CN115499516A - 基于区块链的面向对象协议的建模及编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的面向对象协议的建模及编码方法，应用于电力物联网用电信息采集系统，方法包括：提取面向对象协议中的各类对象模型，并将各类对象模型以ASN.1进行描述，创建以ASN.1描述的各类对象模型，将以ASN.1描述的各个对象模型分别作为区块，建立ASN.1对象模型的私有链；将私有链中的每个对象模型以图形组态化显示，并根据具体应用场景对图形组态化的多个对象模型进行编辑以及选择组合，输出对应的ASN.1对象模型集合；在协议传输的过程中，对ASN.1描述的APDU进行JSON编码。本发明能够保证面向对象协议的一致性并扩展面向对象协议在电力物联网领域的应用。

Description

基于区块链的面向对象协议的建模及编码方法

技术领域

本发明涉及电力系统自动化通讯技术领域，更具体地，涉及一种基于区块链的面向对象协议的建模及编码方法。

背景技术

随着电力系统用电信息采集技术的发展，对采集系统的要求越来越高，主要表现在采集的数据的范围越来越大，从结算日冻结逐步扩展到日冻结、96点曲线和5分钟数据等；对采集数据的实时性要求越来越高，1分钟数据采集逐渐被广泛运用；接入的设备越来越复杂，种类繁多，数量庞大，并且逐步向电力物联网方向发展。用电信息采集系统基于面向对象通讯协议构建，为了适应用电信息采集系统的发展，面向对象通讯协议面临越来越多的扩展，如何保证协议的一致性，以及适应各个设备的特性成为需要首先解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于区块链的面向对象协议的建模及编码方法，实现保证面向对象协议的一致性并扩展面向对象协议在电力物联网领域的应用。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于区块链的面向对象协议的建模及编码方法，应用于电力物联网用电信息采集系统，所述方法包括：

提取面向对象协议中的各类对象模型，并将各类对象模型以ASN.1进行描述，创建以ASN.1描述的各类对象模型；

将以ASN.1描述的各个对象模型分别作为区块，建立ASN.1对象模型的私有链；

将所述私有链中的每个对象模型以图形组态化显示，并根据具体应用场景对图形组态化的多个对象模型进行编辑以及选择组合，输出对应的ASN.1对象模型集合；

在协议传输的过程中，对ASN.1描述的APDU进行JSON编码。

可选地，所述各类对象模型包括：通用对象模型、APDU类对象模型、CLASS基础类对象模型、OAD类模型和DATA数据类对象模型；

通过继承CLASS基类对象模型扩展OAD类对象模型。

可选地，所述区块包括：索引、时间戳、事务列表、本区块校验值以及前导区块的hash值；

所述索引和所述时间戳由区块链系统生成；

所述事务列表包括：ASN.1对象模型标志、ASN.1对象模型和ASN.1对象模型的二进制hash值；

所述本区块校验值基于采用POW算法生成，所述POW算法为：前导区块中以ASN.1描述的对象模型的hash值的后三位乘以校验模余100等于7的算法。

可选地，所述通过继承CLASS基类对象模型扩展OAD类对象模型包括：

以属性和方法来描述CLASS基础类对象模型和OAD类对象模型的能力，基于继承来实现和扩展OAD类模型。

可选地，以ASN.1描述的APDU类对象模型以文本格式存储，对应的文件名称为apdu.asn，所有ASN.1描述的APDU类对象模型均存放于该文件中。

可选地，以ASN.1描述的OAD对象模型以文本的格式存储，名称为xxx.asn，其中xxx为OAD的基类名称或者oad号。

可选地，对于CLASS基础类对象模型的文件，将对应属性和方法的ASN.1描述定义在相应的文件中；

在AOD对象模型的扩展类中具体实现的属性或方法以instance-specific进行标识，且标识的属性在扩展类中必须实现；

在扩展类中，在oad.asn的描述文件中，首先指出基类，将基类中instance-specific的方法和属性实现，再实现其他的需要新添加的属性和方法；新建的OAD对象模型依据已有的OAD对象模型通过继承和改写实现。

可选地，所述将所述私有链中的每个对象模型以图形组态化显示包括：

解析所述私有链中每一个对象模型的.asn文件作为一个图元，图元包括所述对象模型的参数和方法；

对图元的参数和方法进行配置和增减，形成新的图元并保存为以ASN.1描述的对象模型的.asn文件，作为区块链的区块。

可选地，所述根据具体应用场景对图形组态化的多个对象模型进行编辑以及选择组合，输出对应的ASN.1对象模型集合，包括：

对ASN.1描述的多个对象模型对应的多个图元进行选择组合，输出ASN.1对象模型集合，同时计算ASN.1对象模型集的MD5校验值，以适配具体的应用场景；

每个以ASN.1描述的对象模型的.asn文件和对应的图元之间能够互相转化，通过图形化程序配置展示所述ASN.1对象模型集合，所述图形化程序包括网页和客户端程序。

可选地，所述对ASN.1描述的APDU进行JSON编码包括：

协议传输过程中，对ASN.1描述APDU进行JSON编码，其中，所述APDU包括LINK-APDU、Client-APDU、Server-APDU和SECURITY-APDU。

本发明的有益效果在于：

本发明的方法将向对象协议中的各类对象模型以ASN.1进行描述，创建以ASN.1描述的各类对象模型，并将以ASN.1描述的各个对象模型分别作为区块，建立ASN.1对象模型的私有链，基于区块链防止篡改的特性能够有效保证面向对象协议的一致性，将所述私有链中的每个对象模型以图形组态化显示，并根据具体应用场景对图形组态化的多个对象模型进行编辑以及选择组合，输出对应的ASN.1对象模型集合，能够适配不同应用场景的具体需求，在协议传输的过程中，对ASN.1描述的APDU进行JSON编码，能够扩展面向对象协议在电力物联网领域的应用。

本发明的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本发明实施例的一种基于区块链的面向对象协议的建模及编码方法的步骤流程图。

图2示出了本发明实施例的一种基于区块链的面向对象协议的建模及编码方法中AOD类对象模型继承关系的示意图。

图3示出了本发明实施例的一种基于区块链的面向对象协议的建模及编码方法中ASN.1对象模型组态的示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种基于区块链技术的面向对象协议的建模以及对ASN.1模型进行JSON编码的方法，主要包括以下内容：将面向对象协议基于ASN.1描述的模型作为区块链中的一个区块，建立面向对象协议私有链，通过区块链技术防止协议在传输的过程中被未经许可的修改，保证协议的一致性，从而保证互联互通；面向对象协议基于ASN.1描述的模型主要包括通用对象模型，APDU类对象模型，CLASS基类对象模型和OAD对象模型，在协议的使用过程中，根据需求主要涉及对OAD对象的拓展，所以通过继承CLASS基础类扩展OAD对象模型；在协议私有链管理，对象模型类的新建以、向对象协议功能集选择和功能集校验的过程中，采用图形化组态方案；在协议传输的过程中，在原有A-XDR编码的基础上，增加基于JSON的数据流编码，来适应电力物联网的发展。

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例

本实施例提供一种基于区块链的面向对象协议的建模及编码方法，应用于电力物联网用电信息采集系统，该方法包括：

步骤S1：提取面向对象协议中的各类对象模型，并将各类对象模型以ASN.1进行描述，创建以ASN.1描述的各类对象模型，其中，所述各类对象模型包括：通用对象模型、APDU(ApplicationProtocolDataUnit-应用协议数据单元)类对象模型、CLASS基础类对象模型、OAD(Object Attribute Descriptor-对象属性描述符)类模型和DATA数据类对象模型；

其中，ASN.1抽象语法标记(Abstract Syntax Notation One)是一种ISO/ITU-T标准，描述了一种对数据进行表示、编码、传输和解码的数据格式。ASN.1提供了一整套正规的格式用于描述对象的结构,以一种独立于计算机架构和语言的方式来描述数据结构。

本实施例中，以ASN.1描述的APDU类对象模型以文本格式存储，对应的文件名称为apdu.asn，所有ASN.1描述的APDU类对象模型均存放于该文件中。以ASN.1描述的OAD对象模型以文本的格式存储，名称为xxx.asn，其中xxx为OAD的基类名称或者oad号。

其中，通过继承CLASS基类对象模型扩展OAD类对象模型；

具体地，以属性和方法来描述CLASS基础类对象模型和OAD类模型的能力，基于继承来实现和扩展OAD类模型。即基于继承的方法结合CLASS基础类的ASN.1模型构建OAD的ASN.1模型，实现面向对象协议的业务功能扩展；面向对象协议的CLASS基础类由属性和方法组成，由OAD来描述面向对象协议所具有的具体功能，OAD继承于CLASS基础类，通过改写，实现和扩展属性和方法来描述OAD的具体功能。

对于CLASS基础类对象模型的文件，将对应属性和方法的ASN.1描述定义在相应的文件中；

在OAD对象模型的扩展类中具体实现的属性或方法以instance-specific进行标识，且标识的属性在扩展类中必须实现；

在扩展类中，在oad.asn的描述文件中，首先指出基类，将基类中instance-specific的方法和属性实现，再实现其他的需要新添加的属性和方法；新建的OAD对象模型依据已有的OAD对象模型通过继承和改写实现。

步骤S2：将以ASN.1描述的各个对象模型分别作为区块，建立ASN.1对象模型的私有链；

其中，所述区块包括：索引、时间戳、事务列表、本区块校验(proof)值以及前导区块的hash值；

所述索引和所述时间戳由区块链系统生成；

所述事务列表包括：ASN.1对象模型标志、ASN.1对象模型和ASN.1对象模型的二进制hash值；

所述本区块校验值基于采用POW(工作量证明)算法生成，所述POW算法为：前导区块中以ASN.1描述的对象模型的hash值的后三位乘以校验模余100等于7的算法。

即，hash(前导asn_hash后3位*proof)％100＝7的算法。对于ASN.1编号：ASN.1描述的APDU类对象模型标志为模型名字，例如Client-APDU；ASN.1描述的OAD对象模型标志为OAD编号，例如45000200。

步骤S3：将所述私有链中的每个对象模型以图形组态化显示，并根据具体应用场景对图形组态化的多个对象模型进行编辑以及选择组合，输出对应的ASN.1对象模型集合；

其中，所述将所述私有链中的每个对象模型以图形组态化显示包括：

基于图形组态技术，结合ASN.1模型私有链，解析所述私有链中每一个对象模型的.asn文件作为一个图元，图元包括所述对象模型的参数和方法；

对图元的参数和方法进行配置和增减，形成新的图元并保存为以ASN.1描述的对象模型的.asn文件，作为区块链的区块。

所述根据具体应用场景对图形组态化的多个对象模型进行编辑以及选择组合，输出对应的ASN.1对象模型集合，包括：

基于图形组态技术，对ASN.1描述的多个对象模型对应的多个图元进行选择组合，输出ASN.1对象模型集合，同时计算ASN.1对象模型集的MD5校验值，以适配具体的应用场景。

基于图形组态技术，每个以ASN.1描述的对象模型的.asn文件和对应的图元之间能够互相转化，通过图形化程序配置展示所述ASN.1对象模型集合，所述图形化程序包括网页和客户端程序。

步骤S4：在协议传输的过程中，对ASN.1描述的APDU进行JSON编码。

具体地，基于JSON技术，协议传输过程中，对ASN.1描述APDU进行JSON编码，其中，所述APDU包括LINK-APDU、Client-APDU、Server-APDU和SECURITY-APDU。在原有A-XDR编码的基础上，增加基于JSON的数据流编码，来适应电力物联网的发展。

应用示例

以下通过一具体应用示例对本发明做进一步的解释说明。

本应用示例的实施流程如图1所示，

S101：加载面向对象协议的私有链，同时获取模型文件.asn的存储路径；

S102：创建对象模型，在面向对象协议中包括通用对象模型，APDU类对象模型，基础类对象模型和OAD对象模型，其规则分别如下：

通用对象模型：所有类型都使用ASN.1进行描述，放在common.asn文件中

APDU类对象模型：所有APDU类型以ASN.1进行描述，放在apdu.asn文件中

基础类对象模型：以ASN.1描述，每一个类一个文件，命名格式如Class01.asn

OAD类对象模型：以ASN.1描述，每一个OAD一个文件，命名格式如2001.asn

同时在基础类和OAD类中，以属性和方法来描述其能力，基于继承来实现和扩展OAD类，如图1所示。

模型在创建的过程中，支持.asn文件脚本直接创建和图形化组态创建，具体方法如图2所示。

S103：区块创建，面向对象协议的区块具体格式如下：

每个对象模型与区块一一对应，区块包括以下数据：索引index、时间戳timestamp、事务transaction、校验proof、前块hash值previous_hash；

其中事务包含了对象模型的具体信息，包括：对象模型标识和对象模型.asn文件hash值，其中APDU类对象模型的标识为APDU，通用对象模型的标识为common，基础类的对象模型标识为Class01形式，OAD对象模型的标识为OAD值，例如无线远程通讯模块为4500和4501；

以下为Json格式的块示例区块block：

如果区块为初始区块，由于该区块没有前导区块，所以不存在previous_hash值。同时在区块中的proof值设置为1234。

区块的index和时间戳由系统分配；

区块创建的具体流程如图1中步骤S107所示，步骤S107包括：

通过对象模型asn文件初始化区块信息，计算asn文件的hash值初始化model_hash字段，根据模型类型初始化model_mark模型；

基于POW算法，计算proof值，存入到对应区块中。在本私有链中，POW算法选择：hash(前导picture_hash后3位*proof)％100＝7的算法。

利用hash算法计算前导区块的hash值，并且放入到创建的区块中。

通过S107步骤创建一个具体的对象模型区块。

S104：将S103创建的区块，添加到区块私有链中，同时将对应的对象模型.asn文件存入对应位置；

S105：将对应的对象模型.asn存入数据库中，包括但不限于sqlite等数据库，也可以直接以文档的形势归档入库；

S106：将私有链以及模型库作为组态软件的基础数据，区块通过proof关联到了整个区块链中。由于前导hash值的存在，区块链的数据位置具有唯一不可更改的特性。由于事务中对象模型hash值的存在，结合区块链前导hash值，保证了模型的不可更改性。因此基于区块链技术的模型对象协议的建模方法保证了模型的唯一性，从而保证协议一致性。具体使用流程如图3所示。

通过继承CLASS基类模型扩展OAD对象模型的方法如图2所示：

S201：以分相变量类CLASS03为例，该基础类包括4个属性和2个方法，具体为：

属性1逻辑名:octet-string

属性2分相数值数组:array分相数值(instance-specific)

属性3换算及单位:Scaler_Unit

属性31带品质的分相数值数组

方法1复位():integer(0)

方法2执行():Data

其中属性2带有instance-specific标志，标识该属性必须要在子类中实现。

S202：为OAD2001的实现，其继承与Class03，在其基础上又添加了属性4、属性5和属性6，同时实现了属性2，具体为：

属性2分项数值数组:array double-long

属性4零线电流:double-long

属性5剩余电流:double-long

属性6零序电流:double-long

同时在扩展OAD协议的时候，所有的属性方法都可以继承时对其改写。

如图3所示，提供了一种基于图形组态的面向对象协议的具体实施方法，在协议私有链管理，对象模型类的新建、面向对象协议功能集选择和功能集校验的过程中，采用图形化组态方案，结合图示，具体说明：

S301：为软件的菜单栏目，主要包括：文件，编辑，选择，查看和检验。

S302：为协议对象模型私有链的数据列表。

S303：为选中的协议对象模型列表。

S304：为选中模型的图形化展示。

S305：为选中模型的ASN.1对象模型展示。

软件启动后，选择S301中的文件菜单，找到打开模型私有链菜单，选择对应的目录打开私有链，私有链的节点以列表的形式在S302中展示；再选择文件菜单，找到模型集目录，打开对应需要编辑的模型集，模型集的所有元素以列表的形式在S303中展示，如果需要新建模型集，选择文件菜单中的新菜单。

在S302和S303的图元列表中，可以任意选中一个图元，该图元对应的模型的图形化组态在S304中显示，具体参考图3，模型的ASN.1描述如S305所示。

S301中的编辑和查看菜单联合使用，在S302或者S303选中的图元，在S305和S306的展示默认查看模式，当需要对其编辑时，点击编辑俺就，对象图元进入编辑模式，可以在组态下修改其属性和方法，也可以在ASN.1模式下直接修改，修改完成后点击文件保存到私有链中。点击查看按钮，进入查看模式。

对于模型的编辑，只能在S302私有链中进行，需要超级管理员才可以进行，对于普通用户只能查看模型以及构建模型集。点击选择按钮，进入模型集构建模式，选中私有链中图元，在S304和S305中展示，同时该图元添加到S303中，如果要删除，在S303中右键选择删除。构建完成模型集后，点击检验按钮，输出对应的模型集合，并且提供MD5校验。模型集的主要功能是，根据不同的平台资源，不同的设备类型，选择合适的子集，适配资源欠缺的硬件。同时也可以根据需求，输出二进制、ASN.1和JSON等格式的模型子集，适配不同的需求。

传统的面向对象协议，只支持A-XDR编码格式，具体参考DL/T 698.45-2017规范，在本发明中提出JSON格式的编码方式，来适配电力物联网的发展，下面以读取一个记录型数据为例，来说明JSON格式的编码。

终端读取电能表在2016-01-20 00：00：00的日冻结正向有功总及费率电能量，以下为A-XDR编码格式

发送：05 03 03 50 04 02 00 01 20 21 02 00 07 E0 16 01 14 00 00 00 0200 20 21 02 00 00 00 10 02 00 00

05——[5]GET-Request

03——[3]GetRequestRecord

03——PIID

50 04 02 00——OAD日冻结

01——RSD，选择方法1

20 21 02 00——OAD，数据冻结时间

1C 07 E0 01 14 00 00 00——时间

02——RCSD，SEQUENCE OF个数＝2

00——[0]OAD

20 21 02 00——OAD

00——[0]OAD

00 10 02 00——OAD

00——没有时间标签

响应：85 03 03 50 04 02 00 02 00 20 21 02 00 00 00 10 02 00 01 01 1C07 EO 01 14 00 00 00 01 05 06 00 00 00 00 06 00 00 00 00 06 00 00 00 00 06 0000 00 00 06 00 00 00 00 00 00

85——[133]GET-Response

03——[3]GeResponseRecord

03——PIID-ACD

50 04 02 00——OAD

02——RCSD，SEQUENCE OF个数＝2

00 20 21 02 00——第1列OAD

00 00 10 02 00——第2列OAD

01——记录数据

01——M条记录，M＝1

1C 07E0 01 14 00 00 00——第1列数据Data

01——第2列数据Data

05

06 00 00 00 00

06 00 00 00 00

06 00 00 00 00

06 00 00 00 00

06 00 00 00 00

00——FollowReport OPTIONAL＝0表示没有上报信息

00——没有时间标签

对应的JSON编码格式：

发送：

响应：

综上，本发明提供了一种基于区块链技术的面向对象协议的建模，以及对ASN.1模型进行JSON编码的方法，通过将面向对象协议基于ASN.1描述的模型作为区块链中的一个区块，建立面向对象协议私有链，通过区块链技术防止协议在传输的过程中被未经许可的修改，保证协议的一致性，从而保证互联互通；在协议的使用过程中，根据需求主要涉及对OAD对象的拓展，所以通过继承CLASS基础类扩展OAD对象模型；在协议私有链管理，对象模型类的新建以、向对象协议功能集选择和功能集校验的过程中，采用图形化组态方案；在协议传输的过程中，在原有A-XDR编码的基础上，增加基于JSON的数据流编码，来适应电力物联网的发展。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种基于区块链的面向对象协议的建模及编码方法，应用于电力物联网用电信息采集系统，其特征在于，所述方法包括：

提取面向对象协议中的各类对象模型，并将各类对象模型以ASN.1进行描述，创建以ASN.1描述的各类对象模型；

将以ASN.1描述的各个对象模型分别作为区块，建立ASN.1对象模型的私有链；

将所述私有链中的每个对象模型以图形组态化显示，并根据具体应用场景对图形组态化的多个对象模型进行编辑以及选择组合，输出对应的ASN.1对象模型集合；

在协议传输的过程中，对ASN.1描述的APDU进行JSON编码。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各类对象模型包括：通用对象模型、APDU类对象模型、CLASS基础类对象模型、OAD类对象模型和DATA数据类对象模型；

通过继承CLASS基类对象模型扩展OAD类对象模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述区块包括：索引、时间戳、事务列表、本区块校验值以及前导区块的hash值；

所述索引和所述时间戳由区块链系统生成；

所述事务列表包括：ASN.1对象模型标志、ASN.1对象模型和ASN.1对象模型的二进制hash值；

所述本区块校验值基于采用POW算法生成，所述POW算法为：前导区块中以ASN.1描述的对象模型的hash值的后三位乘以校验模余100等于7的算法。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过继承CLASS基类对象模型扩展OAD类对象模型包括：

以属性和方法来描述CLASS基础类对象模型和OAD类对象模型的能力，基于继承来实现和扩展OAD类模型。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以ASN.1描述的APDU类对象模型以文本格式存储，对应的文件名称为apdu.asn，所有ASN.1描述的APDU类对象模型均存放于该文件中。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以ASN.1描述的OAD对象模型以文本的格式存储，名称为xxx.asn，其中xxx为OAD的基类名称或者oad号。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于CLASS基础类对象模型的文件，将对应属性和方法的ASN.1描述定义在相应的文件中；

在AOD对象模型的扩展类中具体实现的属性或方法以instance-specific进行标识，且标识的属性在扩展类中必须实现；

在扩展类中，在oad.asn的描述文件中，首先指出基类，将基类中instance-specific的方法和属性实现，再实现其他的需要新添加的属性和方法；新建的OAD对象模型依据已有的OAD对象模型通过继承和改写实现。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述私有链中的每个对象模型以图形组态化显示包括：

解析所述私有链中每一个对象模型的.asn文件作为一个图元，图元包括所述对象模型的参数和方法；

对图元的参数和方法进行配置和增减，形成新的图元并保存为以ASN.1描述的对象模型的.asn文件，作为区块链的区块。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据具体应用场景对图形组态化的多个对象模型进行编辑以及选择组合，输出对应的ASN.1对象模型集合，包括：

对ASN.1描述的多个对象模型对应的多个图元进行选择组合，输出ASN.1对象模型集合，同时计算ASN.1对象模型集的MD5校验值，以适配具体的应用场景；

每个以ASN.1描述的对象模型的.asn文件和对应的图元之间能够互相转化，通过图形化程序配置展示所述ASN.1对象模型集合，所述图形化程序包括网页和客户端程序。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对ASN.1描述的APDU进行JSON编码包括：

协议传输过程中，对ASN.1描述APDU进行JSON编码，其中，所述APDU包括LINK-APDU、Client-APDU、Server-APDU和SECURITY-APDU。

Images