一种基于区块链和契约理论的V2G能源交易机制制造技术

本发明专利技术设计一种利用区块链、边缘计算和契约理论的网络物理系统中安全高效的V2G能源交易机制。在本文中，我们通过探索区块链，契约理论和边缘计算来提出安全高效的V2G能源交易框架。首先，我们为V2G开发基于联盟区块链的安全能源交易机制。然后，考虑信息不对称情景，提出一种基于契约理论的有效激励机制。社会福利优化问题属于凸（DC）规划的差异范畴，并通过迭代凸凹过程（CCP）算法求解。接下来，边缘计算已被纳入以提高块创建的成功概率。计算资源分配问题被建模为两阶段斯坦伯格博弈，最优策略通过使用后向归纳方法获得。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链和契约理论的V2G能源交易机制
本专利技术属于无线通信领域，具体涉及一种物理网络系统中的基于区块链和契约理论的V2G能源交易机制，以实现能源交易的安全高效且最大化社会效益。基于区块链的能源交易机制能很大程度上满足安全性能，边缘计算被应用于保证交易的高效性；基于契约理论的交易机制能更好的激励电动汽车(EV)在信息不对称情况下参与能源交易，从而最大化社会效益。
技术介绍
由于网络计算技术的进步，计算及通信的能力正深入嵌入到物理系统的设计中。而物理系统和这些先进计算技术的紧密集成，形成了新一代的工程系统，即为网络物理系统(CPS)。CPS在能源领域的典型应用是智能电网，它采用最新的信息通信和控制技术来优化电网的管理和运行。然而，间歇性分布式可再生能源和电动汽车(EV)的大规模普及导致了显着的功率波动。为了保持智能电网的可靠和安全运行，必须部署大量的集中式发电机和储能设备，从而导致大量的资本支出和运营支出。另一种选择是利用电动汽车的双向能源交易能力。特别是，可以协调大量电动汽车在非高峰时段吸收过多的能量，并在高峰时段将能量送回电网，这是一个有前途的解决方案。在不部署额外的发电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用在物理网络系统中V2G能源交易机制，基于区块链的能源交易机制能很大程度上满足安全性能，边缘计算被应用于保证交易的高效性；基于契约理论的交易机制能更好的激励EV在信息不对称情况下参与能源交易，从而最大化社会效益，其特征如下：1)为了保护交易信息的安全和交易双方的隐私，我们提出基于联盟区块链的交易方式；2)为了激励EV参与电能的交易，我们提出基于契约理论的激励兼容机制；3)为了给出基于边缘计算的计算任务卸载，我们采用了二阶斯坦伯格博弈建模和后向归纳法求解。

【技术特征摘要】
1.一种应用在物理网络系统中V2G能源交易机制，基于区块链的能源交易机制能很大程度上满足安全性能，边缘计算被应用于保证交易的高效性；基于契约理论的交易机制能更好的激励EV在信息不对称情况下参与能源交易，从而最大化社会效益，其特征如下：1)为了保护交易信息的安全和交易双方的隐私，我们提出基于联盟区块链的交易方式；2)为了激励EV参与电能的交易，我们提出基于契约理论的激励兼容机制；3)为了给出基于边缘计算的计算任务卸载，我们采用了二阶斯坦伯格博弈建模和后向归纳法求解。2.如权利要求1步骤1)，一开始，每辆电动汽车都必须向合法授权机构进行注册以获取其公钥，私钥和证书；公钥或私钥可由权威机构生成和分发；该证书通过绑定其注册信息表示电动汽车的唯一身份，每辆电动汽车都有一套由机构颁发的钱包地址，在初始化过程中，电动汽车会查找最近的LEAG使用的钱包地址，并验证钱包的完整性，之后，它从内存服务器下载相应的数据；然后LEAG设计了一个合同，该合同规定了性能即放电EV所需能量与奖励之间的关系，即能源硬币方面的放电EV支付，在合同中，每个不同的绩效奖励关联都被定义为一个合同项目，合同通常包含各种各样的合同项目，然后，LEAG广播合同，并且每个EV选择其期望的合同项目以最大化其回报，在能源交易之后，如果相应的合同项目已经成功完成，则放电EV将收到指定的奖励，能量硬币从LEAG转移到EV的钱包地址，支付的真实性可以通过检查联盟区块链的最后一个块来验证，LEAG建立一个新的交易记录，必须先由电动汽车核实并进行数字签名，然后上传并公开审计；在一段时间内由LEAG收集的所有交易记录将被加密，数字签名，然后被组织成块，无效的交易(例如假交易)将被丢弃，每个新块通过加密散列链接到联盟区块链中的前一个块，然后，类似于比特币中的工作证明过程，联盟区块链中的每个授权LEAG通过找到有效的工作证明，即满足一定难度要求的散列值来竞争创建块；如果LEAG的计算能力有限，它可以从ESP购买边缘计算服务，然后，计算密集型工作量验证过程由具有强大计算能力的附近边缘计算节点处理，并且块创建的成功概率将显着提高，首先找到有效工作证明的LEAG将创建的块广播给网络中所有授权的LEAG，接下来，每个LEAG审核并验证接收块中的交易记录，并选择是否接受该新块，如果一个新区块被所有的LEAG所接受，即达成了共识，那么它将被附加在当前联盟区块链的末尾，创建这个区块的LEAG将被奖励一定数量的能量硬币。3.如权利要求1步骤2)，EV类型定义如下：定义1：考虑到具有K个放电EV的停车场，可以根据他们的偏好将这些EV按升序分类并分类成K个类型，如果电动汽车类型集合表示为：Θ＝{θ1，...，θk，...，θK}，然后我们得到θ1＜…＜θk＜…＜θK，k＝1，...，K.经过进一步推导我们得出类型θk可被定义为：在信息不对称的情况下，LEAG不知道每个EV的具体类型，但只知道每种类型的概率分布，我们假设LEAG知道这里有K种类型的放电汽车并且知道一辆放电汽车属于类型θk的概率Pk，则由K个合同项目组成的合同，不是针对不同类型的EV提供相同的合同，而是针对K个放电EV类型设计不同的合同项目；例如，专为类型θk设计的合同项目表示为(Lk，Rk)，其中Lk表示所需电力，Rk表示所得的专用奖励，该合同表示为：其中考虑这K种类型的放电汽车，LEAG的预期效用计算如下：其中γL是LEAG的单位电价；接受合同项目(Lk，Rk)的类型θk的电动汽车的效用函数表示为：其中γ是电池放电的单价，θkm(Rk)为类型θk的Rk的价值；函数m(Rk)是Rk的单调递增凹函数，其中m(0)＝0，m′(Rk)＞0和m″(Rk)＜0，不失普遍性，m(Rk)可被定义为一个二次函数：其中a和b被假定为常数，且必须满足m′(Rk)＞0和m″(Rk)＜0，尽管如此，所提出的方案还可以扩展到其他形式预期的社会福利是LEAG和K个EV的总效用和：不对称信息下社会福利最大化问题描述如下：s.t.C1：θkm(Rk)-γLk≥0，(IR)C2：θkm(Rk)-γLk≥θkm(Rk，)-γLkp(IC)C3：0≤R1...＜Rk＜…＜RKC4：Lk≤θk其中C1，C2和C3分别代表IR，IC和单调性约束条件，C4代表Lk的上限；定义2：IR，IC和单调性约束定义如下：个人理性约束(IR约束)：对于集合中的任一个类型为θk的EV，如果它选择合同项目(Lk，Rk)，那它将会获得正回报；激励兼容性约束(IC约束)：IC约束确保合约的自我揭示性质，对于集合中的任一个类型为θk的EV，当且仅当它选择为其自己的类型设计的合同项目(Lk，Rk)时才会获得最大的回报；单调性约束：对于集合中的任一个类型为θk的EV，它的收益应比类型为θk-1的EV高，但比类型为θk+1的EV低；基于IR，IC和单调性约束，可以导出以下属性：引理1：对于集合中的任一个类型为θk的EV，如果θk＞θk，那么Rk＞Rk，；当且仅当θk＝θk，时，Rk＝Rk，；引理2：对于集合C中的Lk，Rk，需满足下列不等式：0≤R1＜…＜Rk＜…＜RK0≤L1＜…＜Lk＜…＜LK在信息不对称场景中，我们定义合同可行性的充分必要条件：定理1：合同可行性：当且仅当下列条件被满足时集合C中的任一个合同(Lk，Rk)是可行的：a：0≤R1＜…＜Rk＜…＜RK和0≤L1＜…＜Lk＜…＜LKb：θ1m(R1)-γL1≥0c：对于k∈{2，...，K}有γLk-1+θk-1[m(Rk)-m(Rk-1)]≤γLk≤γLk-1+θk[m(Rk)-m(Rk-1)]通过消除IR约束条件、消除IC约束条件，K个IR约束条件和K(K-1)个IC约束条件分别减少为1个和K-1个，那么不对称信息下社会福利最大化问题可转化为：s.t.C1：θ1m(R1)-γL1≥0，(IR)C2：θkm(R...

【专利技术属性】
技术研发人员：周振宇，谭露，廖斌，郭宇飞，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11