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申请/专利权人：山西大学

摘要：本发明涉及一种用于智能电网孤岛态微电网内基于BC‑PAEKS的可靠能源调度方法。包括：步骤1，系统初始化；步骤2，确定能源需求程度和供应可靠程度；步骤3，MGCC生成公共参数；步骤4，MGCC生成公私钥；步骤5，数据采集、加密以及发送；步骤6，服务器生成陷门；步骤7，匹配转发；步骤8，数据解密与能源调度；步骤9，MGCC进行能源反馈，本周期能源调度结束。本发明的方法在兼顾数据传输过程中机密性和效用性的同时，考虑能源需求方的能源需求程度与能源供应方的供应可靠程度来进行能源调度，且具有轻量性。

主权项：1.一种用于智能电网孤岛态微电网内基于BC-PAEKS的可靠能源调度方法，其特征是，包括以下步骤：1系统初始化：确定将能源类型表示为type且type∈{1,2,3}，其中1表示传统能源，2表示储能，3表示新能源；传统能源服务器表示为ServerT、储能服务器表示为ServerS、新能源服务器表示为ServerN，分别在这三个不同的服务器中对传统能源、储能和新能源进行调度；确定参与本周期能源调度的能源需求方数量为Anum，能源供应方数量为Pnum，将能源需求方表示为Senderi,i＝1,2,3...,Anum，能源供应方表示为Senderj,j＝1,2,3...,Pnum；每个调度发起方Senderk,k＝1,2,,Anum+Pnum，包括能源需求方或能源供应方，都部署了智能电表SMk，SMk初次加入电网通信网络时需要进行注册，由微电网中心控制器MGCC根据每个用户的重要性分配权重wk≥0,k＝1,2,,Anum+Pnum，wk越大，用户的重要程度越高；2确定能源需求程度和供应可靠程度：2-1对于每个能源需求方Senderi，针对每种能源类型type,type∈{1,2,3}，确定其所需能源数量为Uitype；对于每个能源供应方Senderj，针对其能供应的能源类型type,type∈{1,2,3}，确定其所能供应的能源数量为Djtype；2-2对于每个能源需求方Senderi，MGCC根据其权重wi≥0,i＝1,2,,Anum决定其与能源类型type,type∈{1,2,3}对应的传统能源需求程度Ni1≥0、储能需求程度Ni2≥0以及新能源需求程度Ni3≥0，且Ni1＞＞Ni2＞＞Ni3，wi越大，需求方的重要程度越高，能源需求程度Nitype越大，需求方越优先获得能源；2-3对于每个能源供应方Senderj，MGCC根据其所能供应的能源数量Djtype决定其与能源类型type,type∈{1,2,3}对应的传统能源供应可靠程度Rj1≥0、储能供应可靠程度Rj2≥0以及新能源供应可靠程度Rj3≥0，所能供应的能源数量Djtype越大，供应方的供应可靠程度Rjtype越大，供应方越优先进行能源供应；3MGCC生成公共参数：3-1MGCC选择双线性映射参数G0,GT,g,p,e，其中G0代表双线性映射的循环群，g是它的生成元，GT也是一个循环群，G0，GT的阶是素数p，e是从G0×G0→GT的一个双线性映射；3-2MGCC设置关键字空间Keywordspace＝{tranditional,storage,new}，其中有3个关键字kw1＝tranditional,kw2＝storage,kw3＝new，分别表示传统能源、储能和新能源；3-3MGCC生成不同角色的身份标识并表示为ID，包括调度发起方的身份标识IDSk,k＝1,2,,Anum+Pnum与三个服务器的身份标识IDRtype，type∈{1,2,3}，对应传统能源、储能、新能源，即服务器ServerT的身份标识为IDR1、服务器ServerS的身份标识为IDR2以及服务器ServerN的身份标识为IDR3，所有的ID构成身份标识空间IDspace；3-4MGCC选择三个哈希函数：H1:{0,1}*→G0,H2:ID→G0,H3:GT→{0,1}*，其中{0,1}*表示任意位的0,1比特串；3-5MGCC选择随机数返回主密钥MSK＝α，α是实数范围内从[1,p-1]中选取的一个随机数，并生成公共参数PP与全局参数GSP，如式1所示： 4MGCC生成公私钥：4-1对于每种能源类型type,type∈{1,2,3}对应的服务器ServerT、ServerS以及ServerN，MGCC使用其身份标识IDRtype，type∈{1,2,3}计算得到H2IDRtypeα并发放给ServerT、ServerS以及ServerN，ServerT、ServerS以及ServerN再分别选择一个随机数生成其公钥PKRtype与私钥SKRtype，如式2所示： 4-2对于每个调度发起方Senderk，MGCC计算H2IDSkα并向其进行分发，Senderk再选择一个随机数生成其公钥PKSk与私钥SKSk，如式3所示： 5数据采集、加密以及发送：5-1对于每个能源需求方Senderi，针对每种能源类型type,type∈{1,2,3}，收集能源需求程度Nitype以及所需能源数量Uitype生成需求数组Needitype＝[Nitype,Uitype]并与其身份标识IDSi组成调度数据mitype；对于每个能源供应方Senderj，针对其能供应的能源类型type,type∈{1,2,3}，收集供应可靠程度为Rjtype以及所能供应的能源数量为Djtype生成供应数组Sendjtype＝[Rjtype,Djtype]并与其身份标识IDSj组成调度数据mjtype；5-2每个调度发起方Senderk对于其需要或能够提供的每种能源类型type,type∈{1,2,3}选择随机数sk,k∈1,2,3,...,Pnum+Anum，计算Ktype＝eH2IDSkα,H2IDRtype；4然后，Senderk根据PP,PKSk,PKRtype,SKSk,kwtype,Ktype生成密文如式5所示： 最终，Senderk根据RSA算法使用PKRtype加密调度数据mktype得到EncrptedPKRtype,mktype，并与组合得到Cktype，即5-3Senderk将Cktype交由转发节点Tnode进行可搜索匹配操作，Tnode为Senderk的转发节点，包括智能电表和本地控制器；6服务器生成陷门：6-1ServerT、ServerS以及ServerN根据PP,PKSk,PKRtype,SKRtype,kwtype',Ktype'生成陷门Ktype'由ServerT、ServerS以及ServerN选择随机数并计算得到，Ktype'的值如式6所示：Ktype'＝eH2IDSk,H2IDRtypeα；6最终ServerT、ServerS以及ServerN生成陷门如式7所示： 6-2ServerT、ServerS以及ServerN将生成的发送到Senderk的转发节点Tnode，包括所有Senderk和本地控制器，Tnode将添加到其陷门集合Tc中，k∈1,2,3,...,Pnum+Anum，即将所有用户对应不同能源的陷门生成并交由转发节点Tnode；由于每个周期内MGCC给每个本地控制器或调度发起方的陷门是固定的，所以MGCC在每个周期只给每个转发节点Tnode发送一次陷门同时，步骤3中GSP所包含的Keywordspace、IDspace，步骤4中所有调度发起方以及服务器的公私钥以及步骤6中的陷门只初始化一次，而剩下的步骤1、2、5以及步骤7至步骤9则每周期都要进行；当调整关键字数量时，MGCC可以更新GSP中的Keywordspace，MGCC为每个用户生成的陷门同步更新；7匹配转发：7-1当转发节点Tnode收到密文需要进行匹配请求时，将与Tnode中的陷门集合发送给联盟链模块，对于Tc中的依次由联盟链验证匹配式8： 7-2如果kwtype＝kwtype'则匹配式8成立，联盟链验证基于双曲线映射运算的具体推导过程如式9所示： 由双曲线映射运算规则可得Ktype与Ktype'的对应关系如式10所示： 7-3如果和Twk1匹配成功，联盟链输出1给转发节点Tnode，表示匹配成功；否则联盟链继续重复此步骤将该与Tc中其余Twktype，即和进行匹配，直到输出结果为1则表示匹配成功，或者所有的Twktype匹配完毕均未输出1则表示未含有MGCC中三个服务器指定的关键字，此时联盟链输出0给转发节点Tnode，表示匹配失败；由式5与式7Twktype的定义可知，Tnode无法解密匹配过程中的与Twktype，只能执行式8中的匹配式，兼顾了数据的机密性与效用性；7-4如果匹配成功且Tnode不是本地控制器而是其他电表，则继续转发直到转发至本地控制器进行匹配；如果匹配成功且Tnode是本地控制器，由本地控制器发送EncrptedPKRtype,mktype到MGCC中对应type的服务器中；8数据解密与能源调度：8-1每种能源类型type,type∈{1,2,3}对应的服务器ServerT、ServerS以及ServerN收到EncrptedPKRtype,mktype数据之后，使用SKRtype进行解密得到能源需求方Senderi的需求数组Needitype＝[Nitype,Uitype]、能源供应方Senderj的供应数组Sendjtype＝[Rjtype,Djtype]；8-2ServerT、ServerS以及ServerN初始化能源供应矩阵Xtype的所有元素为0，Xtype如式11所示 其中矩阵Xtype的行表示能源供应方，列表示能源需求方，aji表示能源供应方Senderj向能源需求方Senderi供应了多少能量，对某一个能源供应方Senderj所在行而言，所在行所有的元素之和为能源供应方Senderj供应的所有能量，对某一个能源需求方Senderi所在列而言，所在列所有的元素之和为能源需求方Senderi获取的所有能量；8-3不同的服务器根据type将对应的需求队列Sortedneedtype与供应队列Sortedsendtype设为空队列；再分别将所有能源需求方的能源需求Needitype＝[Nitype,Uitype]数据按照Nitype降序填充到排序队列Sortedneedtype以及能源供应方的能源供应Sendjtype＝[Rjtype,Djtype]数据按照Rjtype降序填充到供应队列Sortedsendtype中；即Sortedneedtype队列首部的需求方为能源需求程度最大的需求方，Sortedsendtype队列首部的供应方为供应可靠程度最大的供应方；8-4基于贪心算法进行能源调度，具体方法为：对Sortedneedtype队列而言，其队列首部的需求方从Sortedsendtype队列首部的供应方处获取能源，如果当前Sortedneedtype队列首部的需求方的需求能源大于Sortedsendtype队列首部的供应方的供应能源，那么需求方首先获取该供应方的当前能源，并从Sortedsendtype队列中的下一个能源供应方处获取能源，直到能源需求被满足；如果当前Sortedneedtype队列首部的需求方的需求能源小于Sortedsendtype队列首部的供应方的供应能源，那么当前需求方的能源需求被满足，下一个能源需求方继续从当前队列首部的供应方处获得能量；如果当前Sortedneedtype队列首部的需求方的需求能源等于Sortedsendtype队列首部的供应方的供应能源，那么当前需求方的能源需求被满足，当前供应方的能源供应需求得到满足，Sortedneedtype的首部变成已满足需求方的下一个能源需求方，即只比首部需求方需求程度小的需求方，Sortedsendtype的首部变成已满足供应方的下一个能源供应方，即只比首部供应方供应可靠程度小的供应方；8-5基于8-4中的贪心算法进行能源调度后，最终获得能源供应矩阵Xtype中每个aji的具体值；9MGCC进行能源反馈：MGCC根据能源调度结果矩阵Xtype将每个能源需求方Senderi从不同能源供应方处获得的能量以及每个能源供应方Senderj向不同的能源需求方处供应的能量相应地反馈给每个能源需求方与能源供应方，本周期能源调度结束。

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百度查询： 山西大学 一种用于智能电网孤岛态微电网内基于BC-PAEKS的可靠能源调度方法