基于區(qū)塊鏈的新能源充電樁共享管理方案

匡圖上青 ，祁 宏 ，周盛文 ，段桂華 ，段紅松

(1.中南大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖南 長沙 410012；2.中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所，湖南 長沙 410111)

0 引言

2020 年，中國提出“新基建”方案，新能源電動車及其充電樁作為七大建設(shè)內(nèi)容之一后[1]，新能源電動車的產(chǎn)品市場高速增長，預(yù)計(jì)到2020 年結(jié)束，中國各類電動汽車保有量將超過 500 萬輛[2]，電動車及其充電樁市場發(fā)展迅速，但也存在大量問題，出現(xiàn)了有車無樁、有樁無電；充電設(shè)施無人監(jiān)管、企業(yè)監(jiān)管成本高、政府難以監(jiān)管；充電設(shè)施企業(yè)品牌繁雜，企業(yè)間難以共享資源和數(shù)據(jù)，造成行業(yè)壁壘；用戶找不到合適的充電樁、充電程序繁瑣；交易信息不透明、隱私數(shù)據(jù)難以得到保護(hù)；閑置私人充電樁未被利用，造成社會資源浪費(fèi)等一系列負(fù)面情況。

區(qū)塊鏈?zhǔn)恰盎ヂ?lián)網(wǎng)+”行業(yè)新形勢下一種新興的應(yīng)用技術(shù)，具有去中心化、不可篡改、容錯性強(qiáng)、可塑性強(qiáng)的特點(diǎn)。 已延伸到物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、供應(yīng)鏈管理、數(shù)字資產(chǎn)交易等多個領(lǐng)域。 區(qū)塊鏈本質(zhì)上是數(shù)據(jù)去中心化，是一串使用密碼學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊中包含網(wǎng)絡(luò)交易的信息，用于驗(yàn)證其信息的有效性和生成下一個區(qū)塊。由于它具有自由開放、容錯性強(qiáng)、信息保密等特點(diǎn)，可以便捷安全地實(shí)現(xiàn)信息傳遞和節(jié)點(diǎn)加入，適用于共享經(jīng)濟(jì)模式，在市場上的電力交易、能源分量交換等能源交易互聯(lián)的場景中都可以被廣泛應(yīng)用，貼合新能源電動車和充電樁管理的需求。 因此，本文提出了一種基于區(qū)塊鏈的新能源電動車充電樁共享管理方案，利用于區(qū)塊鏈技術(shù)，首先進(jìn)行整體框架設(shè)計(jì)，構(gòu)建聯(lián)盟鏈模塊，將不同角色用戶加入聯(lián)盟鏈節(jié)點(diǎn)； 在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)充電幣， 建立獎勵機(jī)制模塊；同時，針對用戶難以找到充電樁，找到的充電樁不切合要求的問題，提出了路徑推薦算法，為用戶提供個性化充電樁推薦服務(wù)，構(gòu)建了一套較為完整的解決方案，可以較好地解決目前充電樁市場存在的問題。

1 相關(guān)研究

新能源領(lǐng)域與區(qū)塊鏈的結(jié)合是一個新興領(lǐng)域，尤其是新能源汽車和充電樁與區(qū)塊鏈的結(jié)合的相關(guān)研究較少。 在新能源應(yīng)用方面，美國的IDEO Co Lab 首先采用了區(qū)塊鏈技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的太陽能電池板設(shè)備，保證RECS 市場的透明性。

《能源轉(zhuǎn)型中的區(qū)塊鏈：德國能源行業(yè)決策調(diào)查》一文中指出[3]，區(qū)塊鏈在能源交易領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)該圍繞建立分布式交易和供應(yīng)體系展開，指出了區(qū)塊鏈與新能源充電樁和電動車結(jié)合的可能性與廣闊前景。 SCHWIETERS N 等人提出，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的“去中心化”特性，做到公用充電樁計(jì)費(fèi)的透明和可監(jiān)控，提出了基于以太坊的電動汽車充電交易方式。

在國內(nèi)，文獻(xiàn)[3]中采用多代理商節(jié)點(diǎn)管理用戶充電方式的選擇及交易，但未提及具體聯(lián)盟鏈的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)[4]。 文獻(xiàn)[4]針對微網(wǎng)的應(yīng)用場景，設(shè)置電動汽車用戶與分布式能源運(yùn)營商進(jìn)行交易。 文獻(xiàn)[5]結(jié)合電動汽車充電場景，利用閃電網(wǎng)絡(luò)的支付網(wǎng)絡(luò)和基于哈希密鑰逐級驗(yàn)證技術(shù)，提出了基于閃電網(wǎng)絡(luò)、區(qū)塊鏈、智能合約的充電樁共享平臺，具有一定的實(shí)踐意義。 但比特幣區(qū)塊鏈作為一種公鏈，有吞吐量低、用戶交易隱私公開等弊端，且比特幣擁有人較少，不利于應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)之中[6]。 李剛提出了基于雷電網(wǎng)絡(luò)的電動汽車充電交易，對閃電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了進(jìn)一步的拓展和修正[7]。 張富寶、天津大學(xué)金志剛教授等，都將聯(lián)盟鏈應(yīng)用于電動車和充電樁管理中，解決了權(quán)限分配等問題，彌補(bǔ)了公鏈管理系統(tǒng)的 不 足[8，9]。

在張寶富、劉維揚(yáng)[10]等人的研究中，提出了充電樁領(lǐng)域的“共享”的概念，研究了共享充電樁的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但是提出的系統(tǒng)中往往缺乏一套結(jié)算體系，不具備實(shí)際應(yīng)用場景。 目前的 “共享充電樁方案”沒有考慮到用戶配電設(shè)施主要由用戶自己投資建設(shè)，資金一次性投入較大的問題。 采用區(qū)塊鏈眾籌方式進(jìn)行投資建設(shè)，可以降低客戶負(fù)擔(dān)，而投資者也可獲得收益。該模式要求提供精確可信的計(jì)量數(shù)據(jù)和可信的交易，才能保障投資者利益。 基于區(qū)塊鏈的眾籌有望成為一種新型商業(yè)模式，而在本作品中也采用了這一思想，將充電樁的建設(shè)和共享作為聯(lián)盟鏈的一部分加入，并納入獎勵機(jī)制。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體架構(gòu)

區(qū)塊鏈具有去中心化、不可篡改性、容錯度強(qiáng)和可塑度高的特征，因而在市場上，在電力交易、能源分量交換等能源交易互聯(lián)的場景[11]可以廣泛地應(yīng)用。 本文同時開發(fā)了一種充電幣系統(tǒng)和推薦算法，以解決部分困難。

區(qū)塊鏈的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、合約層和應(yīng)用層。在數(shù)據(jù)層使用了Merkle 樹[12]、非對稱加密、哈希算法等相關(guān)技術(shù)，確保了不可篡改和無溯源性；網(wǎng)絡(luò)層利用P2P 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，提供一種可行的傳播和驗(yàn)證方法；共識層采用 PBFT 共識機(jī)制算法[13]，來實(shí)現(xiàn)分布式節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)間的一致性和真實(shí)性；在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)充電幣交易系統(tǒng)以及新能源汽車電量交易方案。

2.2 聯(lián)盟鏈設(shè)計(jì)

2.2.1 聯(lián)盟鏈在新能源汽車充電服務(wù)中的應(yīng)用

本文引入用戶、企業(yè)、政府、私人以及充電樁作為不同節(jié)點(diǎn)。 其所擁有的權(quán)限范圍不同，所以拋棄過于自由開放的公有鏈以及只適用于建立在組織內(nèi)部的私有鏈，而采用具有更高TPS，并且可以更好滿足充電樁共享中處理交易的聯(lián)盟鏈[14]。 將聯(lián)盟鏈節(jié)點(diǎn)分為管理節(jié)點(diǎn)、用戶節(jié)點(diǎn)和私有節(jié)點(diǎn)。

(1)管理節(jié)點(diǎn)主要指充電樁的運(yùn)營企業(yè)以及政府主管部門，管理節(jié)點(diǎn)可以向底層區(qū)塊鏈寫入或更新數(shù)據(jù)，此外還能為用戶節(jié)點(diǎn)分配權(quán)限。

(2)用戶節(jié)點(diǎn)指被服務(wù)方，只參與交易，享受服務(wù)，而不參與底層數(shù)據(jù)的更新記錄。 但普通用戶節(jié)點(diǎn)可以查看部分區(qū)塊鏈上的記錄數(shù)據(jù)，并讀取對應(yīng)的交易記錄。

(3)私有節(jié)點(diǎn)指的是將私有資源貢獻(xiàn)出來加入聯(lián)盟鏈的用戶。 用戶擁有創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)、修改創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)等權(quán)限，但不參與全部區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的更新。

在此基礎(chǔ)上，本文提出一種基于聯(lián)盟鏈的電量交易模型[15]，如圖 2 所示。

該交易模型使得各充電運(yùn)營企業(yè)的服務(wù)和部分?jǐn)?shù)據(jù)互聯(lián)互通，從而能夠提升充電設(shè)施的利用率。而對電動汽車用戶而言，其豐富了用戶的充電途徑，用戶除了在已注冊充電運(yùn)營商提供的充電站充電，由于可接受的價格而在其他充電運(yùn)營商提供的充電站充電也是被允許的，如此便提升了用戶充電服務(wù)的便利性。

2.2.2 新能源汽車電量交易方案

本文提出的電動汽車充電交易模型[16]如圖3所示。

其執(zhí)行過程是交易主體在共識機(jī)制下創(chuàng)建交易、合約執(zhí)行、校驗(yàn)結(jié)果、區(qū)塊更新入賬的過程：

圖1 區(qū)塊鏈架構(gòu)體系框

圖2 基于聯(lián)盟鏈的電量交易模型

圖3 電動汽車充電交易模型

(1)充電運(yùn)營企業(yè)首先讀取偏差電量及相應(yīng)的電價信息，傳達(dá)給該企業(yè)的電動汽車用戶，電動汽車用戶提交交易申請和其身份信息。

(2)背書節(jié)點(diǎn)將會對用戶身份信息進(jìn)行驗(yàn)證，在收到交易請求信息，驗(yàn)證滿足要求后將數(shù)據(jù)發(fā)送給當(dāng)前充電樁節(jié)點(diǎn)來執(zhí)行智能合約，合約將匹配合適的充電樁按照車主的信譽(yù)值順序，然后下達(dá)交易結(jié)果記錄。

(3)在用戶和企業(yè)達(dá)成共識后首先要經(jīng)過背書節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)證，再將驗(yàn)證結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，同時使用預(yù)留的公鑰確認(rèn)身份的真實(shí)性并創(chuàng)建交易記錄，企業(yè)將會收到這一份交易記錄。

(4)充電運(yùn)營企業(yè)節(jié)點(diǎn)實(shí)施共識。為實(shí)現(xiàn)分布式節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的真實(shí)和一致的特性，在本文中采用PBFT 共識算法來達(dá)成節(jié)各節(jié)點(diǎn)共識。 具體執(zhí)行過程如下。

規(guī)定：發(fā)生交易行為的充電樁作為主節(jié)點(diǎn)，新生成的交易數(shù)據(jù)將會經(jīng)由該主節(jié)點(diǎn)向全網(wǎng)廣播，主節(jié)點(diǎn)基于節(jié)點(diǎn)自身算力進(jìn)行交易驗(yàn)證和工作量證明，對于不認(rèn)可的節(jié)點(diǎn)對交易區(qū)塊，主節(jié)點(diǎn)將進(jìn)行二次審計(jì)，判斷是否存在節(jié)點(diǎn)作惡行為，并接入用戶信譽(yù)系統(tǒng)。到此，一次交易執(zhí)行過程結(jié)束，區(qū)塊鏈將會等待下一次創(chuàng)建交易的申請。而在這其中主節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)生是根據(jù)系統(tǒng)選舉的結(jié)果，通過模運(yùn)算或者挑選當(dāng)前存活的節(jié)點(diǎn)編號最小的節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)。 其公式為：

其中：P 為節(jié)點(diǎn)的編號，V 為視圖的編號，R 為節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

取得主節(jié)點(diǎn)后，進(jìn)行 PBFT 共識過程，PBFT 共識中生成一個非惡意區(qū)塊的通信次數(shù)為：

其中：Pv為 PBFT 生成惡意節(jié)點(diǎn)的概率，Cv為從執(zhí)行PBFT 到節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證期間內(nèi)的通信次數(shù)，為不產(chǎn)生惡意節(jié)點(diǎn)時的通信次數(shù)。

3 充電幣模塊

3.1 充電幣模塊組成

以區(qū)塊鏈為底層構(gòu)建的系統(tǒng)存在無法進(jìn)行結(jié)算，缺乏激勵機(jī)制等情況[17]，故在聯(lián)盟鏈基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)充電幣模塊。 充電幣模塊是本系統(tǒng)實(shí)行獎勵機(jī)制和結(jié)算機(jī)制的模塊，是一種量化的用戶工作量證明，由用戶、充電幣賬戶與智能合約構(gòu)成，建立和運(yùn)行在聯(lián)盟鏈模塊之上，用戶通過聯(lián)盟鏈模塊進(jìn)行充電幣交易，部署智能合約，進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的合約條款的自動執(zhí)行。 其目的是完善一個多方共同記賬、共同維護(hù)賬本、交易數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的充電樁共享生態(tài)系統(tǒng)，如圖 4 所示。

用戶的充電幣有兩種獲得途徑：用戶將資金轉(zhuǎn)入充電幣賬戶；或充電幣賬戶向用戶發(fā)送等價的充電幣。

用戶完成智能合約規(guī)定任務(wù)后，智能合約為用戶自動發(fā)放相應(yīng)充電幣。

充電幣系統(tǒng)的主要組成部分是：電動車用戶、充電幣賬戶、聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)。

圖4 充電幣運(yùn)行模式

系統(tǒng)以聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)作為交易媒介，通過分布式賬本進(jìn)行充電幣資產(chǎn)的確權(quán)，摒棄了傳統(tǒng)的第三方平臺，在保證數(shù)據(jù)的不可竄改和交易信息的公開透明的同時，也降低了潛在的安全風(fēng)險[18]。 結(jié)合區(qū)塊鏈去中心化的特性，充電幣系統(tǒng)中各個節(jié)點(diǎn)都具有平等的地位，因此用戶之間能夠進(jìn)行直接的充電幣交易，打破了以用戶與第三方平臺交易為主的傳統(tǒng)模式，提高了系統(tǒng)中資金的流動性，便于充電幣應(yīng)用的推廣和資金的籌集。

3.2 模型構(gòu)建

充電幣模塊建設(shè)過程如下：

(1)搭建網(wǎng)絡(luò)和智能合約：在區(qū)塊鏈模塊中搭建了聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)，便于充電幣傳輸交易。 同時部署充電幣合約和獎勵合約，實(shí)現(xiàn)基本的交易功能。 充電幣合約包括對用戶賬戶、充電幣發(fā)放等事物的管理，獎勵合約用于檢測用戶是否做出對系統(tǒng)有利的行為或系統(tǒng)希望用戶達(dá)成的行為后，自動為用戶發(fā)放充電幣。

(2)設(shè)置充電幣基本數(shù)據(jù)和規(guī)則：在充電幣系統(tǒng)中，設(shè)置充電幣數(shù)量運(yùn)行之初為 0。 定義一枚電子貨幣就是一條數(shù)字簽名鏈，其中含有基本區(qū)塊所包含的時間戳、哈希值等數(shù)據(jù)。

每個擁有者都通過將上一次交易和下一個擁有者的公鑰哈希值的數(shù)字簽名添加到此貨幣末尾，將這枚貨幣轉(zhuǎn)移給下一個擁有者。 收款人可以通過驗(yàn)證數(shù)字簽名來證實(shí)其為該鏈的所有者。 根據(jù)創(chuàng)建的用戶，生成充電幣交易地址，用于創(chuàng)建和驗(yàn)證目標(biāo)交易。 同時系統(tǒng)規(guī)定交易類型分為三種：用戶充電操作交易、充電幣結(jié)算交易、獎勵機(jī)制下智能合約自動發(fā)放充電幣。

(3)不同情境下充電幣交易方式：如果是用戶充電操作交易，則將交易中電量變化以及用戶行為這兩個信息作為輸入，代入充電幣獎勵協(xié)議中的充電交易表達(dá)式，輸出充電幣交易初始值(待解析)；如果是用戶充電幣結(jié)算的交易，則直接將用戶待處理的充電幣數(shù)量進(jìn)行輸出(待解析)；如果是企業(yè)進(jìn)行的充電幣獎勵反饋操作，則將待處理的用戶充電幣數(shù)量以及獎勵的方式進(jìn)行輸入，代入充電幣獎勵協(xié)議中的獎勵表達(dá)式，輸出充電幣交易初始值(待解析)。

(4)充電幣創(chuàng)建流程：解析充電幣交易初始值為輸入，判斷是否符合數(shù)值要求；如果符合數(shù)值要求，根據(jù)解析的數(shù)值進(jìn)行重新編碼，再根據(jù)已創(chuàng)建的充電幣地址生成交易初始腳本；如果數(shù)值不符合要求則返回重新生成初始值。

根據(jù)交易初始腳本解析、填充用戶私鑰進(jìn)行加密。 對創(chuàng)建的交易進(jìn)行用戶的數(shù)字簽名。 與充電交易信息一同打包，但保持其驗(yàn)證部分的獨(dú)立性，加入?yún)^(qū)塊鏈待廣播。

進(jìn)行區(qū)塊驗(yàn)證步驟，經(jīng)其他區(qū)塊進(jìn)行驗(yàn)證后，同區(qū)塊廣播入鏈，完成一次創(chuàng)建。

4 推薦算法模塊

4.1 背景說明

經(jīng)過對充電樁和電動汽車運(yùn)行情況的實(shí)際調(diào)研，總結(jié)了以下特點(diǎn)：

(2)電動汽車電量少于30%后，必須盡快充電。

(3)電動汽車充電數(shù)據(jù)更新快。

(4)用戶的活動區(qū)域有一定的規(guī)律，其充電地點(diǎn)也往往有很強(qiáng)的地域性特點(diǎn)。

(5)用戶充電行為的時間特性。 充電汽車用戶的充電時間服從正態(tài)分布。

4.2 推薦算法應(yīng)用場景

推薦算法基于用戶的實(shí)際情況，進(jìn)行個性化推薦，從不同角度分析充電行為，更好地分析在實(shí)際應(yīng)用場景下的算法。

用戶獲取充電樁位置信息的傳統(tǒng)方法較為落后，可能導(dǎo)致在有充電需求時難以找到附近的充電樁[19]。 推薦算法有以下幾種，分別是基于物品和基于用戶的協(xié)同過濾算法。 新加入充電系統(tǒng)的用戶沒有形成自己的充電習(xí)慣， 使用基于用戶的過濾方法；對于已經(jīng)形成習(xí)慣的老用戶，采用基于物品的協(xié)同過濾算法。

假設(shè)E‖v2(t)‖,…,E‖vl-1(t)‖都是有界的,其中l(wèi)-1≥3?，F(xiàn)在證明E‖vl(t)‖也是有界的。 如果E‖vl(t)‖無界,則一定存在一個分量k(1≤k≤d)使得根據(jù)系統(tǒng)(1)的第2個等式,有

圖5 為考慮了不同類型用戶之后的推薦總流程。

圖5 考慮用戶分類的推薦流程

4.3 推薦模型設(shè)計(jì)

4.3.1 計(jì)算目標(biāo)相似度

CF 算法的基本思想就是尋找目標(biāo)之間的相似性。 無論是用戶之間的相似性，還是用戶目標(biāo)物品的相似性，對于推薦來說都是不可或缺的信息。 因此，CF 算法的第一步就是相似度的計(jì)算。 目前成熟的相似度計(jì)算方式有多種[20]，其中以基于余弦的相似度、基于皮爾遜關(guān)聯(lián)的相似度和基于調(diào)整余弦的相似度為主。 采用余弦相似度進(jìn)行計(jì)算，足以體現(xiàn)用戶之間、充電樁之間的相似度。

首先是基于充電樁的物品推薦，這種“用戶偏好”體現(xiàn)在用戶使用充電樁的次數(shù)上，使用次數(shù)越多評分越高。

其次是用戶差異，體現(xiàn)在用戶歷史的充電習(xí)慣(充電頻率、充電時間段和充電地理位置)，也是特征向量方向上的差異。 充電樁推薦模型，需要考慮到用戶行為的時效性。 對于時間點(diǎn)T，i 物品的 ni(T)(T 時間流行度)為：

式中，α 為時間衰減參數(shù)，其取值視不同系統(tǒng)而定。三元組(u，i，t)代表了用戶在時刻 t 對 i 號充電樁進(jìn)行了使用。 如果用戶的充電樁使用情況變化很快，那么α 的取值會較大；如果用戶的使用偏好較穩(wěn)定，則 α 的取值小。 而對于新用戶，設(shè) α 取值為 1；老用戶的使用偏好較為穩(wěn)定，α 取值為 0。

加入了時間因素余弦公式如式(3)所示。 將分子對于用戶 u 和 v 共同感興趣的第 i 號充電樁，根據(jù)時效性原理，加入了一個衰減因子 α。 當(dāng) u 和v選擇第i 號充電樁使用時，若時間比較接近，則用戶相似度越大；如果時間相距越遠(yuǎn)，則它們之間的相似度就越小。

4.3.2 設(shè)置與提取特征向量

用戶充電次數(shù)是主要的權(quán)重策略參數(shù)。 在歷史數(shù)據(jù)中檢索用戶充電次數(shù)作為特征值輸入模型。 用戶對于某充電樁的偏好度如表1 所示。

表1 特征向量形式

4.3.3 設(shè)計(jì)協(xié)同過濾推薦模型

在實(shí)際場景分析中，已經(jīng)將用戶進(jìn)行分類為新用戶和老用戶。 老用戶的充電偏好較為穩(wěn)定，且原本相似度高的老用戶之間的相似度維持率也很高，不需要重復(fù)維護(hù)相似度集合，所以選擇基于物品的算法能夠降低推薦系統(tǒng)的負(fù)載；而新用戶還未有固定的充電偏好，需要頻繁地修改相似度表，由此換用另一種基于用戶的過濾方法，進(jìn)行拓展性的推薦，同時也促進(jìn)用戶快速養(yǎng)成充電習(xí)慣。

基于用戶的協(xié)同過濾推薦設(shè)計(jì)模型[21]。 首先根據(jù)鄰近用戶偏好，向目標(biāo)用戶推薦相似的選項(xiàng)。 例如，A 為目標(biāo)，A 與鄰近的 C 在 3 號處充電次數(shù)較多，A 與 C 互為鄰的概率較大，A 的偏好預(yù)估就可以采用 C 的偏好進(jìn)行處理； 在此基礎(chǔ)上，A 的新進(jìn)推薦列表也可以由平常A 使用不多但C 使用頻繁的3 充電樁進(jìn)行生成，這能夠增加用戶的選項(xiàng)，使推薦更加人性化。 式(4)為推薦矩陣運(yùn)算轉(zhuǎn)換關(guān)系。

基于用戶的推薦模型的工作流程如下：

(1)公式(2)通過余弦相似度進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果通過KNN 分類法，減小鄰近用戶的范圍，并且返回K 個鄰接的用戶。

(2)計(jì)算物品的最終推薦列表，刪去重復(fù)偏好后反饋給用戶。 表 2 為用戶 1 與其他用戶的余弦相似度關(guān)系。

表2 目標(biāo)用戶1 與其他用戶的相似度

(3)根據(jù)Cosine 相似度進(jìn)行鄰居用戶生成。 Cosine相似度值越大，越接近1，代表用戶越相似，當(dāng)鄰居數(shù)量取 3 時，根據(jù)相似度大小，分別取用戶 2、用戶4、用戶 6 作為用戶 1 的鄰居用戶。

基于物品的推薦是以物品為基礎(chǔ)、面向偏好用戶的推薦模型[22]，主要分為 4 步：

(1)根據(jù)用戶的充電樁使用次數(shù)、行為計(jì)算偏好矩陣。

(2)根據(jù)評分矩陣計(jì)算余弦相似度，并將結(jié)果表示為物品與物品之間的相似度矩陣。

(3)以相似度矩陣 Mn左乘偏好矩陣 Mu[23]，得到初步推薦矩陣(用戶物品，值為推薦權(quán)重)。

(4)數(shù)據(jù)過濾，使用偏好過濾矩陣 Mf來過濾初步推薦矩陣的重復(fù)推薦項(xiàng)目(偏好值大于某一閾值時不再推薦)，得到最終的推薦矩陣 Mc。

5 結(jié)論

我國新能源充電車的迅猛發(fā)展，但與之配套的充電基礎(chǔ)設(shè)施卻發(fā)展緩慢。 針對出現(xiàn)的種種問題，本文運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)，輔以推薦算法和獎勵機(jī)制，打造一套基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式新能源電動車充電管理系統(tǒng)。 利用區(qū)塊鏈技術(shù)與生俱來的去中心化特性， 增加能源互聯(lián)網(wǎng)中多利益主體的相互信任，解決跨平臺的多方行業(yè)壁壘，保證用戶及企業(yè)相關(guān)隱私的安全性和保密性，在獎勵機(jī)制和推薦算法的作用下，提高用戶使用度和體驗(yàn)感，形成系統(tǒng)良性循環(huán)。

本方案結(jié)合實(shí)際情況考慮，具有良好的創(chuàng)新性和實(shí)用性。 但在充電樁公司營商之間的統(tǒng)一結(jié)算、系統(tǒng)維護(hù)、引導(dǎo)用戶習(xí)慣等問題仍有待進(jìn)一步研究探討。