基于區(qū)塊鏈技術(shù)的配電網(wǎng)分布式臺(tái)區(qū)終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

甄自競(jìng)，劉 柱，王利民，宋澤華

（1.電力規(guī)劃總院有限公司，北京 100032；2.國(guó)網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 102200；3.國(guó)網(wǎng)國(guó)際發(fā)展有限公司，北京 100032）

0 引言

區(qū)塊鏈技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，一直受到廣泛的關(guān)注。區(qū)塊鏈技術(shù)本質(zhì)上是一種由多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同參與維護(hù)的分布式賬本技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)、在多個(gè)主體之間建立信任機(jī)制以及保證數(shù)據(jù)不可篡改等功能。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)原理、共識(shí)機(jī)制和應(yīng)用研究方面的發(fā)展，其在金融、物聯(lián)網(wǎng)、分布式存儲(chǔ)、能源等領(lǐng)域的應(yīng)用更加深入和廣泛[1-4]。在能源領(lǐng)域，對(duì)于區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用探索主要集中在分布式能源交易[5-9]、虛擬電廠調(diào)度[10]、數(shù)字身份認(rèn)證[11]以及數(shù)據(jù)的去中心化存儲(chǔ)[12-15]等方面。文獻(xiàn)[5-6]建立了以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的去中心化交易系統(tǒng)來(lái)滿足電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜的交易場(chǎng)景。文獻(xiàn)[7]提出采用異構(gòu)區(qū)塊鏈技術(shù)來(lái)解決跨鏈通信問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了多能交易系統(tǒng)。文獻(xiàn)[8]采用運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的智能合約來(lái)執(zhí)行充電站的購(gòu)電策略，達(dá)到降低購(gòu)電成本的目的。文獻(xiàn)[9]提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的微網(wǎng)能源交易機(jī)制。文獻(xiàn)[10]將區(qū)塊鏈技術(shù)引入到虛擬電廠的調(diào)度運(yùn)行當(dāng)中。文獻(xiàn)[11]利用區(qū)塊鏈技術(shù)來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)的資產(chǎn)數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)，優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式。

目前將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于配電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的研究相對(duì)較少，文獻(xiàn)[12]雖然提出配電網(wǎng)數(shù)據(jù)池的構(gòu)想，但是側(cè)重于管理架構(gòu)的創(chuàng)新，并未將區(qū)塊鏈技術(shù)和配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)設(shè)備相結(jié)合，無(wú)法從根源上確保配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)的完整和有效。文獻(xiàn)[13]提出了將區(qū)塊鏈技術(shù)和電力物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相結(jié)合的構(gòu)想，但并未進(jìn)一步給出詳細(xì)的技術(shù)方案和系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制。

現(xiàn)行的配電物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)如圖1 所示，臺(tái)區(qū)終端在架構(gòu)中屬于感知層部分，負(fù)責(zé)將智能電表、故障診斷設(shè)備、開關(guān)設(shè)備等臺(tái)區(qū)設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，做初步處理后上送到平臺(tái)層的云主站端，云主站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將數(shù)據(jù)提供給應(yīng)用層。現(xiàn)行的配電物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)本質(zhì)上是一種中心化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理模式，會(huì)帶來(lái)以下三方面問(wèn)題：

圖1 配電物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)

（1）過(guò)于中心化

在現(xiàn)行架構(gòu)中，所有臺(tái)區(qū)的數(shù)據(jù)最終都要匯總并且存儲(chǔ)到云主站端，主站是整個(gè)系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)依賴于云主站的正常運(yùn)行，一旦主站發(fā)生故障，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。同時(shí)，雖然配電終端具備一定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，但是如果某個(gè)臺(tái)區(qū)對(duì)應(yīng)的終端和主站發(fā)生故障，則重要數(shù)據(jù)仍然會(huì)丟失，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的去中心化存儲(chǔ)。

（2）無(wú)法保證安全性

在現(xiàn)行架構(gòu)下，所有臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在主站中，而主站端的數(shù)據(jù)備份數(shù)量有限，如果主站遭受惡意攻擊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)被篡改或丟失，數(shù)據(jù)的安全性難以得到保證。

（3）不適用于分布式能源交易

去中心化能源交易概念的提出和微網(wǎng)技術(shù)的成熟，使得不同臺(tái)區(qū)的分布式能源之間實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)-點(diǎn)”的去中心化交易成為可能，也將成為未來(lái)分布式能源的主要交易方式之一。而現(xiàn)有中心化架構(gòu)并不適用于分布式能源的去中心化交易方式。

上述問(wèn)題產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)在于現(xiàn)行配電物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)過(guò)于中心化，而采用區(qū)塊鏈技術(shù)將臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)可以一定程度上彌補(bǔ)中心化存儲(chǔ)的問(wèn)題。本文遵循這個(gè)思路提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式終端系統(tǒng)，試圖將區(qū)塊鏈技術(shù)和電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合，構(gòu)建配電網(wǎng)數(shù)據(jù)主鏈，確保臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)的安全、有效和不可篡改。本文將對(duì)分布式終端的系統(tǒng)架構(gòu)、共識(shí)機(jī)制和運(yùn)行機(jī)制做出詳細(xì)的說(shuō)明。

1 分布式終端系統(tǒng)架構(gòu)

分布式配電網(wǎng)終端系統(tǒng)主要由配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)終端構(gòu)成，由配電網(wǎng)所有的臺(tái)區(qū)終端作為節(jié)點(diǎn)共同組建成區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，臺(tái)區(qū)終端之間通過(guò)無(wú)線專網(wǎng)/公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)端-端通信，臺(tái)區(qū)終端收集到的數(shù)據(jù)除了向主站上送外，其中重要的數(shù)據(jù)也會(huì)傳輸給全網(wǎng)其他終端；同時(shí)配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)以區(qū)塊鏈的形式存儲(chǔ)在所有臺(tái)區(qū)終端中，由此可以在配電網(wǎng)終端間建立起端-端通信和分布式存儲(chǔ)的架構(gòu)。分布式終端系統(tǒng)在終端之間建立端-端通信通道，終端之間的通信不再需要經(jīng)過(guò)主站，當(dāng)主站發(fā)生故障或者不穩(wěn)定時(shí)，臺(tái)區(qū)重要數(shù)據(jù)仍能在終端間進(jìn)行傳輸，確保系統(tǒng)不會(huì)癱瘓；同時(shí)由于臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)采取分布式存儲(chǔ)的模式，使得每一臺(tái)終端內(nèi)都有相應(yīng)數(shù)據(jù)備份，在主站遭受惡意攻擊或者人為篡改后，所有終端保存著完整的數(shù)據(jù)備份，并且數(shù)據(jù)采用的是鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而保證了數(shù)據(jù)不會(huì)丟失和被篡改，大大提高了數(shù)據(jù)的安全性。

需要說(shuō)明的是，目前配電終端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力是有限的，因此本文所提出的系統(tǒng)中，分布式臺(tái)區(qū)終端系統(tǒng)并不具備存儲(chǔ)大量臺(tái)區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的條件，需要根據(jù)臺(tái)區(qū)具體需求來(lái)確定儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)內(nèi)容。根據(jù)目前的臺(tái)區(qū)終端試點(diǎn)和工程實(shí)際來(lái)看，可以將分布式能源的交易數(shù)據(jù)、終端數(shù)字ID、臺(tái)區(qū)停電信息、臺(tái)區(qū)設(shè)備故障信息和臺(tái)區(qū)用電量等較為重要的數(shù)據(jù)采用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，而實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)，例如實(shí)時(shí)電壓、電流等還是需要上送到云主站進(jìn)行存儲(chǔ)。

從這個(gè)角度而言，本文提出的分布式配電網(wǎng)終端系統(tǒng)是對(duì)現(xiàn)行中心化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式的補(bǔ)充，將臺(tái)區(qū)最為重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行去中心化存儲(chǔ)，用來(lái)解決中心化存儲(chǔ)的缺點(diǎn)，而不是徹底取代現(xiàn)有中心化模式。兩種模式相輔相成，才能更好發(fā)揮配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)終端的作用，在保證配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的同時(shí)，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。隨著電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，臺(tái)區(qū)終端的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力也在不斷增強(qiáng)，未來(lái)分布式終端可以存儲(chǔ)的臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)內(nèi)容也將會(huì)更加豐富。

1.1 配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)終端

在本文所提出的分布式終端系統(tǒng)架構(gòu)中，臺(tái)區(qū)終端是核心，每一個(gè)臺(tái)區(qū)終端都作為完整節(jié)點(diǎn)共同參與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)當(dāng)中。作為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，需要存儲(chǔ)整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的主鏈數(shù)據(jù)，因此相比于現(xiàn)行架構(gòu)中處于感知層的終端，分布式終端系統(tǒng)中的終端不僅需要收集數(shù)據(jù)，還需要具備更強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力和計(jì)算能力。

1.2 端-端通信機(jī)制

在分布式終端系統(tǒng)中，終端間的通信不再需要經(jīng)過(guò)云平臺(tái)，通過(guò)制定端-端通信協(xié)議，并在終端之間建立通信通道就可以確保終端之間實(shí)現(xiàn)端-端通信機(jī)制，使得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行不再依賴于某幾個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的去中心化。

終端收集到其對(duì)應(yīng)臺(tái)區(qū)的數(shù)據(jù)后，需要向整個(gè)系統(tǒng)中其他終端傳輸該數(shù)據(jù)，這個(gè)過(guò)程稱為全網(wǎng)廣播。當(dāng)一個(gè)終端收到其他終端的數(shù)據(jù)時(shí)，需要將該數(shù)據(jù)進(jìn)一步傳輸給相鄰終端，這個(gè)過(guò)程稱為轉(zhuǎn)發(fā)。終端A 收集到其對(duì)應(yīng)臺(tái)區(qū)的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行全網(wǎng)廣播，終端B 收到終端A 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，立即轉(zhuǎn)發(fā)給終端C 和D，終端C 和D 再轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰終端。由此，當(dāng)某個(gè)終端需要向全網(wǎng)其他終端傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，只需先轉(zhuǎn)發(fā)給自己的相鄰終端即可，由其相鄰終端再進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)，從而使得全網(wǎng)所有終端都收到該數(shù)據(jù)。

1.3 配電網(wǎng)主鏈

分布式終端系統(tǒng)中的臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)以區(qū)塊的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，每一個(gè)區(qū)塊由區(qū)塊頭和臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)列表構(gòu)成，區(qū)塊頭又包含區(qū)塊版本、前一個(gè)區(qū)塊的哈希值、該區(qū)塊的創(chuàng)建時(shí)間，臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)列表包含該區(qū)塊所存儲(chǔ)的臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)，區(qū)塊之間通過(guò)哈希值相連接，形成鏈?zhǔn)降臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即配電網(wǎng)主鏈，如圖2 所示。每過(guò)一段時(shí)間都會(huì)有新的區(qū)塊產(chǎn)生，這段時(shí)間內(nèi)臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)將會(huì)存儲(chǔ)在新的區(qū)塊上，新區(qū)塊通過(guò)在區(qū)塊頭中記錄上一個(gè)區(qū)塊的哈希值來(lái)連接到主鏈上。當(dāng)一個(gè)終端將一段時(shí)間的臺(tái)區(qū)重要數(shù)據(jù)和上一個(gè)區(qū)塊的哈希值按照區(qū)塊的結(jié)構(gòu)形成新的區(qū)塊并連接到主鏈時(shí)，稱之為打包。

圖2 配電網(wǎng)主鏈

1.4 軟件和硬件實(shí)現(xiàn)方案

目前終端硬件主要由交采板、主控板和通信模塊組成，交采板主要包括交采芯片，用于臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)的采集；主控板包括主控芯片，內(nèi)嵌操作系統(tǒng)和各種嵌入式APP，是整個(gè)終端的核心組件；通信模塊包括載波通信模塊和無(wú)線通信模塊等。硬件方面需要新增一個(gè)可信芯片，作為終端區(qū)塊功能的硬件載體。

軟件層面，終端采用的是軟硬件解耦的設(shè)計(jì)方式，通過(guò)在主控芯片上的嵌入式APP 來(lái)確保終端功能的實(shí)現(xiàn)。分布式終端系統(tǒng)中，需要保證終端具備端-端通信功能、區(qū)塊生成功能和區(qū)塊廣播功能。為此需要開發(fā)區(qū)塊數(shù)據(jù)APP 來(lái)保證上述功能的實(shí)現(xiàn)，區(qū)塊APP 需要嵌入到可信芯片上。

2 共識(shí)機(jī)制選取

在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，為了維護(hù)系統(tǒng)安全，會(huì)采用共識(shí)機(jī)制來(lái)激勵(lì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記賬，一個(gè)節(jié)點(diǎn)只有在和其他節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)中勝出才擁有將一段時(shí)間內(nèi)交易信息打包的權(quán)利，即記賬權(quán)。在分布式終端系統(tǒng)中，如果采用工作量證明機(jī)制或者權(quán)益證明機(jī)制，將會(huì)造成大量計(jì)算資源的浪費(fèi)，影響終端其他功能，為此本文提出一種基于可信芯片的POR（隨機(jī)數(shù)證明）機(jī)制，計(jì)算功能由可信芯片完成，并不占用主控板的系統(tǒng)資源，可信芯片中內(nèi)嵌區(qū)塊APP，使得終端具備生成區(qū)塊、廣播區(qū)塊、驗(yàn)證區(qū)塊等功能。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中由可信芯片內(nèi)嵌入的區(qū)塊APP 來(lái)運(yùn)行可驗(yàn)證隨機(jī)數(shù)生成程序，不同終端生成隨機(jī)數(shù)的時(shí)間是不同的，用時(shí)最短的終端會(huì)被選為記賬節(jié)點(diǎn)，由于芯片是可信的，并且隨機(jī)數(shù)生成的時(shí)間也是隨機(jī)的，因此，并不需要消耗大量計(jì)算資源對(duì)記賬權(quán)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，從而可以更快地在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)共識(shí)，降低對(duì)計(jì)算資源的消耗。當(dāng)其他終端收到該新區(qū)塊時(shí)需要對(duì)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)則其他終端會(huì)將新區(qū)塊寫入主鏈，此時(shí)整個(gè)配電網(wǎng)主鏈更新完畢，隨后再運(yùn)行隨機(jī)數(shù)生成程序生成新的隨機(jī)數(shù)，來(lái)確定擔(dān)任下一個(gè)記賬節(jié)點(diǎn)的終端。

為了證明隨機(jī)數(shù)證明機(jī)制的優(yōu)越性，從傳播時(shí)間、吞吐量和CPU 占用率這3 個(gè)維度對(duì)POW（工作量證明）、POS（權(quán)益證明）和POR 進(jìn)行對(duì)比。仿真系統(tǒng)見(jiàn)參考文獻(xiàn)[14-15]，仿真系統(tǒng)是由多個(gè)終端組成的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)終端都作為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在進(jìn)行仿真時(shí)，分別選取100，200，300，400，500 個(gè)節(jié)點(diǎn)這5 個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模來(lái)對(duì)比3 種共識(shí)機(jī)制，仿真系統(tǒng)基于ns3 開源程序編寫，可用于模擬不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊生成和傳播過(guò)程。

2.1 區(qū)塊傳播時(shí)間

傳播時(shí)間是指一個(gè)新區(qū)塊生成后，新區(qū)塊傳播到全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)間。仿真系統(tǒng)模擬不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下分別采用3 種共識(shí)機(jī)制的系統(tǒng)運(yùn)行情況，圖3 給出了區(qū)塊傳播時(shí)間的仿真結(jié)果。

圖3 區(qū)塊傳播時(shí)間對(duì)比

由圖3 可知，采用POR 的系統(tǒng)區(qū)塊傳播時(shí)間顯著小于采用POW 和POS 的系統(tǒng)，意味著POR機(jī)制可以更加迅速地形成共識(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行效率更高。

2.2 吞吐量

區(qū)塊鏈系統(tǒng)的吞吐量是指一個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)每秒所能處理的交易數(shù)量，是區(qū)塊鏈系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，吞吐量越高，意味著系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的效率越高。在分布式終端系統(tǒng)中，吞吐量特指系統(tǒng)每秒所能處理的臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)數(shù)量。圖4 給出了采用3 種不同機(jī)制的系統(tǒng)吞度量對(duì)比結(jié)果。

圖4 系統(tǒng)吞吐量對(duì)比

從圖4 中可以看出，采用POR 共識(shí)機(jī)制的系統(tǒng)吞吐量明顯高于POW 和POS，而且隨著系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)的上升，POR 吞吐量下降并不明顯，說(shuō)明采用POR 的系統(tǒng)運(yùn)行效率更高，相同時(shí)間內(nèi)能處理的數(shù)據(jù)量更大。

2.3 CPU 占用率

采用不同共識(shí)機(jī)制，對(duì)終端主控板的CPU占用率也不一樣，圖5 中給出對(duì)比結(jié)果。

由圖5 中可知，在節(jié)點(diǎn)數(shù)到達(dá)400 時(shí)，采用POW 和POS 共識(shí)機(jī)制的主控板CPU 占用率達(dá)到100%，意味著終端將會(huì)死機(jī)，無(wú)法正常工作，顯然在實(shí)際工程中是不能采用POW 和POS 共識(shí)機(jī)制的。而采用POR 共識(shí)機(jī)制對(duì)主控板CPU 的占用率一直在1%左右，并未隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加而大幅增加，這是因?yàn)樵赑OR 共識(shí)機(jī)制下，計(jì)算功能主要由可信芯片來(lái)完成，對(duì)主控板CPU 占用率可以忽略不計(jì)。因此POR 共識(shí)機(jī)制更具備工程實(shí)用性。

圖5 系統(tǒng)CPU 占用率對(duì)比

綜上，通過(guò)區(qū)塊傳播時(shí)間、吞吐量、CPU 占用率3 個(gè)方面的對(duì)比，POR 共識(shí)機(jī)制顯著優(yōu)于POW 和POS 共識(shí)機(jī)制，因此在分布式終端系統(tǒng)中，選取POR 作為系統(tǒng)的共識(shí)機(jī)制。

3 系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

在確定系統(tǒng)的共識(shí)機(jī)制后，本節(jié)對(duì)分布式終端系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制如圖6 所示。所有臺(tái)區(qū)終端作為節(jié)點(diǎn)共同組成了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)將在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行端-端傳輸和分布式存儲(chǔ)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均存儲(chǔ)有配電網(wǎng)主鏈和未進(jìn)入?yún)^(qū)塊的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)緩存區(qū)中存儲(chǔ)有未進(jìn)入?yún)^(qū)塊的臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)。

圖6 系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

假設(shè)臺(tái)區(qū)a 的數(shù)據(jù)被終端收集到，該終端會(huì)首先將數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，同時(shí)該終端將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰終端，相鄰終端也將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩存區(qū)，同時(shí)進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)，直到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到全網(wǎng)所有終端的數(shù)據(jù)緩存區(qū)中。

在臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行全網(wǎng)廣播后，終端的可信芯片會(huì)運(yùn)行可驗(yàn)證隨機(jī)數(shù)生成程序，由隨機(jī)數(shù)決定擔(dān)任記賬節(jié)點(diǎn)的終端，記賬節(jié)點(diǎn)終端將臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)打包成新區(qū)塊，寫入主鏈中，同時(shí)將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中刪除；記賬節(jié)點(diǎn)隨后將新區(qū)塊進(jìn)行全網(wǎng)廣播，其他終端在接收到新區(qū)塊后，對(duì)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)后將新區(qū)塊連接到配電網(wǎng)主鏈上，并將數(shù)據(jù)池緩存區(qū)的臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)刪除，至此所有終端的配電網(wǎng)主鏈均已被加入了新的區(qū)塊，臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了分布式存儲(chǔ)。

通過(guò)對(duì)示例系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制的說(shuō)明，可以看到分布式終端系統(tǒng)中的臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到存儲(chǔ)到全網(wǎng)所有終端中的整個(gè)過(guò)程，在臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)產(chǎn)生后，首先會(huì)進(jìn)入終端內(nèi)未進(jìn)入?yún)^(qū)塊的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，在系統(tǒng)選取記賬節(jié)點(diǎn)后，被選為記賬節(jié)點(diǎn)的終端將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中所有數(shù)據(jù)進(jìn)行打包形成新的區(qū)塊，并全網(wǎng)廣播，隨后全網(wǎng)所有終端將這個(gè)新的區(qū)塊連接到各自存儲(chǔ)的配電網(wǎng)主鏈上，新區(qū)塊內(nèi)的臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)將會(huì)分布存儲(chǔ)在臺(tái)區(qū)的所有終端內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)描述了分布式終端系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、共識(shí)機(jī)制和運(yùn)行機(jī)制，得出以下主要結(jié)論：

（1）分布式終端系統(tǒng)在大量分散的終端間建立了協(xié)作機(jī)制，使得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行不再依賴于中心節(jié)點(diǎn)，即便云主站發(fā)生故障，分布式終端系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行，彌補(bǔ)了現(xiàn)行配電物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)過(guò)于中心化的缺點(diǎn)，也在一定程度上緩解了云主站的存儲(chǔ)壓力。

（2）臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)均以配電網(wǎng)主鏈的形式存儲(chǔ)在系統(tǒng)的所有終端內(nèi)，難以被篡改，即便云主站和部分終端發(fā)生故障造成數(shù)據(jù)丟失，其他終端仍存有完整的數(shù)據(jù)備份，可以最大限度保證臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)的安全和完整。

（3）本文提出的基于可信芯片的POR 共識(shí)機(jī)制在性能上顯著優(yōu)于目前主流的POW 機(jī)制和POS 機(jī)制，可以在大量終端間快速形成共識(shí)，更適用于在電力設(shè)備間建立協(xié)作機(jī)制，具備工程實(shí)用性。

（4）區(qū)塊鏈技術(shù)和電力系統(tǒng)硬件設(shè)備相結(jié)合的應(yīng)用尚屬空白，隨著大量臺(tái)區(qū)終端接入到配電網(wǎng)中，逐漸形成了大量臺(tái)區(qū)終端分布式的結(jié)構(gòu)，非常適合采用區(qū)塊鏈技術(shù)在分布式終端間建立協(xié)作機(jī)制，同時(shí)電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和臺(tái)區(qū)終端設(shè)備存儲(chǔ)、計(jì)算能力的不斷提升也使得分布式終端系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能。分布式終端系統(tǒng)是將區(qū)塊鏈技術(shù)和電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的有益探索和嘗試，也為區(qū)塊鏈技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。分布式終端系統(tǒng)會(huì)進(jìn)一步在實(shí)際電力系統(tǒng)的臺(tái)區(qū)中進(jìn)行試點(diǎn)驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況有針對(duì)性地做出改進(jìn)和優(yōu)化。