参与方分发对应公钥与私钥；
所述交易层执行农机调度匹配以及区块生产，具体方法为：农机使用者AU发送与时间戳绑定且由自身密钥与记账节点BC公钥加密的请求信息，记账节点BC接受并验证调度请求，验证通过后调用智能合约SC；SC执行内部匹配和定价函数，通过基于经济剩余理论的优化遗传算法将最优匹配结果与定价结果发送至对应记账节点BC，记账节点BC将调度数据记入新区块中；记账节点BC将新区块生产完成后，将新区块与一随机数一起由自身密钥与系统监管方BO公钥加密，然后发送至BO给其进行验证；如果验证通过，则返回验证结果并附带电子签名，由自身密钥与BC公钥加密发予记账节点BC，记账节BC用自身密钥与系统监管方BO公钥解密，将新区块与验证结果全网广播；如果验证不通过，对BC采取扣款的惩罚措施，并重新选举新BC进行区块生产；
其中通过智能合约SC实现农机拥有者AO与农机使用者AU的匹配，记账节点BC负责生产区块，系统监管方BO在监控调度过程中对新区块进行验证，即验证新区块里的交易是否合法，验证区块是否合法，即区块中的时间戳，哈希值是否正确；
所述数据层来存储调度所需数据，数据包括农机数据、农田数据以及实时道路与天气数据；同时，数据层向预言机提供外部实时数据，预言机收到后将数据传输至智能合约SC中；
所述区块链层存储调度数据的链：所述记账节点BC完成新区块生产后所有系统中的节点均在区块链层中保存新区块，每个区块包含时间戳，由多个调度信息与数据的哈希值组成的默克尔树的树根的哈希值，以及上一个区块的哈希值；区块链中的所有调度与交易数据都由哈希函数加密，进而保护用户隐私；
上述过程中，系统在所有农机拥有者AO和农机使用者AU节点中随机选取记账节点BC负责区块生产，选取过程中，每个记账节点负责生产数量Q个区块，Q区块完成后重新进行随机选取。
2.根据权利要求1所述的基于联盟链的智能农机调度系统，其特征在于：所述认证层中的公钥是公开的，公钥由农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO的组织名称生成；所述私钥是不公开的，由所述CA授予，由农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO各自保存，且因系统监管方BO是绝对可信的，每个参与方私钥都被系统监管方BO知晓；
所述私钥加密后的信息由对应的公钥解密，而所述公钥加密后的信息由对应的私钥解密。
3.根据权利要求1所述的基于联盟链的智能农机调度系统，其特征在于：所述交易层调度和交易过程中系统监管方BO知晓农机拥有者AO和农机使用者AU的公钥与私钥，可对交易层中的每条信息交互实施监控，保证系统安全稳定地运行，且仅有系统监管方BO有权限监控智能合约SC的内部执行过程。
4.一种基于权利要求1至3任意一项所述的基于联盟链进行农机调度系统的调度方法，其特征在于：包括以下步骤：
认证中心CA农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO分发CA证，给予加入联盟链的授权，并采用身份认证的准入机制，以农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO的组织名称生成对应公钥，所述认证中心CA生成对应私钥发给农机拥有者AO、农机使用者AU和系统监管方BO；
农机使用者AU发送与时间戳绑定且由自身私钥与记账节点BC公钥加密的调度请求；
系统监管方BO收到调度请求后，通过自身密钥与农机使用者AU公钥解密并验证该调度请求，如果请求通过，则记账节点BC将调用智能合约SC从而进行调度匹配，且匹配过程通过函数，并采用基于经济剩余理论的优化遗传算法，最小化无谓损失，得出最优匹配与最优定价；如果验证的请求不合法，则不处理该请求，且系统将对AU所在组织采取扣款与扣除信誉的惩罚；
通过基于可信监管方验证的共识方法记账节点BC将调度数据记入新区块并生产出来后由系统监管方BO进行验证，如果验证通过，则广播给系统中所有农机拥有者AO和农机使用者AU节点本地保存所述新区块链状态。
5.根据权利要求4所述的基于联盟链进行农机调度系统的调度方法，其特征在于：所述联盟链中的每条消息，都需采用非对称加密方式加密，消息包括AU发出的请求、BC发送新区块和BO返回验证结果。
6.根据权利要求4所述的基于联盟链进行农机调度系统的调度方法，其特征在于：所述记账节点验证调度请求通过后进行调度匹配的详细过程为：
所述联盟链中所有农机拥有者AO和农机使用者AU组成一个候选集合，每新一轮区块生产前，在候选集合中随机选取记账节点BC，每一个记账节点BC负责生产Q个区块，然后重新进行选举新记账节点BC，其中，每次选举后系统将会公开此轮记账节点BC的公钥，便于信息加密与解密；
其中，农机使用者AU发送的调度请求需要与时间戳一起，并先由AU私钥加密，再由记账节点BC的公钥加密；系统监管方BO对上述调度过程监控与监管，且仅有系统监管方BO有权限监控智能合约SC内部执行过程。
7.根据权利要求4所述的基于联盟链进行农机调度系统的调度方法，其特征在于：所述记账节点BC调用智能合约SC时，智能合约SC向预言机发送获取数据的请求，所述预言机从数据层获取实时数据后将数据返回给智能合约SC；
所述智能合约SC得出最优匹配与最优定价的具体内容为：通过函数，考虑天气、道路和信誉因素，并采用基于经济剩余理论的优化遗传算法，其中函数如下；
Figure FDA0004128464890000031
Figure FDA0004128464890000032
Figure FDA0004128464890000033
其中，在上述公式(1)，(2)，(3)中，
Figure FDA0004128464890000034
表示农机m从农田fi到农田fj的时间，且时间为0时无法调度；R表示组织信誉；C表示调度成本；/>
Figure FDA0004128464890000035
表示fi与fj的距离；Xm的值当m空闲时取值为1，当m作业时取值为0；Qw表示气候因素，恶劣气候时取值为0，其余情况取值大于等于1，气候越好取值越接近1；Qr表示道路因素，取值大于等于1，道路条件越好取值越接近1；α，β，η均为权重系数；Fp表示目标定价函数；/>
Figure FDA0004128464890000041
表示n个调度任务的总无谓损失。
CN202010162551.3A 2020-03-10 2020-03-10 一种基于联盟链的智能农机调度系统及其调度方法 Active CN111292014B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010162551.3A CN111292014B (zh) 2020-03-10 2020-03-10 一种基于联盟链的智能农机调度系统及其调度方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010162551.3A CN111292014B (zh) 2020-03-10 2020-03-10 一种基于联盟链的智能农机调度系统及其调度方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111292014A CN111292014A (zh) 2020-06-16
CN111292014B true CN111292014B (zh) 2023-06-16

Family

ID=71023736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010162551.3A Active CN111292014B (zh) 2020-03-10 2020-03-10 一种基于联盟链的智能农机调度系统及其调度方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111292014B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111882308A (zh) * 2020-07-30 2020-11-03 平安科技（深圳）有限公司 区块链安全交易方法、计算机设备及可读存储介质
CN112202612B (zh) * 2020-09-29 2023-06-20 东软集团股份有限公司 区块链节点管理方法、存储介质、节点以及区块链系统
CN112418651B (zh) * 2020-11-19 2024-02-02 江西农业大学 一种基于数字孪生的共享农机实时调度方法
CN112561526B (zh) * 2020-12-16 2023-07-18 深圳市大中华区块链科技有限公司 一种基于区块链的产后服务系统及方法
CN112766986B (zh) * 2021-01-27 2024-02-09 浙江天演维真网络科技股份有限公司 基于改进的拜占庭容错算法的农产品溯源区块链共识方法
CN113052721B (zh) * 2021-03-18 2024-04-30 国网北京市电力公司 电力数据的处理方法及装置
CN113011894B (zh) * 2021-03-29 2023-04-07 昆明理工大学 一种基于可信计算与智能合约的金融衍生品数字交易系统
CN113377768B (zh) * 2021-06-02 2022-07-15 浙江数秦科技有限公司 一种基于联盟链的分布式账本存取方法
CN113704350A (zh) * 2021-08-03 2021-11-26 西安交通大学 基于区块链多链技术融合的智能电动汽车数据存储方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104238512B (zh) * 2014-09-04 2018-05-01 中联重机股份有限公司 分布式农机管理方法、系统和平台
AU2018348322C1 (en) * 2018-11-27 2020-06-25 Advanced New Technologies Co., Ltd. Asymmetric key management in consortium blockchain networks
CN110322242A (zh) * 2019-06-24 2019-10-11 迅鳐成都科技有限公司 一种基于区块链的零散物资可信交易系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111292014A (zh) 2020-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111292014B (zh) 一种基于联盟链的智能农机调度系统及其调度方法
Wang et al. SPDS: A secure and auditable private data sharing scheme for smart grid based on blockchain
CN108880863B (zh) 一种基于区块链技术的智能电网设备安全诊断服务系统
Zhu et al. zkCrowd: a hybrid blockchain-based crowdsourcing platform
CN109345438B (zh) 一种隐私保护的联盟打车方法及系统
CN110599261B (zh) 一种基于能源区块链的电动汽车安全电力交易和激励系统
Maroufi et al. On the convergence of blockchain and internet of things (iot) technologies
CN108985089B (zh) 互联网数据共享系统
CN111526200B (zh) 一种基于区块链和云平台的数据存储访问方法及系统
CN1152507C (zh) 使用混杂键产生密码签名
CN109741039A (zh) 记账方法、矿池服务器、终端设备、挖矿节点及矿池
Namasudra et al. Achieving a decentralized and secure cab sharing system using blockchain technology
CN106790431A (zh) 基于区块链的云制造服务交易信息记录系统与方法
Cao et al. Blockchain-empowered security and privacy protection technologies for smart grid
CN115049398A (zh) 一种完备的数据资产可信管理和价值流转系统和方法
Asfia et al. Energy trading of electric vehicles using blockchain and smart contracts
CN110120868A (zh) 一种基于区块链技术的智能电网安全数据聚合方法及系统
CN111404900A (zh) 基于区块链技术的地质工作成果数据共享方法和系统
CN112085502A (zh) 一种基于边缘计算的轻量级区块链监管方法及系统
CN112149181B (zh) 一种带有信誉值分析作用的混合云数据中心数据传输方法
Kilari et al. Robust revocable anonymous authentication for vehicle to grid communications
Pupyshev et al. Gravity: a blockchain-agnostic cross-chain communication and data oracles protocol
Zhang et al. A privacy-preserving consensus mechanism for an electric vehicle charging scheme
CN117527183A (zh) 一种面向电力数据的去中心化共享与跨链计算方法及系统
CN117176434A (zh) 一种基于智能合约可验证密文计算系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant