發明專利|一種帶區塊鏈輕錢包的智慧電錶系統

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摘要: 本發明公開了一種帶輕錢包的智慧電錶系統,包括:中央處理器、計量模組、區塊鏈輕錢包模組和通訊模組。本發明採用區塊鏈輕錢包模組,解決了現有技術中的電錶無法實現點對點電力交易,以及對分散式風電光伏與蓄電池的電量收集、交易和記錄以及無法適應能源網際網路大資料的需求的問題,實現了分散式發電、蓄電以及電使用者的發電量與用電量的雙向計量,使分散式智慧微電網的電量能夠計量、交易和記錄,分散式的發電側與用電側透過智慧電錶作為交易收費的依據,使微電網在經濟上更為可行。申請人 赫普科技發展(北京)有限公司發明人 崔華 楊豫森 徐波 譚智 陳輝 黃曉輝技術領域
本發明涉及智慧電錶和區塊鏈技術領域,具體是涉及一種帶輕錢包的智慧電錶系統。背景技術由於電力系統的獨特性,從發電輸電配電到用電天然形成一張超級巨大的網-電網。一端是燃煤燃氣核電水電傳統能源和風、光等分散式可再生能源,一端是數百萬計的高耗能動力裝置、數億的電力使用者和未來的智慧家電以及電動汽車。遍佈全國各種各樣的感測器在每時每刻每分每秒每毫秒微秒都會產生海量實時大資料,就構建了一個龐大的能源網際網路。能源網際網路將極大地推動未來分散式能源的發展。在電源側,隨著大量可再生能源裝機,電源的隨機性波動將對系統造成重大挑戰,在負荷側,由於電力消費結構的變化,以及電動汽車的快速發展,負荷側的隨機性和剛性將不斷加劇。加上未來能源產銷者建築的出現,會使得能源的分散式計量和交易成為主流。而目前的中心化的電網控制模式和電網統一收集電錶資料的方式在未來將面臨巨大挑戰。2009年比特幣的出現帶來了一種顛覆性的成果--區塊鏈技術,區塊鏈是一個安全的帳簿類資料庫,由一個個資料區塊組成,使用者可以在這個不斷更新升級的平臺查詢資料,對於金融機構來說,區塊鏈能加快交易處理過程、降低成本、減少中間人、提高市場洞察力,增加業務透明度。區塊鏈作為加密貨幣比特幣的底層技術,是一個偉大的創新,區塊鏈技術可以用於打擊欺詐和非法交易,目前很多行業都開始使用區塊鏈技術,尤其是採用區塊鏈作為工具實現真正的能源網際網路技術。區塊鏈可以起到的作用是:第一,基於區塊鏈的資料公正確保信任,公私鑰結合的訪問許可權保護隱私,真正做到私密性,可信計量;第二,區塊鏈防篡改,主體間採用一定的方式配合信任或者強制信任,實現強制信任下泛在互動;第三,區塊鏈和大資料以及人工智慧融合構成可信任預言機,簽署外部資料,實現虛實互動的自律控制;第四,基於區塊鏈部署的裝置間點對點互動式決策,不需要將信任託付於中心化平臺代為決策,去中心化從而實現裝置民主與分佈決策;第五,各主體間基於明確的互動規則進行隨機博弈,系統呈現中性良性演化,符合市場化規律和競爭演化的協調性和可進化性。
區塊鏈的作用不僅僅是去中介化。區塊鏈可能顛覆市場及現有價值鏈,區塊鏈還可能透過釋放此前尚未開發的供應創造出新的市場。區塊鏈和能源網際網路計量系統的結合,將為未來能源網際網路的發展提供可靠的電力交易和計量的技術支援。輕錢包(SPV)是“ Simplified Payment Verification”(簡單支付驗證)的縮寫。中本聰論文簡要地提及了這一概念,指出:不執行完全節點也可驗證支付,使用者只需要儲存所有的block header(程式塊首部)就可以了。使用者雖然不能自己驗證交易,但如果能夠從區塊鏈的某處找到相符的交易,他就可以知道網路已經認可了這筆交易,而且得到了網路的多少個確認。按照中本聰的原文,有個細節需要注意,SPV指的是“ 支付驗證”,而不是“ 交易驗證”。這兩種驗證有很大區別。“ 支付驗證”則比較簡單,只判斷用於“ 支付”的那筆交易是否已經被驗證過,並得到了多少的算力保護(多少確認數)。原理:block header中有三個關鍵欄位,一是prev_block_hash(前一區塊的hash值,確保了區塊鏈所記錄的交易次序);二是bits(當前區塊的計算難度) ,三是merkle_root_hash(藉助merkle tree演算法,確保收錄與區塊中所有交易的真實性)。優點:極大地節省儲存空間。減輕終端使用者的負擔。無論未來的交易量有多大,block header的大小始終不變,只有80位元組。按照每小時6個的出塊速度,每年產出52560個區塊。當只儲存block header時,每年新增的儲存需求約為4兆位元組,100年後累計的儲存需求僅為400兆,即使使用者使用的是最低端的裝置,正常情況下也完全能夠負載。
以上介紹的都是中本聰設計的比特幣機制定義的輕錢包,現在出現了基於其他數字貨幣如以太坊及萊特幣的輕錢包系統,相信未來會出現更多設計巧妙的輕錢包架構方案。目前傳統智慧電錶一般是透過IC卡儲值實現預交電費的功能,但實時電力交易或點對點的電力交易是目前的電錶技術無法實現的,隨著區塊鏈技術在能源行業的滲透,使用者期待出現一種能夠利用區塊鏈技術的電錶裝置。發明內容本發明的目的是提供一種帶輕錢包的智慧電錶系統,所述智慧電錶系統採用區塊鏈輕錢包模組,解決了現有技術中的電錶無法實現點對點電力交易,以及對分散式風電光伏與蓄電池的電量收集、交易和記錄以及無法適應能源網際網路大資料的需求的問題。實現了分散式發電、蓄電以及電使用者的發電量與用電量的雙向計量,使分散式智慧微電網的電量能夠計量、交易和記錄,分散式的發電側與用電側透過智慧電錶作為交易收費的依據,使微電網在經濟上更為可行。為實現上述目的,本發明採用如下技術方案:一種帶輕錢包的智慧電錶系統,包括中央處理器、計量模組、區塊鏈輕錢包模組和通訊模組,所述計量模組與所述中央處理器連線,所述區塊鏈輕錢包模組與所述中央處理器連線,所述通訊模組分別無線或有線連線於所述中央處理器、計量模組、區塊鏈輕錢包模組,其中:
所述中央處理器用於處理、運算智慧電錶內的資料,並控制資料交換;所述計量模組用於電量的單向或雙向計量;所述區塊鏈輕錢包模組與所述中央處理器及外部記賬節點進行資料互動,用於實現區域內區塊鏈網路內節點之間的點對點電力交易;所述通訊模組用於實現所述計量模組和區塊鏈輕錢包模組之間的資料傳輸以及所述區塊鏈網路中的資料傳輸。優選的,所述區塊鏈輕錢包模組設定有資料層,所述資料層用於儲存以下任意資料之一或資料組合:電量交易資料,為區塊鏈中與此電錶節點相關的點對點電力交易資料;
購售電標識,用於區分購電方和售電方的預定含義的二進位制欄位;時間戳,用於記錄區塊鏈網路內點對點電力交易發生的時間;電力交易數字貨幣錢包資料,利用輕錢包地址和數字貨幣接收或支付電力交易費用;所述資料層還用於將與此電錶節點發生的購售電交易資料加蓋時間戳,形成資料區塊並不可篡改的記錄在區塊鏈中。優選的,所述購售電標識包括有預定含義的二進位制欄位;所述二進位制欄位以第一設定值代表當前節點為售電方,以第二設定值代表當前節點為購電方。
優選的,所述區塊鏈輕錢包模組包括加密管理單元,採用硬體或軟體加密方式對資料進行加密,並用於管理使用者的加密資訊。優選的,所述區塊鏈輕錢包模組設有數字貨幣儲值或預存費用功能的模組,使用者可以用數字貨幣預交電費,並儲存在所述區塊鏈輕錢包模組中。

優選的,所述區塊鏈輕錢包模組會下載區塊頭資訊,透過點對點向全網節點發出資料請求,從而得到錢包秘鑰所對應的所有交易區塊資訊。


優選的,所述區塊鏈輕錢包模組還用於給予每塊所述智慧電錶一個唯一的ID,以形成所述區塊鏈中的一個唯一ID的節點;

優選的,所述區塊鏈輕錢包模組所對應的區塊鏈網路可以是公有鏈、聯盟鏈或私有鏈;

所述私有鏈或聯盟鏈的全部或部分節點擁有複雜的讀寫、記賬的許可權。

優選的,還包括:通訊介面,其與所述中央處理器、計量模組和區塊鏈輕錢包模組連線,用於資料傳輸。

優選的,所述通訊介面為RS485通訊、RFID射頻、藍芽、WIFI、3G網路、4G網路、5G網

絡或電力載波中的一種或幾種組合。

本發明還包括所述帶輕錢包的智慧電錶系統的工作方法,所述工作方法包括如下具體步驟:

S1電錶內的計量模組計量出不同建築或裝置的用電量或發電量,並把這些電量計量資料傳送給電錶內的中央處理器;

S2中央處理器處理、運算智慧電錶內的資料,並透過通訊模組與區塊鏈輕錢包模組進行資料互動;

S3區塊鏈輕錢包模組的資料層儲存以下任意資料之一或資料組合:電量交易資料、購售電標識、時間戳、電力交易數字貨幣錢包資料;

S4資料層將智慧電錶節點發生的購售電交易資料加蓋時間戳,形成資料區塊並不可篡改的記錄在區塊鏈中,並下載區塊頭資訊,透過點對點向全網節點發出資料請求,從而得到錢包秘鑰所對應的所有交易區塊資訊;

S5區塊鏈輕錢包模組給予每塊所述智慧電錶一個唯一的ID,以形成所述區塊鏈中的一個唯一ID的節點;

S6區塊鏈輕錢包模組完成區域內區塊鏈網路內節點之間的點對點電力交易,並透過中央處理器和通訊介面將經過該區塊鏈輕錢包模組處理後的資料傳輸至區塊鏈網路。

本發明在具體工程實踐中根據新建或是改造專案擁有兩套不同的方案,針對改造專案,在現有常規智慧電錶(擁有上述中央處理器、計量模組和通訊模組)基礎上新增區塊鏈路由器(設有上述區塊鏈輕錢包模組和通訊模組),實現區塊鏈輕錢包功能;對新建專案,可以直接安裝內部整合有上述區塊鏈輕錢包模組的智慧電錶(該智慧電錶擁有上述的中央處理器、計量模組和通訊模組)。

進一步的,本發明還包括一種智慧電錶系統,所述智慧電錶系統包括常規智慧電錶和區塊鏈路由器,所述常規智慧電錶內設有所述中央處理器、計量模組和通訊模組,所述區塊鏈路由器內設有所述區塊鏈輕錢包模組和所述通訊模組。

以及一種擁有上述帶輕錢包的智慧電錶系統的電錶,該電錶包括整合有區塊鏈輕錢包模組的智慧電錶,所述整合有區塊鏈輕錢包模組的智慧電錶還設有所述中央處理器、計量模組和通訊模組。

本發明的有益效果在於:

本發明採用區塊鏈輕錢包模組,解決了現有技術中的電錶無法實現點對點電力交易,以及對分散式風電光伏與蓄電池的電量收集、交易和記錄以及無法適應能源網際網路大資料的需求的問題。實現了分散式發電、蓄電以及電使用者的發電量與用電量的雙向計量,使分散式智慧微電網的電量能夠計量、交易和記錄,分散式的發電側與用電側透過智慧電錶作為交易收費的依據,使微電網在經濟上更為可行。


附圖示記:100、智慧電錶,101、中央處理器,102、計量模組,103、區塊鏈輕錢包模組,104、通訊介面,105、數字訊號模組,106、協議介面模組,107、電源模組,108、顯示模組,109、時鐘模組,200、區塊鏈網路,300、常規智慧電錶,400、區塊鏈路由器。

發明要點簡析:

1 .一種帶輕錢包的智慧電 表系統 , 其特徵在於 , 包括中央處理器 (101) 、計量模組(102)、區塊鏈輕錢包模組(103)和通訊模組(104),所述計量模組(102)與所述中央處理器(101)連線,所述區塊鏈輕錢包模組(103)與所述中央處理器(101)連線,所述通訊模組(104)分別無線或有線連線於所述中央處理器(101)、計量模組(102)、區塊鏈輕錢包模組(103),其中:

所述中央處理器(101)用於處理、運算智慧電錶(100)內的資料,並控制資料交換;所述計量模組(102)用於電量的單向或雙向計量;

所述區塊鏈輕錢包模組(103)與所述中央處理器(101)及外部記賬節點進行資料互動,用於實現區域內區塊鏈網路(200)內節點之間的點對點電力交易;

所述通訊模組(104)用於實現所述計量模組(102)和區塊鏈輕錢包模組(103)之間的資料傳輸以及所述區塊鏈網路(200)中的資料傳輸。

2.根據權利要求1所述的帶輕錢包的智慧電錶系統,其特徵在於,所述區塊鏈輕錢包模組(103)設定有資料層,所述資料層用於儲存以下任意資料之一或資料組合:

電量交易資料,為區塊鏈中與此電錶節點相關的點對點電力交易資料;

購售電標識,用於區分購電方和售電方的預定含義的二進位制欄位;

時間戳,用於記錄區塊鏈網路內點對點電力交易發生的時間;

電力交易數字貨幣錢包資料,利用輕錢包地址和數字貨幣接收或支付電力交易費用;

所述資料層還用於將與此電錶節點發生的購售電交易資料加蓋時間戳,形成資料區塊並不可篡改的記錄在區塊鏈中。

3.根據權利要求2所述的帶輕錢包的智慧電錶系統,其特徵在於,所述購售電標識包括有預定含義的二進位制欄位;

所述二進位制欄位以第一設定值代表當前節點為售電方,以第二設定值代表當前節點為購電方。

4.根據權利要求1所述的帶輕錢包的智慧電錶系統,其特徵在於,所述區塊鏈輕錢包模組(103)包括加密管理單元,採用硬體或軟體加密方式對資料進行加密,並用於管理使用者的加密資訊。

5.根據權利要求1所述的帶輕錢包的智慧電錶系統,其特徵在於,所述區塊鏈輕錢包模組(103)設有數字貨幣儲值或預存費用功能的模組,使用者可以用數字貨幣預交電費,並儲存在所述區塊鏈輕錢包模組(103)中。

6.根據權利要求1所述的帶輕錢包的智慧電錶系統,其特徵在於,所述區塊鏈輕錢包模組(103)下載區塊頭資訊,透過點對點向全網節點發出資料請求,從而得到錢包秘鑰所對應的所有交易區塊資訊。

7 .根據權利要求1所述的帶輕錢包的智慧電錶系統,其特徵在於,所述區塊鏈輕錢包模組(103)還用於給予每塊所述智慧電錶(100)一個唯一的ID,以形成所述區塊鏈中的一個唯一ID的節點。

8.根據權利要求1所述的帶輕錢包的智慧電錶系統,其特徵在於,所述區塊鏈輕錢包模組(103)所對應的區塊鏈網路可以是公有鏈、聯盟鏈或私有鏈;

所述私有鏈或聯盟鏈的全部或部分節點擁有複雜的讀寫、記賬的許可權。

9.根據權利要求1所述的帶輕錢包的智慧電錶系統,其特徵在於,還包括:通訊介面,其與所述中央處理器(101)、計量模組(102)和區塊鏈輕錢包模組(103)連線,用於資料傳輸。

10.根據權利要求9所述的帶輕錢包的智慧電錶系統,其特徵在於,所述通訊介面為RS485通訊、RFID射頻、藍芽、WIFI、3G網路、4G網路、5G網路或電力載波中的一種或幾種組合。

11.一種智慧電錶系統,其特徵在於,包括常規智慧電錶(300)和區塊鏈路由器(400),所述常規智慧電錶(300)內設有中央處理器(101)、計量模組(102)和通訊模組(104),所述區塊鏈路由器(400)內設有區塊鏈輕錢包模組(103)和通訊模組(104)。

12.一種擁有如權利要求1~10任一所述的帶輕錢包的智慧電錶系統的電錶,其特徵在於,包括整合有所述區塊鏈輕錢包模組(103)的智慧電錶(100),所述整合有區塊鏈輕錢包模組(103)的智慧電錶(100)還設有所述中央處理器(101)、計量模組(102)和通訊模組(104)。

13.一種如權利要求1~10任一所述的帶輕錢包的智慧電錶系統的工作方法,其特徵在於,包括如下具體步驟:

S1電錶內的計量模組計量出不同建築或裝置的用電量或發電量,並把這些電量計量資料傳送給電錶內的中央處理器;

S2中央處理器處理、運算智慧電錶內的資料,並透過通訊模組與區塊鏈輕錢包模組進行資料互動;

S3區塊鏈輕錢包模組的資料層儲存以下任意資料之一或資料組合:電量交易資料、購售電標識、時間戳、電力交易數字貨幣錢包資料;

S4資料層將智慧電錶節點發生的購售電交易資料加蓋時間戳,形成資料區塊並不可篡改的記錄在區塊鏈中,並下載區塊頭資訊,透過點對點向全網節點發出資料請求,從而得到錢包秘鑰所對應的所有交易區塊資訊;

S5區塊鏈輕錢包模組給予每塊所述智慧電錶一個唯一的ID,以形成所述區塊鏈中的一個唯一ID的節點;

S6區塊鏈輕錢包模組完成區域內區塊鏈網路內節點之間的點對點電力交易,並透過中央處理器和通訊介面將經過該區塊鏈輕錢包模組處理後的資料傳輸至區塊鏈網路。


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