[發明專利]一種基于區塊鏈和契約理論的V2G能源交易方法

有效

• 申請號: 201810793834.0
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN109166036B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 周振宇;譚露;廖斌;郭宇飛
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06Q40/04
• 分類號: G06Q40/04;G06Q20/40
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

1.一種應用在物理網絡系統中V2G能源交易方法，基于區塊鏈的能源交易機制能很大程度上滿足安全性能，邊緣計算被應用于保證交易的高效性；基于契約理論的交易機制能更好的激勵EV在信息不對稱情況下參與能源交易，從而最大化社會效益，其特征如下：

1)為了保護交易信息的安全和交易雙方的隱私，我們提出基于聯盟區塊鏈的交易方式；

2)為了激勵EV參與電能的交易，我們提出基于契約理論的激勵兼容機制；

3)為了給出基于邊緣計算的計算任務卸載，我們采用了二階斯坦伯格博弈建模和后向歸納法求解；

所述步驟3)具體包括：為了贏得區塊鏈挖掘競爭，本地能源聚合器(LEAG)可以從邊緣計算服務提供商(ESP)處購買邊緣計算服務以擴大其計算能力；我們假設有N個本地能源聚合器(LEAG)，并且該組本地能源聚合器(LEAG)被表示為第n個本地能源聚合器(LEAG)的服務需求被表示為s_n；對于第n個本地能源聚合器(LEAG)，塊創建的成功概率P_n，即取決于兩個因素：其相對散列能力P_n，h及其塊孤立概率P_n，o，其解釋如下：

第n個本地能源聚合器(LEAG)的相對散列能力被定義為其計算能力相對于總計算能力的比率，即：

其中P_n，h＞0且

在找到有效的工作證明后，第n個本地能源聚合器(LEAG)必須將創建的區塊廣播給其他本地能源聚合器(LEAG)，以達成共識；如果第n個本地能源聚合器(LEAG)碰巧選擇由于數據大小而緩慢傳播的大塊，則由于高傳輸延遲而導致塊更可能被丟棄；因此，第n個本地能源聚合器(LEAG)贏得區塊挖掘競爭的機會將會減少，這種現象被稱為孤立；通過假設塊傳播時間遵循泊松分布，則塊孤立概率表示為：

其中T表示預期的塊間隔時間，比特幣為10分鐘，Δt(D_n)表示大小為D_n的塊的相對傳播時間，其被定義為：

Δt(D_n)＝t(D_n)-t(0)

其中，t(D_n)為傳播一個大小為D_n的塊的時間，t(0)表示通信信道的延時，即傳送塊標題所需的時間，t(0)是以約束t(0)≥d_c/c為界，其中d_c表示傳輸距離，c表示光的速度；

通過調研發現，t(D_n)可以通過使用其在D_n＝0附近的一階泰勒級數展開式近似為：

上式的第二項與通信信道的承載能力部分相關，基于Shannon-Hartley定理，它可以寫成其中G₁和G₂分別表示信道容量和編碼增益；因此，通過在Δt(D_n)＝t(D_n)-t(0)取和Δt(D_n)被寫為：

Δt(D_n)＝t(D_n)-t(0)≈D_n/(G₁G₂)

塊創建的成功概率P_n由下式給出：

一旦共識過程取得成功，第n個LEAG將獲得收入，該收入由兩部分組成：獎勵對區塊創造的貢獻Q_n和交易費用M_n；第n個本地能源聚合器(LEAG)的凈收入可以計算為預期利潤減去服務成本：

U_n，b(s_n)＝(Q_n+M_n)P_n(s_n)-p_cs_n

其中p_c是邊緣計算服務的單價；

邊緣計算服務提供商(ESP)的效用被定義為提供服務獲得的總收入減去操作成本，即：

其中γ_c是服務供應的單位成本；

由于邊緣計算服務提供商(ESP)與LEAGs相比處于主導地位，邊緣計算服務提供商(ESP)和本地能源聚合器(LEAG)之間的競爭互動可以模擬為一個兩階段的斯坦伯格領導者追隨者博弈；在第一階段，邊緣計算服務提供商(ESP)是決定單位服務價格p_c的領導者，并從本地能源聚合器(LEAG)獲得收入用于解決卸下的工作量驗證難題；在第二階段，本地能源聚合器(LEAG)充當追隨者，并確定要購買的服務需求；兩階段的斯坦伯格領導著追隨者博弈的制定如下：

步驟1：服務價格優化問題：

s.t.C₅：p_c，min＜p_c＜p_c，max

其中p_c，min和p_c，max分別表示服務單價的最小和最大范圍；

步驟2：服務需求優化問題

s.t.C₆：s_n，min＜s_n＜s_n，max

其中s_n，min是第n個本地能源聚合器(LEAG)所需的最小計算資源(散列能力)，s_n，max代表邊緣計算服務提供商(ESP)可以提供的最大資源；

最優價格和最優服務需求可以通過使用后向歸納法來實現：

1)第二階段優化問題的解決方案：首先，給定服務價格p_c，針對每個本地能源聚合器(LEAG)解決第二階段服務需求優化問題；在服務需求優化期間，每個本地能源聚合器(LEAG)彼此競爭以使其自身的相對散列能力最大化，并因此最大化其成功創建塊的可能性；從公式中可以看出，第n個本地能源聚合器(LEAG)的相對散列能力不僅取決于其策略s_n還取決于其它本地能源聚合器(LEAG)的策略，例如n′≠n；因此，N個本地能源聚合器(LEAG)之間的競爭可以被模擬為一個N人非合作博弈，將第n個本地能源聚合器(LEAG)的最優策略表示為并令表示集合中除第n個本地能源聚合器(LEAG)之外的其它本地能源聚合器(LEAG)的最佳策略的集合；我們有如下屬性：

定理3：納什均衡：這組最佳服務需求策略，即構成了第二階段N人非合作博弈的納什均衡；

定理4：納什均衡的存在：第二階段N人非合作博弈存在納什均衡；

定理5：最佳響應：考慮到第n個本地能源聚合器(LEAG)的最佳響應函數在下文中給出；

定理6：納什均衡的唯一性：如果條件滿足，那么第二階段N人非合作博弈的納什均衡是唯一的；

基于第二階段獲得的所有本地能源聚合器(LEAG)的最優服務需求策略，可以解決第一階段服務價格優化問題；通過將第二階段N人非合作博弈的納什均衡代入邊緣計算服務提供商(ESP)U_E的效用可寫為：

然后我們可以得到以下性質：

定理7：凹面性：服務價格最優化問題是一個標準凸優化問題；

定理8：斯坦伯格均衡：第二階段N人非合作博弈的納什均衡和第一階段服務價格優化問題最優解構成了斯坦伯格均衡。