[发明专利]一种应用于城市轨道交通的区块链系统

说明书

本发明属于电气化交通领域，具体涉及一种应用于城市轨道交通的区块链系统。所述区块链系统包括：资源虚拟化区块链平台、云平台和路由设备，所述资源虚拟化区块链平台和所述云平台通过所述路由设备连接；所述资源虚拟化区块链平台由若干区块链物理节点设备构成，所述云平台由若干个区块链云服务器构成。所述系统在不牺牲轨道交通列控系统现有数据存储功能和通信系统性能的前提下，通过交易类型的分级调整区块链节点的数量，实现对交易确认时间的调整，对城市轨道交通系统的实时性与安全性进行动态调节，以保证城市轨道交通系统中不同业务实时性与安全性的平衡。

技术领域

本发明属于电气化交通领域，具体涉及一种基于区块链技术、云计算技术和虚拟化技术的应用于城市轨道交通的区块链系统。

背景技术

城市轨道交通系统规模庞大，涉及领域众多，这也使城市轨道交通对运营维护要求越来越高，运营维保部门的负担越来越重，对运营维保人员的管理水平、专业知识和技术的需求也相应提升。大数据、云计算、无线通信、健康管理等新兴技术的发展推动着城市轨道交通逐步走向智能化。在网络化运营规模迅速扩大的新形势下，轨道交通运维管理人员的大量增加和粗放的运维管理模式，使得运维成本居高不下，并保持上升态势。整个轨道交通行业呼唤创新管理方式，实现智能运维。此时，利用区块链技术能够有效实现智能运维的流程记录，有助于实现对系统运营维护的全流程追踪，确保了运维频率准确无误，数据不可篡改，保证运维如期进行。利用区块链技术可以实现在轨道交通的施工阶段对预可研、可研、设计和施工阶段的全程追踪，通过时间戳保证变更顺序，避免错误重复施工；利用区块链的分布式特性改造目前数据驱动轨道交通的机器模型训练过程，能有效提高学习的效率，安全性和鲁棒性；区块链的分布式特征还可以用作改进目前轨道交通的密钥管理系统，提升轨道交通系统的信息安全。

将区块链在城市轨道交通系统中应用时，必须考虑到城市轨道交通系统特殊应用环境下的相关要求。在当前技术背景下，传统基于通信的雷车控制系统(CBTC)以及区块链系统存在以下问题：

(1)通用区块链系统可扩展性较低，不能直接在城市轨道交通环境下进行应用。

在区块链的主流应用中，比特币每秒可以处理约7次交易，以太坊(Ethereum)可以处理约15次交易。然而现存的主流交易系统的处理能力远远大于这个数字，VISA每秒可以处理多达2000次的交易。所以，即使是在一次常规的交易中，区块链的处理能力也会影响到交易者的应用。例如在2017年12月的CyptoKitties和2018年7月的Fcoin交易中，由于以太坊处理能力的低下，导致交易出现严重的拥挤，进而导致交易处理时间和交易费用的大规模上涨。与交易速率相比另一个比较大的问题是平台的固化，也就是说平台一旦建好，功能就基本确定，很难在功能上做大规模更改。这一问题延伸出当前区块链平台的另一问题是平台的专业性太强，比如比特币平台是为加密货币准备的，IOTA平台是为物联网准备的。

以太坊创始人Vitalik Buterin提出了区块链系统的三难困境，指出系统只能分布式特性，可扩展特性，以及系统安全性这三个指标不能同时满足。目前没有一个很好的方法去完美解决区块链的可扩展性问题。现阶段提高区块链系统能力的方法比较单一，多为通过提高交易吞吐量去提高系统可扩展性，如Lightning Network，Raiden Network，EOS，Zilliqa等等。

然而，互联网的经验告诉我们，单纯的提高吞吐量并不能很好地解决堵塞问题。单一的做法还会带来更严重的后果，在没有适当服务质量QoS设计的前提下，由于不同应用有不同的QoS需求，应用需求的动态性、可用资源的动态性，分布式网络的中心协调功能缺失等原因，单纯的提高吞吐量可能会进一步加重网络的堵塞，进一步影响区块链平台的可扩展性。

(2)城市轨道交通对运营维护的要求越来越高，但运维的流程记录还不够智能化。