基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统

邓翔

（国网荆州供电公司，湖北荆州 434000）

物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、定位设备、红外感应器、激光扫描器等各种装置与应用技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程。物联网是一种基于互联网、传统电信网等的信息载体，能够让所有独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络[1-2]。

物联网终端网络行为产生的数据非常巨大且具有多样性，物联网传输的节点包含多个网络信息源，数据流从网络终端源源不断地进入物联网节点。由于物联网涉及的领域非常广泛，不同行业的物联网应用电力物联网终端网络行为数据均具有不同的格式和类型，所以物联网的种类具有多样性[3-4]。

传统的网络行为监控由于使用物联网技术存在着一些缺点，例如：电力物联网终端网络行为实时监控系统涉及很多领域，包括网络通信技术、信息技术等，多个信息系统都独立运行，相互之间没有联系，导致信息无法共享，监控的图片不能实时上传。

除此之外，传统的监控系统可靠性较低，基于以上出现的缺陷，该文设计了基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统，该系统采用了区块链技术，使多个信息系统之间重新建立联系，监控的图像和网络信息能够实现共享，同时提高了监控系统的可靠性。

1 系统的硬件设计

基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统硬件结构如图1 所示。

图1 基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统硬件结构

1.1 电源电路设计

基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统各个器件需要1.8 V 和3.3 V 电源，考虑到监控系统各个硬件的功耗，以及网络传输的数据需要存储在物联网终端网络存储器中，所需的电压不高，所以使用蓄电池进行供电，该监控系统采用12 V 的电源供电[5-7]。电源电路如图2 所示。

图2 电源电路

无线传输网络数据以及显示监控图像需要较大的能耗，所以电源芯片需要向监控系统提供较大电流。电源芯片选用TR8623，该芯片是一个可调的电源芯片，价格较低且功耗小，输入的电压范围为5.8～26 V，最高可输出4 A 电流，具有实时电压限制与电池过热保护功能。在电源电量不足时，可使监控系统进入睡眠状态，这时的电源电压会由10 V 降到8 V，之后通过电流分压，使监控系统由睡眠进入唤醒状态，可调电位器调节到1.8 V，监控系统唤醒状态与睡眠状态瞬时电压会高于10 V，接近12 V，电流的瞬时值最高达到4 A[8-9]。

1.2 监测器设计

基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统的监测器负责监测传感器采集的数据，并对采集的数据作丢包处理，通过监测器串口节点连接网络终端通信模块。监测器内核具有浮点单元，其工作频率为200 MHz，在系统运行或者暂停时具有较好的低功耗性能，具有14个频率高达150 MHz的8位和16 位定时器，高达256 kB 的高速存储器和128 kB 的定位接口等，这样设计完全能够满足基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统开发性能需求。除此之外，监测器外围电路的主控芯片选用具有无线通信收发功能的EPB7639，该芯片为电力物联网应用设备、可定位可穿戴的电子产品，其工作能耗较小，电源电路将220 V 交流电经过转换后通过隔离电阻获得10 V直流电，经过终端电压为3.3 V直流，电路芯片与串口相连接，实现电力物联网终端网络行为的实时监测[10-12]。

1.3 微处理器设计

基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统的微处理器是系统的智能控制中心，微处理器的芯片选用三星公司生产的SX6240A，该芯片集成了电力物联网终端网络资源，提供了大量的接口，其中芯片内核为RAN8，具有500 MHz 主频，在系统运行时最高可达550 MHz。微处理器具有MobileSDR内存，32 MB容量，系统出现故障时可保存2 MB容量，系统再次启动时电平变换芯片，这时可产生1.8 V、3.3 V 电压[13-14]。微处理器示意图如图3 所示。

图3 微处理器示意图

微处理的外围电路采用高效DC/DC 电源电路，在监控系统进入睡眠或唤醒状态时核心电压可选择关断，USB 选用最新更新的2.0 版本，支持高速USB主从接口，可进行OTG关断操作，200 M的IT网卡1个，该微处理器的存储接口为SD 卡接口，该接口可支持64 GB SD 卡，能够存储海量的电力物联网终端网络数据以及实时监控图像，音频接口为ADU1314，可以使监控的立体声音瞬时输出，同时也可以录音，LCD接口为四线电阻式可触摸屏接口，具有高度的识别功能，可接多种类型的转换模板，微处理器的照相机摄像头为260 万像素，能够清晰显示监控系统实时监控画面，可以将图像暂停，方便实时查看还可回放，保存时间长达6 个月，并且可支持AV 信号输入。为了使图像更加清晰可见，还可接入更高像素的摄像头，微处理器的AD 转换器可用来进行网络终端信息数据的转换[15-16]。

1.4 控制器设计

系统的控制器采用ST 公司生产的一款低功耗控制器，正常功耗需要100 μA，在系统低功耗状态下电流仅需要300 nA，该款控制器的工作频率最高可以达到20 MHz，最多具有50 个外部中断源，控制器内部存有32 kB 的闪存，除此之外还包括LCD 控制器、时钟、引脚、单通道等外部设备。选择STV6J131作为控制器的控制芯片，这款芯片使控制器的功能更加强大并且所占体积较小，芯片集成度较高，且这款芯片具有较高的无线传输功能，传输功率最高可达40 dBm，数据接收灵敏度最高达到-100 dBm，传输距离最大达2 500 m，芯片的工作电压为1.8～3.3 V，工作频段为150～850 MHz，控制器与外围电路可共同构成一个无线数据收发模块，控制器内部处理器可以达到68 MHz 的工作频率，内部设有高速存储器，具有256 kB 的闪存存储器、丰富的I/O 端口、32 位定时器、SDI 等内设接口，外围电路最低可在1.8 V 电压下工作，外围电路通过转换可得到1.2 V 的电源，该款控制器在3 种低功耗运行模式下可以使监控系统短时间内达到平衡。控制器电路图如图4所示。

图4 控制器电路图

2 系统的软件设计

区块链技术广泛应用于物联网终端网络信息领域，从本质上讲，区块链实际上是一个巨大的数据库，可以存储海量的网络数据与网络信息，具有公开透明、可留痕迹、追溯维护等特点。在电力物联网终端网络行为监控方面，采用区块链的技术，可以合理分析物联网终端异常行为，及时找出电力物联网终端存在的问题。通过海量的网络数据实现与网络监控中心平台的共享，对电力物联网信息进行分析、分类、归纳，对物联网终端网络数据进行维度选择，应用相应的算法对电力物联网终端网络异常行为进行实时监控和评估。根据用户自身的需求，保留网络信息数据与监控系统的监控中心共享实时画面，通过对电力物联网终端网络行为的分类，建立网络行为标签，对电力物联网终端异常情况进行及时预测。

基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统软件流程如图5 所示。

图5 基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统软件流程

首先由监测模块完成物联网终端网络数据的采集。监测模块软件由C 语言设计，在硬件系统的控制器中运行。监测模块主要完成网络数据采集，监控系统网络行为终端设备启动之后，对芯片各个外部设备进行初始化，驱动微处理器工作，获取电力物联网终端网络行为的网络信息，将采集到的网络信息封包上传到网络处理平台。

然后监控系统的网络监控中心进行实时监控。网络监控中心为网络处理平台提供服务的接口，以此实现系统终端上传采集到的数据，上传完成后进行存储，同时监测网络行为设备状态以及控制网络终端信息的管理，通过软件的Web 界面，实时显示网络数据。用户访问Web 界面时，可以远程查看电力物联网终端的网络行为和网络环境图像，监控到的网络信息和图像同时上传到云端服务器，云端服务器可支持多种网络信息传输协议，可向电力物联网终端网络平台提供大数据分析以及网络信息分发，监控中心的监控设备具有较好的可视化应用。

最后对监控到的网络数据以及电力物联网终端网络行为信息进行测试。将监控中心监控的网络信息以及数据打包分发到服务中心，对电力物联网网络平台出现的故障采用编写代码进行修改，网络终端设备将监控到的数据与网络行为信息上传成功后，根据数据流的多少可获得数据和网络信息的测试结果。

3 系统应用效果

为了验证文中提出的基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统的有效性，与传统基于数据分析的监控系统和基于数据挖掘的监控系统进行实验对比。得到的监控时延实验结果如表1所示。

表1 监控时延实验结果

根据上述实验结果可知，该文提出的系统监控效果更好。该文设计的基于区块链的电力物联网终端网络行为实时监控系统，采用了区块链技术，使物联网终端网络行为与信息资源得到有效的整合，实现了电力物联网终端网络行为与网络信息数据的共享，减少了网络行为与网络信息的传递失真，避免了信息孤岛与系统的重复性工作，存储了大量的物联网终端网络信息与网络行为，对网络终端出现的异常行为作出了及时的分析、归纳、分类与纠正，纠正后的结果及时上传到监控系统的云端服务器中，并通过监控系统的监控中心进行远程监控，提高了监控系统的工作效率，进一步提高了电力物联网终端网络行为监控系统的可靠性。除此之外，电力物联网终端网络行为监控系统的硬件设计中，设置了监测器、电源电路、控制器与微处理器，监测器采集了电力物联网终端网络出现的多种异常行为以及海量的网络数据信息，通过微处理器处理网络异常行为与数据，使电力物联网终端网络行为恢复正常，处理过的数据存储在监控系统的服务器中，再通过监控系统的显示功能显示结果，这样的设计使监控系统更具功能性，监控系统的监控性能更加稳定，硬件与软件操作更加方便，软件中编写了保护程序，使电力物联网终端网络信息数据的安全性更高[17]，提高了监控系统的安全性，用户数据受到监控系统数据库、数据流组件、操作系统、防火墙等的层层保护，提高了网络数据的精确性与及时性。

4 结束语

该文基于区块链技术设计了电力物联网终端网络行为监控系统，实现了对物联网终端网络异常行为的及时处理、网络数据参数的信息采集和物联网终端网络信息数据的资源共享。设计的监控系统具有功耗低、安全性好、可靠性高、体积小、功能性更强等特点，根据监控系统的监控结果可知该系统成功实现了电力物联网终端网络异常行为的分析、归纳与处理。访问监控系统的监控中心可查看网络实时信息数据，实现远程控制，除此之外，实现了远程图像采集功能。通过监测器的网络摄像头增加了视频监控功能，使监控系统更具安全性和可靠性。