基于混合区块链的配电线路无人机自主巡检数据共享系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于混合区块链的配电线路无人机自主巡检数据共享系统，包括应用模块、监管模块、客户端模块、服务器云端模块、自组网基站、机巢无人机模块和电源模块；基于混合区块链技术将服务器云端模块设为混合区块链的全节点，将监管模块、客户端、自组网基站和机巢无人机模块设为混合区块链的轻节点，构建混合区块链系统。本发明专利技术采用混合区块链，通过分布式数据存储方法来保证数据的安全存储，不依赖于全局可信的第三方实体，从而避免了传统中心化数据存储方法的中心节点容易遭受集中式恶意攻击的风险。式恶意攻击的风险。式恶意攻击的风险。

【技术实现步骤摘要】
基于混合区块链的配电线路无人机自主巡检数据共享系统


[0001]本专利技术涉及无人机自主巡检领域，具体涉及一种基于混合区块链的配电线路无人机自主巡检数据共享系统。

技术介绍

[0002]输配电线路分布广泛、穿越区域地形复杂，所处地理、位置和环境条件非常特殊，排查工作量大，造成电力系统运维管理难度大。传统的人工巡检效率低、劳动强度大、耗时多、成本高、精度低，并且有些线路受制于地形因素造成线路巡视异常困难。
[0003]随着近几年来无人机技术以及导航技术和无线通信技术的快速发展和不断成熟，国内外许多电力企业开始尝试采用无人机辅助进行电力系统建设。无人机技术支持下的配电线路巡检克服了巡检区域跨度大、地形复杂、自然环境恶劣、故障巡检精度更高，有利于及时掌握配电线路整体运行情况。但是由于无人机网络易受到各种安全威胁和攻击，包括被动窃听、数据篡改、伪造身份等。除此之外，无人机数据存储采用中心化数据存储，这种中心化的数据存储方式面临集中式恶意攻击、中心节点单点失效、数据中心的存储数据被恶意篡改等信息安全问题。针对这些安全挑战，迫切需要采用新兴的技术找到数据安全传输与存储的新方法变得十分重要。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于混合区块链的配电线路无人机自主巡检数据共享系统，旨在解决上述问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于混合区块链的配电线路无人机自主巡检数据共享系统，包括应用模块、监管模块、客户端模块、服务器云端模块、自组网基站、机巢无人机模块和电源模块；基于混合区块链技术将服务器云端模块设为混合区块链的全节点，将监管模块、客户端、自组网基站和机巢无人机模块设为混合区块链的轻节点，构建混合区块链系统。
[0006]进一步的，所述混合区块链系统包括联盟链和私有链；所述联盟链用于对等待加入的配电运检员进行身份验证，记录所有起飞命令信息、无人机回传数据以及不同区域数据信息的共享；所述私有链用于每个联盟链节点自身数据的存储，保证数据的安全性以及提高共识效率。
[0007]进一步的，每个联盟链节点都构建自己彼此独立的私有链，当不同联盟链节点之间发生数据交互时，由联盟链节点选择存储在自己私有链中的数据，然后将数据上传到联盟链。
[0008]进一步的，采用拜占庭容错共识机制进行区块共识，利用非对称加密技术对数据进行处理，保证数据安全及可验证。
[0009]进一步的，拜占庭容错共识机制，具体包括如下：步骤1：联盟链中的节点最快计算出有效工作量证明的成为当前共识过程的主节
点，其余将成为从节点；主节点收集各从节点的数据集合整合成一个新的数据区块，附上主节点的数字签名和新数据区块的哈希值以备审查验证；主节点向各个从节点广播新生成的数据区块以待查验；步骤2：从节点接收到数据区块后，通过主节点发送过来的区块哈希值和数字签名等信息验证数据区块的合法性和正确性，并把它们的审计结果附上各自的数字签名广播给其他从节点，以实现从节点间的相互监督和共同查验；步骤3：从节点接收并汇总其他从节点的审计结果后，与自身的审计结果进行对比，并向主节点发送一个回复，这个回复包含从节点自身的审计结果、收到的所有审计结果、审计对比的结论，以及对应的数字签名；步骤4：主节点汇总所有来源于从节点的审计回复。如果全部数据集合器都赞同当前数据区块的合法性和正确性，主节点将把该数据区块连同参与审计的从节点的证书集合，以及对应的数字签名整合后发送给所有从节点:；此后，该数据区块将以时间先后的顺序存储在数据存储联盟链中，主节点也从中获得系统的奖励。
[0010]步骤5：假若有部分全节点不赞同当前的审计结果，主节点将分析和查验这些全节点的审计结果。必要时，主节点重新发送该数据区块给这部分全节点进行第二次审计，如果仍有全节点不赞同，将采取少数服从多数的原则，超过一定比例的全节点赞同该数据区块，则将该数据区块按步骤 4 所提方式加载到数据存储联盟链中。:进一步的，所述混合区块链系统中部署了智能合约，智能合约由联盟链中的成员指定，事先设置好合约条件，部署在混合区块链上。
[0011]进一步的，运检员或机巢无人机模块需要经过身份认证，通过认证后获取用于加密数据的假名集合及其证书；所述配电运检员和机巢无人机模块通过注册认证获得私钥、公钥以及身份证书，私钥由配电运检员和机巢无人机模块唯一保存，用于解密自身公钥加密的密文，同时用来完成签名加密，公钥对外公开，用于加密明文，使用公钥加密的密文只能通过相对应私钥解密。
[0012]进一步的，所述联盟链全节点接收经身份证书和数字签名处理过的数据，保证数据来源的可靠性；所述联盟链全节点利用相应的签名算法和哈希算法进行验证，并在验证通过后存储。
[0013]进一步的，运检员和不同区域思维数据需求者向联盟链全节点发送其所需数据访问请求，该请求信息包括访问数据的索引值、访问数据的目和时间戳，并且用全节点的公钥对其进行加密处理。全节点验证运检员和不同区域数据需求者的身份是否合法，若合法，根据设定的智能合约自动共享数据。
[0014]一种无人机控制方法，包括以下步骤：S1，运检员发送经过加密的起飞命令；S2，监管节点判断起飞命令是否符合飞行条件，符合起飞命令信息传输给服务器云端；S3，服务器云端再验证数据来源的真假性；S4，当起飞命令造假时，命令无效结束；S5，当起飞命令验证通过时，全节点将控制流信息发送到有公网的自组网基站A；S6，有公网的自组网基站A将控制流信息发送到无公网的自组网基站B；
S7，无公网的自组网基站B将控制流信息传输到机巢；S8，机巢接收控制流信息并触发智能合约判断是否满足飞行条件；S9，当不满足起飞条件时，触发智能合约，任务取消；S10，当满足起飞条件，触发智能合约，机巢开门，无人机起飞自主巡检；S11，无人机在配电线路巡检中电量不足时或巡检完毕，无人机返回到机巢即进行充电和数据传输；S12，机巢将数据传输到无公网的自组网基站B；S13，无公网的自组网基站B将数据传输有公网的自组网基站A；S14，全节点验证来源数据的可靠性；S15，当数据存在造假或被篡改，此次数据收集任务无效，任务结束；S16，当数据真实有效，根据设置的智能合约，运检员获得相应的数据；S17，任务结束。
[0015]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术采用混合区块链，它采用分布式数据存储方法来保证数据的安全存储，不依赖于全局可信的第三方实体，从而避免了传统中心化数据存储方法的中心节点容易遭受集中式恶意攻击的风险。混合区块链中所有的数据都经过联盟链节点验证，从而保证数据的合法性和真实有效性。并且通过部署智能合约实现数据安全有效的共享访问以及起飞任务的自动执行。
附图说明
[0016]图1是本专利技术整体框架图；图2是本专利技术一实施例中起飞命令流程图；图3是本专利技术一实施例中混合区块链架构图4是本专利技术一实施例中无人机回传流程图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合区块链的配电线路无人机自主巡检数据共享系统，其特征在于，包括应用模块、监管模块、客户端模块、服务器云端模块、自组网基站、机巢无人机模块和电源模块；基于混合区块链技术将服务器云端模块设为混合区块链的全节点，将监管模块、客户端、自组网基站和机巢无人机模块设为混合区块链的轻节点，构建混合区块链系统。2.根据权利要求1所述的基于混合区块链的配电线路无人机自主巡检数据共享系统，其特征在于，所述混合区块链系统包括联盟链和私有链；所述联盟链用于对等待加入的配电运检员进行身份验证，记录所有起飞命令信息、无人机回传数据以及不同区域数据信息的共享；所述私有链用于每个联盟链节点自身数据的存储，保证数据的安全性以及提高共识效率。3.根据权利要求2所述的基于混合区块链的配电线路无人机自主巡检数据共享系统，其特征在于，每个联盟链节点都构建自己彼此独立的私有链，当不同联盟链节点之间发生数据交互时，由联盟链节点选择存储在自己私有链中的数据，然后将数据上传到联盟链。4.根据权利要求1所述的基于混合区块链的配电线路无人机自主巡检数据共享系统，其特征在于，采用拜占庭容错共识机制进行区块共识，利用非对称加密技术对数据进行处理，保证数据安全及可验证。5.根据权利要求4所述的基于混合区块链的配电线路无人机自主巡检数据共享系统，其特征在于，拜占庭容错共识机制，具体包括如下：步骤1：联盟链中的节点最快计算出有效工作量证明的成为当前共识过程的主节点，其余将成为从节点；主节点收集各从节点的数据集合整合成一个新的数据区块，附上主节点的数字签名和新数据区块的哈希值以备审查验证；主节点向各个从节点广播新生成的数据区块以待查验；步骤2：从节点接收到数据区块后，通过主节点发送过来的区块哈希值和数字签名等信息验证数据区块的合法性和正确性，并把它们的审计结果附上各自的数字签名广播给其他从节点，以实现从节点间的相互监督和共同查验；步骤3：从节点接收并汇总其他从节点的审计结果后，与自身的审计结果进行对比，并向主节点发送一个回复，这个回复包含从节点自身的审计结果、收到的所有审计结果、审计对比的结论，以及对应的数字签名；步骤4：主节点汇总所有来源于从节点的审计回复;如果全部数据集合器都赞同当前数据区块的合法性和正确性，主节点将把该数据区块连同参与审计的从节点的证书集合，以及对应的数字签名整合后发送给所有从节点:；此后，该数据区块将以时间先后的顺序存储在数据存储联盟链中，主节点也从中获得系统的奖励;步骤5：假若有部分全节点不赞同当前的审计结果，主节点将分析和查验这些全节点的审计结果;必要时，主节点重新发送该数据区块给这部分全节点进行第二次审计，如果仍有全节点不赞同，将采取少数服从多数的原则，超过一定比例的全节点赞同该数据区块，则将该数据区块按步骤 4 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓东，杨德嵩，刘坚，吴涵，王健，张延辉，康伟，林若寅，李振嘉，张伟豪，陈伯建，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：