CN112312341A - 一种基于区块链的电力物联网通信智能监护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的电力物联网通信智能监护方法及系统，包括，通过一个电力物联网无线通信终端判断电力物联网运行异常是否为故障无线信令；若为所述故障无线信令，则记录异常通信终端的信令异常标识码，并通知剩余电力物联网无线通信终端进行监护认证；否则，不进行任何操作；所述剩余电力物联网无线通信终端在接到所述通知后将所述信令异常标识码与异常标识码库进行比对；若所述信令异常标识码在所述异常标识码库中，则直接执行监护应急预案二；否则，在全部电力物联网无线通信终端中广播所述信令异常标识码，执行自动检测约定一。本发明利用区块链技术的多元化，使得监护认证的效率有显著提升，且能快速判断无线信令是否故障。

Description

一种基于区块链的电力物联网通信智能监护方法及系统

技术领域

本发明涉及电力物联网的技术领域，尤其涉及一种基于区块链的电力物联网通信智能监护方法及系统。

背景技术

随着信息通信技术的发展，电网智能化业务以及能源互联网泛在业务接入需求的不断增加，对信息通信技术支撑电网业务的能力提出了更高的要求，电力通信网支撑业务安全、可信、灵活接入的需求非常迫切。

电力物联网的广泛应用也带来了愈加严峻的安全挑战，一方面，电力物联网终端节点数量多部署范围广，节点物理环境不可控，容易受到物理劫持、节点复制、信号截获窃取重放、中间人攻击等威胁；另一方面，电力物联网终端由于体积和电量限制，其计算、存储和通信能力有限，无法部署完整的密码算法。

电力物联网存在海量的设备，采用去中心化的安全体系，构建轻量级的密钥管理系统；区块链是一种允许创建交易分布式数字账本的技术，其账本共享给网络中的所有节点，具有主体对等、公开透明、安全通信、难以篡改和多方共识等特性。

然而由于设备物理原因、人为原因、自然原因等导致通信系统终端运行异常无法正常的电网运行，从而损失惨重。传统检测运行异常服务器只能通过增加值守人员监控，被动的提供监护检测措施。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种基于区块链的电力物联网通信智能监护方法，解决了在电力物联网系统通信过程中值守监控反馈缓慢、效率低下的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，通过一个电力物联网无线通信终端判断电力物联网运行异常是否为故障无线信令；若为所述故障无线信令，则记录异常通信终端的信令异常标识码，并通知剩余电力物联网无线通信终端进行监护认证；否则，不进行任何操作；所述剩余电力物联网无线通信终端在接到所述通知后将所述信令异常标识码与异常标识码库进行比对；若所述信令异常标识码在所述异常标识码库中，则直接执行监护应急预案二；否则，在全部电力物联网无线通信终端中广播所述信令异常标识码，执行自动检测约定一。

作为本发明所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法的一种优选方案，其中：所述监护认证包括，终端节点向接入网关发送接入请求，所述终端获得内网访问权限；所述终端向认证组中的排序节点发送认证请求，而后所述认证组的Peer节点发起分布式认证，所述排序节点结合认证结果访问超级账本并记账，所述记账完成后返回所述认证结果；所述排序节点向所述接入网关下发令牌，所述接入网关将授权令牌反馈给所述终端。

作为本发明所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法的一种优选方案，其中：所述信令异常标识码包括，所述异常通信终端的唯一标识号、端口号、mac地址或本地缓存数据。

作为本发明所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法的一种优选方案，其中：所述监护应急预案二包括，向所述异常通信终端发送监护认证无线信令，直至所述异常通信终端满足设定的退出条件后，退出所述监护认证。

作为本发明所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法的一种优选方案，其中：所述自动检测约定一包括，所述终端根据异常共检策略决定是否将所述信令异常标识码记录到所述异常标识码库中，并继续向所述剩余终端发送所述信令异常标识码，直至所述全部电力物联网无线通信终端达成共识为止。

作为本发明所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法的一种优选方案，其中：还包括，在达成所述共识后，执行所述监护应急预案二。

作为本发明所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法的一种优选方案，其中：所述退出条件包括，所述监护认证达到点数规定的时间、异常信令量，所述运行异常的电力物联网主动停止所述监护认证或恢复正常运行。

作为本发明所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法的一种优选方案，其中：所述异常信令量包括，每秒发送所述故障无线信令达到预定阈值或每秒接收到的所述监护认证无线信令数量达到所述预定阈值。

作为本发明所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法的一种优选方案，其中：所述预定阈值包括，

其中，ω为无线信令数量，μ为异常残数。

作为本发明所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护系统的一种优选方案，其中：包括，通知广播模块，用于判断监护点运行异常类型和对剩余监护点进行监护认证和广播异常信令；检测认定模块，与所述通知广播模块连接，用于接收监护检测请求并执行相应的监护措施，以及用于检测异常标识码库中的信令异常标识码对应的攻击设备是运行异常；标识码储备模块，与所述检测认定模块相连接，用于存储所述异常标识码库。

本发明的有益效果：利用区块链技术的多元化，使得监护认证在效率上有显著提升，且能快速区分正常无线信令或者故障无线信令。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述的一种基于区块链的电力物联网通信智能监护方法的流程示意图；

图2为本发明第一个实施例所述的一种基于区块链的电力物联网通信智能监护方法的终端监护认证时间对比示意图；

图3为本发明第二个实施例所述的一种基于区块链的电力物联网通信智能监护系统的模块结构分布示意图；

图4为本发明第一个实施例所述的一种基于区块链的电力物联网通信智能监护系统的网络拓扑结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～图2，为本发明的第一个实施例，本发明的第一个实施例提供了一种基于区块链的电力物联网通信智能监护方法，包括：

S1：通过一个电力物联网无线通信终端判断电力物联网运行异常是否为故障无线信令。

某一电力物联网无线通信终端运行异常后，该电力物联网无线通信终端判断异常原因是否为故障无线信令。

S2：若为故障无线信令，则记录异常通信终端的信令异常标识码，并通知剩余电力物联网无线通信终端进行监护认证；否则，不进行任何操作。

信令异常标识码为异常通信终端的唯一标识号、端口号、mac地址或本地缓存数据。

需要说明的是，电力物联网中终端节点数量多、单点计算存储能力弱，其认证需要采用效率高的方案；基于区块链技术的电力物联网监护认证过程中，从电力应用场景中选择同属一个应用或者覆盖区域的终端认证组，负责对新接入的节点进行接入认证，终端认证组节点通过电力物联网业务流程和规范对新入节点进行准入投票，获得51％的节点通过后获得认证区块链记账权限，调用Hpyerledger(超级账本)功能创建区块链节点，超级账本是Linux基金会于2015年发起的开源区块链项目，目标是满足行业用户案例，并简化业务流程，其由成员服务(Membership)、区块链服务(Blockchain)和链码服务(Chaincode)3个组件构成。

具体的，监护认证的过程分为以下3个步骤：

(1)终端节点向接入网关发送接入请求，网关对请求进行应答，终端获得内网访问权限；

(2)终端向认证组中的排序节点发送认证请求，认证组Peer节点发起分布式认证，排序节点结合认证结果访问超级账本并记账，记账完成后返回认证结果；

(3)认证组排序节点，向接入网关下发令牌，接入网关将授权令牌反馈给终端，终端因此获得业务接入权限。

较佳的是，基于Hyperledger架构，设计分布式门限加密认证算法，提高了电力物联网的监护安全级别。

S3：剩余电力物联网无线通信终端收到运行异常的电力物联网无线通信终端的通知后，将异常通信终端信令异常标识码与本地异常标识码库进行比对。

S4：若信令异常标识码在异常标识码库中，则直接执行监护应急预案二；否则，在全部电力物联网无线通信终端中广播信令异常标识码，执行自动检测约定一。

监护应急预案二：向异常通信终端发送监护认证无线信令，直至异常通信终端满足设定的退出条件后，退出监护认证。

需要说明的是，退出条件包括主动监护检测达到点数规定的时间，或异常信令量，或运行异常的电力物联网无线通信终端的最大异次数耗尽，或运行异常的电力物联网无线通信终端主动停止监护检测，或运行异常终端恢复正常运行。

其中，异常信令量是指每秒发送故障无线信令达到预定阈值或每秒接收到的监护认证无线信令数量达到预定阈值。

预定阈值为：

其中，ω为无线信令数量，μ为异常残数。

自动检测约定一：终端根据异常共检策略决定是否将信令异常标识码记录到异常标识码库中，并继续向剩余终端发送信令异常标识码，直至全部电力物联网无线通信终端达成共识为止；在达成共识后，执行监护应急预案二。

为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择传统的值守监控和采用本方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。

传统的值守监控：(1)反馈缓慢，无法区分快速区分正常无线信令或者故障无线信令，等到运行异常预警时电力物联网系统已经无法正常工作；(2)监护认证效率低下，短时间内可影响正常电网运营。

为验证本方法相对传统的值守监控具有较高监护认证的效率，本实施例中将采用传统的值守监控和本方法分别对电力物联网进行监护认证对比。

测试环境：Intel CoreTM i7-7700HQ CPU@2.80GHz，8GB内存，CentOS 7操作系统。

在实验室部署Hyperledger和链码来模拟电力物联网监护认证过程，仿真实验时，模拟终端发起监护认证请求，用docker模拟认证组节点和排序节点，通过在链码上部署认证算法进行监护认证仿真，所有仿真数据为运行10次的平均值。

图2是不同节点数量下监护认证时间的曲线图，可以看出，传统的值守监控方法和本方法的认证时间随节点数量的增加呈增大趋势，但是本方法的增大幅度有所降低，说明本方法的监护认证在效率上有所提升。

分别采用本方法和传统的值守监控方法同时对100个无线信令进行区分对比，区分所消耗的时间如表1所示：

方法	传统的值守监控	本方法
			区分时间	12分34秒	3分07秒

由上表可见，采用基于区块链的电力物联网通信智能监护方法相较于传统的值守监控方法，区分100个无线信令的时间缩短了4倍左右。

实施例2

参照图3～图4，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于区块链的电力物联网通信智能监护系统，包括：

通知广播模块100，用于判断监护点运行异常类型和对剩余监护点进行监护认证和广播异常信令。

检测认定模块200，与通知广播模块100连接，用于接收监护检测请求并执行相应的监护措施，以及用于检测异常标识码库中的信令异常标识码对应的攻击设备是运行异常，如果该信令异常标识码不在异常标识码库中，则在向通知广播模块100发送执行信号，并继续向其他监护点发送该信令异常标识码，直至所有监护点达成共识为止，通知广播模块100接收到信号后在全部监护点中广播该信令异常标识码。

标识码储备模块300，与检测认定模块200相连接，用于存储异常标识码库，异常标识码库中记载异常通信终端的信令异常标识码。

需要说明的是，本发明系统在PC客户端的Visio studio开发平台进行程序运行的研发，基于程序语言的编写和sqlite3数据库的结合满足开发环境的需求，针对监护点对应的运行异常类型进行判断并给出异常的执行方案存入服务器端数据库内。

优选的是，本发明系统的研发成果一方面解决了电力物联网的异常判缓慢和电网运营效率低下的问题；另一方面降低了电力物联网的运行隐患，提高了运维效率，对网络化部署及推广应用具有积极作用。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于区块链的电力物联网通信智能监护方法，其特征在于：包括，

通过一个电力物联网无线通信终端判断电力物联网运行异常是否为故障无线信令；

若为所述故障无线信令，则记录异常通信终端的信令异常标识码，并通知剩余电力物联网无线通信终端进行监护认证；否则，不进行任何操作；

所述剩余电力物联网无线通信终端在接到所述通知后将所述信令异常标识码与异常标识码库进行比对；

若所述信令异常标识码在所述异常标识码库中，则直接执行监护应急预案二；否则，在全部电力物联网无线通信终端中广播所述信令异常标识码，执行自动检测约定一。

2.如权利要求1所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法，其特征在于：所述监护认证包括，

终端节点向接入网关发送接入请求，所述终端获得内网访问权限；

所述终端向认证组中的排序节点发送认证请求，而后所述认证组的Peer节点发起分布式认证，所述排序节点结合认证结果访问超级账本并记账，所述记账完成后返回所述认证结果；

所述排序节点向所述接入网关下发令牌，所述接入网关将授权令牌反馈给所述终端。

3.如权利要求2所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法，其特征在于：所述信令异常标识码包括，

所述异常通信终端的唯一标识号、端口号、mac地址或本地缓存数据。

4.如权利要求1、2、3任一所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法，其特征在于：所述监护应急预案二包括，

向所述异常通信终端发送监护认证无线信令，直至所述异常通信终端满足设定的退出条件后，退出所述监护认证。

5.如权利要求1或3所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法，其特征在于：所述自动检测约定一包括，

所述终端根据异常共检策略决定是否将所述信令异常标识码记录到所述异常标识码库中，并继续向所述剩余终端发送所述信令异常标识码，直至所述全部电力物联网无线通信终端达成共识为止。

6.如权利要求5所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法，其特征在于：还包括，

在达成所述共识后，执行所述监护应急预案二。

7.如权利要求4所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法，其特征在于：所述退出条件包括，

所述监护认证达到点数规定的时间、异常信令量，所述运行异常的电力物联网主动停止所述监护认证或恢复正常运行。

8.如权利要求7所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法，其特征在于：所述异常信令量包括，

每秒发送所述故障无线信令达到预定阈值或每秒接收到的所述监护认证无线信令数量达到所述预定阈值。

9.如权利要求8所述的基于区块链的电力物联网通信智能监护方法，其特征在于：所述预定阈值包括，

其中，ω为无线信令数量，μ为异常残数。

10.一种基于区块链的电力物联网通信智能监护系统，其特征在于：包括，

通知广播模块(100)，用于判断监护点运行异常类型和对剩余监护点进行监护认证和广播异常信令；

检测认定模块(200)，与所述通知广播模块(100)连接，用于接收监护检测请求并执行相应的监护措施，以及用于检测异常标识码库中的信令异常标识码对应的攻击设备是运行异常；

标识码储备模块(300)，与所述检测认定模块(200)相连接，用于存储所述异常标识码库。

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