[論文レビュー] Optimizing Blockchain Based Smart Grid Auctions: A Green Revolution

Muneeb Ul Hassan, Mubashir Husain Rehmani+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2021

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 45被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、分散型エネルギー取引におけるリソース不足に応じて、グリーンで計算効率の良いブロックチェーンベースのスマートグリッドエネルギー入札枠組みを提案する。設計要件の分析、既存のグリーン入札メカニズムのサーベイ、および持続可能なスケーラブルなブロックチェーンエネルギー市場の実現に向けて、エネルギー回収、AI統合、プライバシー保護の分野における主な課題と今後の研究方向性を特定する。

ABSTRACT

Traditional smart grid energy auctions cannot directly be integrated in blockchain due to its decentralized nature. Therefore, research works are being carried out to propose efficient decentralized auctions for energy trading. Since, blockchain is a novel paradigm which ensures trust, but it also comes up with a curse of high computation and communication complexity which eventually causes resource scarcity. Therefore, there is a need to develop and encourage development of greener and computational-friendly auctions to carry out decentralized energy trading. In this paper, we first provide a thorough motivation of decentralized auctions over traditional auctions. Afterwards, we provide in-depth design requirements that can be taken into consideration while developing such auctions. After that, we analyze technical works that have developed blockchain based energy auctions from green perspective. Finally, we summarize the article by providing challenges and possible future research directions of blockchain based energy auction from green viewpoint.

研究の動機と目的

• 分散型エネルギー入札におけるブロックチェーンの高い計算および通信オーバーヘッドがスケーラビリティと持続可能性を制限するのを是正する。
• ブロックチェーンベースのスマートグリッドにおけるグリーンで計算効率の良い入札のための設計要件を特定する。
• グリーンの視点から、ブロックチェーンベースのエネルギー入札に関する既存の技術的文献をサーベイし、ギャップと改善点を浮き彫りにする。
• ブロックチェーンによるスマートグリッドにおけるエネルギー効率的で、プライバシー保護が施され、スケーラブルな入札メカニズムを開発するにあたり、主な課題と今後の研究方向性を提示する。

提案手法

• ブロックチェーンベースのエネルギー入札システムの包括的サーベイを実施し、グリーン設計の側面とリソース効率に焦点を当てる。
• ブロックチェーンの制約下での入札タイプ（二重入札、ヴィクラリー入札、第一価格入札など）のトレードオフを分析し、計算負荷が低い代替手段を同定する。
• 低計算量のコンSENSUS、効率的なデータストレージ、エネルギーに配慮したノード運用を強調するグリーン入札の設計要件を提言する。
• エネルギー回収、軽量予測のためのAI/ML、通信オーバーヘッド低減のための認知的無線といった新技術を統合する。
• ブロックチェーンの透明なレジストリに起因するリスクを軽減するためのプライバシー保護技術を検討し、信頼を維持する。
• 電気自動車（EV）を移動可能でエネルギー回収可能なノードとして統合し、グリーン入札エコシステムにおける分散化と持続可能性を強化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スマートグリッドにおけるグリーンで計算効率の良いブロックチェーンベースのエネルギー入札を構築するにあたり、どのような設計要件が必要か？
• RQ2 既存のブロックチェーンベースのエネルギー入札メカニズムは、エネルギー効率性およびリソース利用性において、どのように評価されるか？
• RQ3 エネルギー回収技術は、持続可能な分散型エネルギー取引のためのブロックチェーンノードを駆動するために、どのような役割を果たすか？
• RQ4 計算負荷を低減するために、軽量なAI/MLモデルをブロックチェーンベースの入札に統合するには、どのような方法が考えられるか？
• RQ5 グリーンブロックチェーンエネルギー入札において、透明性を損なわずに取引データを保護するためのプライバシー保護メカニズムには、どのようなものが必要か？

主な発見

• 中央集権的なエネルギー入札は信頼性とスケーラビリティに欠ける一方、ブロックチェーンベースの代替案は高い計算および通信コストを伴い、スマートグリッド応用におけるリソース不足を引き起こす。
• 既存のブロックチェーンベースのエネルギー入札は、しばしばグリーン設計原則を無視しており、過剰なエネルギー消費が生じ、スマートメーターなどのリソース制限のあるデバイスへの導入が限定的である。
• ヴィクラリー入札および二重入札メカニズムは、低計算環境に最適化された場合、特にエネルギー制限のあるノードにおいて、グリーン導入の可能性を示している。
• ブロックチェーンコンセンサスをサポートできるエネルギー回収装置は、現在まだ未発達であり、分散型エネルギーネットワークへの統合に向けた専用の研究が求められる。
• AI/MLをブロックチェーン入札に統合することは、モデルが軽量で、限定的なレジストリデータに基づいてトレーニングされる限り、実現可能であるが、計算負荷を最小限に抑える必要がある。
• 微分プライバシーおよびゼロ知識証明のようなプライバシー保護技術は、グリーンブロックチェーンエネルギー入札において未だ十分に検討されておらず、重要な研究ギャップである。