基于区块链与K-means算法的智能电表密钥管理方法

TP391%TN918.4%TM933.4; 随着电力物联网建设的推进,电力系统高级计量体系逐渐形成了由海量智能电表、边缘计算装置和云端主站构成的“云-边-端”三层架构体系.在此背景下,针对传统集中式智能电表密钥管理机制存在主站依赖度高、密钥存储效率差、响应速度慢的问题,提出一种基于区块链与K-means算法的智能电表分布式密钥管理方法.考虑到传统区块链建链过程中区块节点数量对建链时效性影响较大以及未考虑到节点通信传输资源有限的问题,首先利用K-means算法对智能电表集群按空间位置进行聚类,并提出采用图中央点算法确定边缘计算装置的位置,从而降低区块链规模;然后,提出计及智能电表通信带宽的按需...

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Published in电力自动化设备 Vol. 40; no. 8; pp. 38 - 46
Main Authors 翟峰, 杨挺, 曹永峰, 李双全
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国电力科学研究院有限公司计量研究所,北京100192%天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072%中国电力科学研究院有限公司计量研究所,北京100192%杭州海兴电力科技股份有限公司,浙江杭州310011 10.08.2020
天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072
Subjects
密钥管理
区块链
电力物联网
负载均衡
K-means算法
智能电表
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ISSN1006-6047
DOI10.16081/j.epae.202006019

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Abstract TP391%TN918.4%TM933.4; 随着电力物联网建设的推进,电力系统高级计量体系逐渐形成了由海量智能电表、边缘计算装置和云端主站构成的“云-边-端”三层架构体系.在此背景下,针对传统集中式智能电表密钥管理机制存在主站依赖度高、密钥存储效率差、响应速度慢的问题,提出一种基于区块链与K-means算法的智能电表分布式密钥管理方法.考虑到传统区块链建链过程中区块节点数量对建链时效性影响较大以及未考虑到节点通信传输资源有限的问题,首先利用K-means算法对智能电表集群按空间位置进行聚类,并提出采用图中央点算法确定边缘计算装置的位置,从而降低区块链规模;然后,提出计及智能电表通信带宽的按需传输机制,以最小化边缘计算装置的负载均衡度为目标规划区块链节点中的传输路径,从而提升传输时效性;最后,基于Hyperledger Fabric平台的智能电表密钥管理算例结果表明,与传统的不考虑节点规模与信道带宽的区块链建链方法相比,当区块链节点数量增大时,所提方法的建链时间增长速率减少了8.18％以上,而负载均衡度增长速率降低了42.16％以上;所提智能电表密钥管理方法具有更快的建链速度以及更优的网络性能,因而具备更好的可行性.
AbstractList TP391%TN918.4%TM933.4; 随着电力物联网建设的推进,电力系统高级计量体系逐渐形成了由海量智能电表、边缘计算装置和云端主站构成的“云-边-端”三层架构体系.在此背景下,针对传统集中式智能电表密钥管理机制存在主站依赖度高、密钥存储效率差、响应速度慢的问题,提出一种基于区块链与K-means算法的智能电表分布式密钥管理方法.考虑到传统区块链建链过程中区块节点数量对建链时效性影响较大以及未考虑到节点通信传输资源有限的问题,首先利用K-means算法对智能电表集群按空间位置进行聚类,并提出采用图中央点算法确定边缘计算装置的位置,从而降低区块链规模;然后,提出计及智能电表通信带宽的按需传输机制,以最小化边缘计算装置的负载均衡度为目标规划区块链节点中的传输路径,从而提升传输时效性;最后,基于Hyperledger Fabric平台的智能电表密钥管理算例结果表明,与传统的不考虑节点规模与信道带宽的区块链建链方法相比,当区块链节点数量增大时,所提方法的建链时间增长速率减少了8.18％以上,而负载均衡度增长速率降低了42.16％以上;所提智能电表密钥管理方法具有更快的建链速度以及更优的网络性能,因而具备更好的可行性.
Author 曹永峰
李双全
翟峰
杨挺
AuthorAffiliation 天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072;中国电力科学研究院有限公司计量研究所,北京100192%天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072%中国电力科学研究院有限公司计量研究所,北京100192%杭州海兴电力科技股份有限公司,浙江杭州310011
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CAO Yongfeng
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