CN109922162A - 一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法，该系统包括：若干区块链节点、若干智能终端和若干用户终端；所述区块链节点部署于建筑子空间，分别与用户终端和该建筑子空间内设置的智能终端连接，所述区块链节点与建筑子空间一一对应，被配置为认证智能终端，解密接收的智能终端数据进行存储和并行计算，以及通过智能合约进行区块链节点间数据共享；所述智能终端，被配置为采集环境参数和设备运行状态参数，将其作为感知数据周期性的加密发送至与其直接连接的区块链节点；所述用户终端，被配置为与区块链节点进行数据交互。

Description

一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法

技术领域

本公开属于建筑设备监控的技术领域，涉及一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，在建筑设备领域，建筑设备物联网将物联网技术应用于智能建筑，将建筑物内设备通过无线传感网络和以太网接入互联网中，实现建筑内环境的全面感知和电气设备的监控，将数据进行可靠传输并进行智能处理。

然而，发明人在研发过程中发现，随着智能建筑大规模建设，智能建筑内接入物联网的智能设备越来越多，集中式系统的管理和维护压力巨大，使得大部分建筑自控系统运行水平较低，目前采用以云端服务器为中心的方式，对海量数据的安全备份费时费力，集中式的数据管理方法存在管理成本高、扩展性低、数据存储安全性差和可靠性低等不足，数据中心容易出现故障造成数据丢失、系统瘫痪、数据篡改等，物联网的无线传感网络具有开放性，数据在传输过程中容易泄露和篡改，传感器、摄像头等物联网设备很容易被控制，用户数据隐私难以保障，各物联网设备互联性较差，各传感器获得的数据很难实现共享。现在智能建筑网络结构倾向于无中心，扁平化方向发展，提高了系统的可靠性、扩展性、安全性、快速性。

区块链技术的蓬勃发展为物联网面临的问题提供了新的解决思路，发明人提出了基于区块链技术的建筑设备物联网系统与方法，包括若干物联网节点、若干区块链节点、若干智能终端和若干用户终端，将数据分布式存储在区块链节点中，能够实现建筑内各种环境信息的检测和电气设备的监控。然而，发明人在进一步研发中发现，该系统数据传输需要经过物联网节点转化，存在数据延迟，且每个区块链节点管理N个物联网节点，每个物联网节点由M个区块链节点管理,存在交叉管理的问题。

此外，目前智能建筑的火灾检测对于生命财产安全至关重要，然而，大部分火灾检测基于判断温度和烟雾等信息是否异常来产生报警，具有误报性。传统的火灾检测将数据传输到中央服务器，受中央服务器受通信质量和计算能力的影响，面对突发的火灾情况，不能及时响应，影响受灾人员安全。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本公开的一个或多个实施例提供了一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法,对整个建筑的各个建筑子空间分别部署一个区块链节点，负责对本地进行局部管理优化，并与其它区块链节点通过智能合约进行交互协作，通过并行计算实现无中心系统的最优控制。

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统。

一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统，包括：若干区块链节点、若干智能终端和若干用户终端；

所述区块链节点部署于建筑子空间，分别与用户终端和该建筑子空间内设置的智能终端连接，所述区块链节点与建筑子空间一一对应，被配置为认证智能终端，解密接收的智能终端数据进行存储和并行计算，以及通过智能合约进行区块链节点间数据共享；

所述智能终端，被配置为采集环境参数和设备运行状态参数，将其作为感知数据周期性的加密发送至与其直接连接的区块链节点；

所述用户终端，被配置为与区块链节点进行数据交互。

进一步地，在该系统中，所述智能终端通过无线传感网络将采集的环境参数和设备运行状态参数加密发送至与其直接连接的区块链节点。

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法。

一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法，该方法基于所述的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统，包括：

所述智能终端采集环境参数和设备运行状态参数，将其作为感知数据周期性的加密发送至与其直接连接的区块链节点；

所述区块链节点对加密的感知数据进行解密验证，将验证成功的感知数据存储至本地数据库；各区块链节点并行计算感知数据，将计算结果加密发送至与其连接的智能终端和/或用户终端；

所述区块链节点根据验证成功的感知数据向物联网数据存储链进行区块上链，并通过智能合约进行区块链节点间数据共享，各区块链节点对建筑设备物联网进行联动监控。

进一步地，该方法还包括：所述用户终端加密查询命令发送至其相应的区块链节点；

所述区块链节点对加密的查询命令进行解密验证，据此查询到感知数据，并将感知数据加密反馈至所述用户终端。

进一步地，该方法还包括：未授权智能终端通过注册连接到区块链节点，具体步骤包括：

智能终端进行设备注册，上传注册信息至与其连接的区块链节点；

各区块链节点对所述注册信息通过智能合约进行认证，通过共识机制鉴定所述智能终端的合法性，得到认证信息存储于各区块链节点；

与该智能终端连接的区块链节点通过智能合约根据认证信息设置该智能终端的访问权限；

注册成功后为该智能终端生成公钥地址和私钥地址，并发送至该智能终端。

进一步地，在该方法中，所述智能终端将感知数据加密的具体步骤包括：

所述智能终端根据私钥地址采用私钥签名感知数据得到数据签名；

所述智能终端根据公钥地址采用公钥对感知数据和数字签名进行加密得到加密感知数据，送至与其直接连接的区块链节点。

进一步地，在该方法中，所述向物联网数据存储链进行区块上链的具体步骤包括：

所述区块链节点获取与其连接的智能终端的感知数据，对其进行数字签名向物联网数据存储链请求区块上链；

所述区块链节点将感知数据和数字签名通过P2P网络向其余区块链节点进行广播；

其余区块链节点验证接收的广播数据，将验证成功的广播数据存储至本地数据库，并转发给下一个区块链节点；将验证失败的广播数据直接丢弃；

各所述区块链节点在接受广播数据的同时进行工作量证明运算，先完成工作量证明运算的区块链节点将生成的新区块广播至其余区块链节点；

其余区块链节点接收新区块进行验证，转发验证成功的新区快，并广播验证结果；

生成新区块的区块链节点接收其余区块链节点的验证结果和数字签名，进行再次广播；

其余区块链节点接收后进行验证，并将验证结果以少数服从多数的原则，存储验证成功的新区块至物联网数据存储链。

进一步地，在该方法中，所述新区块的内容包括区块头和区块体，所述区块头包括父区块头哈希值、Merkle树根值、时间戳、区块大小、难度目标值和随机数值；

所述区块体中的数据内容为与其连接的所述智能终端上传的感知数据，所述数据内容格式包括时间戳、智能终端ID、工作状态或环境参数值。

进一步地，在该方法中，所述区块链节点进行工作量证明运算的具体步骤包括：

收集当前一段时间所有的感知数据；

计算所有感知数据的Merkle根值，并保存在区块头中；

将上一个区块的父区块头哈希值填入当前区块链节点的父区块头哈希值中；

获取当前区块的难度目标值；

将当前时间保存在当前区块的时间戳中；

计算当前区块头的目标哈希值，直到找到满足区块头哈希数值小于或等于目标哈希值的随机数。

进一步地，在该方法中，所述各区块链节点对建筑设备物联网进行联动监控的具体包括：

所述区块链节点根据其本地数据库存储的感知数据进行学习，建立学习模型；

所述区块链节点将接收所述智能终端的感知数据输入学习模型得到智能终端控制命令，加密后下发至该感知数据上传的智能终端。

进一步地，在该方法中，所述各区块链节点对建筑设备物联网进行联动监控还包括：

所述区块链节点根据感知数据计算结果为异常警报时，将其与相邻区块链节点的感知数据计算结果相互校验，确定建筑设备异常警报位置，该异常警报位置的所述区块链节点生成智能终端控制命令，加密后下发至该感知数据上传的智能终端；

所述区块链节点根据其感知数据与其余区块链节点的感知数据计算人员逃生路线。

本公开的有益效果：

(1)本公开提供的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法，将物联网技术和区块链技术相结合，搭建扁平化、无中心的建筑设备物联网监控系统，实现了物联网感知数据去中心化的分布式存储，将感知数据分布式存储在区块链节点中，保障数据存储安全，实现感知信息的不可篡改；将整个建筑划分由各个建筑子空间组合而成，每个建筑子空间部署一个区块链节点，区块链节点直接与用户终端进行通信，区块链节点直接与智能终端进行通信，不再设置物联网节点，区块链节点具有物联网节点的功能，减少了数据延迟，提高了网络性能，提高了系统的可靠性，提高了系统的响应能力。

(2)本公开提供的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法，防止数据丢失，保障了数据的安全。通过非对称加密技术对数据传输过程进行加密，保证了用户数据隐私，防止数据被篡改，物联网节点之间执行智能合约实现数据共享，能够合理有效利用物联网大数据。经过安全性分析，区块链技术提高了物联网的安全性和私密性，促进了数据的流通性，保证建筑设备物联网系统安全、可靠运行；借助区块链智能合约，区块链节点实现数据共享，保障了数据共享安全，保障了数据提供者的权益。

(3)本公开提供的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法，各区块链节点进行交互，独立并行计算，实现全局优化管理，提高了通信质量和计算能力，提高了系统的运行效率，提高了面对火灾等突发事件的响应能力；区块链节点通过不断交互信息，相互校验，实现物联网环境的精确感知，大大提高了准确性。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是根据一个或多个实施例的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统结构示意图；

图2是根据一个或多个实施例的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法流程图；

图3是根据一个或多个实施例的另一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法流程图；

图4是根据一个或多个实施例的感知数据存储流程图；

图5是根据一个或多个实施例的数据共享结构图。

具体实施方式：

下面将结合本公开的一个或多个实施例中的附图，对本公开的一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开的一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本实施例使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要注意的是，附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施例中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。同样应当注意的是，流程图和/或框图中的每个方框、以及流程图和/或框图中的方框的组合，可以使用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以使用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

实施例一

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统。

如图1所示，一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统，包括：若干区块链节点、若干智能终端和若干用户终端；

所述区块链节点部署于建筑子空间，分别与用户终端和该建筑子空间内设置的智能终端连接，所述区块链节点与建筑子空间一一对应，被配置为认证智能终端，解密接收的智能终端数据进行存储和并行计算，以及通过智能合约进行区块链节点间数据共享；

所述智能终端，被配置为采集环境参数和设备运行状态参数，将其作为感知数据周期性的加密发送至与其直接连接的区块链节点；

所述用户终端，被配置为与区块链节点进行数据交互。

进一步地，在该系统中，所述智能终端通过无线传感网络将采集的环境参数和设备运行状态参数加密发送至与其直接连接的区块链节点。

传统的物联网集中式架构中各子系统之间互不兼容，集成度不高，信息共享困难，不同子系统的设备末端缺乏协作与联动，系统集成困难，数据质量差，随着智能设备的增加和建筑规模的增长，对通信质量和信息处理能力提出了更高的要求。

区块链具有多中心，弱中心化的特质，具有和物联网相似的分散化拓扑结，基于区块链技术，搭建扁平化、无中心的建筑设备物联网监控平台，具有以下优点：

1)实现感知数据的分布式存储，保障数据存储安全，实现感知信息的不可篡改。

2)采用非对称加密技术进行加密，保障数据传输安全和用户隐私。

3)各区块链节点进行交互，通过并行计算实现全局优化管理，提高了通信质量和计算能力，减轻了中央服务器的压力，减轻网络负载，提高建筑智能化系统的响应能力和运行效率。

4)借助区块链智能合约，区块链节点实现数据共享，保障了数据共享安全和数据提供者的权益。

5)扁平化网络相比与传统数据中心的三层架构减小了数据延迟，提高了网络性能，减少了组网配置工作。

如图1所示，将整个建筑看作由若干相似的建筑子空间组合而成，各建筑子空间部署一个区块链节点，负责对本地进行局部管理优化，并与其它区块链节点通过智能合约进行交互协作，通过并行计算实现无中心系统的最优控制，通过工作量证明的共识机制达成共识，智能建筑产生的设备操作信息、运行状态信息、环境信息的聚合数据存储在物联网数据存储链(Iot Data Storage Blockchain，IDSB)中。

区块链节点(Blockchain Node，BN)部署于由房间单元组成的各个建筑子空间内，各区块链节点通过LoRa、485等通信方式对所辖区域的智能设备进行监控，收集和处理传感器信息，具有相同的处理计算、数据存储能力，充分发挥独立处理计算的能力，完成无中心网络的并行计算，以自组织的方式完成全局的优化控制管理，与用户终端进行通信查询数据并下发控制命令。

用户终端与区块链节点进行数据交互，通过人机界面显示建筑内各种环境参数及设备工作状态，下发控制命令控制智能终端所连接电气设备。通过用户终端实现对现有设备的远程监控、远程运维、远程服务。所述用户终端可为控制中心(Control Center，CC)。

智能终端(Smart Terminal，ST)包括智能开关、智能插座等电气设备终端和温湿度光照终端、CO2/CO检测终端和人员检测终端等环境检测终端，对建筑内环境进行全面感知，监控电气设备的运行。

实施例二

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法。

如图2所示，一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法，该方法基于所述的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统，包括：

所述智能终端采集环境参数和设备运行状态参数，将其作为感知数据周期性的加密发送至与其直接连接的区块链节点；

所述区块链节点对加密的感知数据进行解密验证，将验证成功的感知数据存储至本地数据库；各区块链节点并行计算感知数据，将计算结果加密发送至与其连接的智能终端和/或用户终端；

所述区块链节点根据验证成功的感知数据向物联网数据存储链进行区块上链，并通过智能合约进行区块链节点间数据共享，各区块链节点对建筑设备物联网进行联动监控。

如图3所示，该方法在还包括：所述用户终端加密查询命令发送至其相应的区块链节点；

所述区块链节点对加密的查询命令进行解密验证，据此查询到感知数据，并将感知数据加密反馈至所述用户终端。

区块链技术(Blockchain)综合了分布式存储、共识机制、加密算法、智能合约等技术，广泛应用于数字支付、云计算、物联网、共享经济等多个领域，具有去中心化、不可篡改、身份匿名、集体维护、规则透明等特点。

(1)分布式存储

分布式存储将数据分散存储在多个网络节点上，各网络节点地位平等，通过P2P网络进行广播，存储相同的区块数据副本，防止因中心出现故障引起的数据丢失。

(2)共识机制

由于各网络节点的计算和通信上存在差异，会造成区块不一致，因此通过共识机制达成共识，建立信任，存储一致的区块数据。

比特币采用工作量证明(PoW)的共识机制建立网络节点之间的信任，网络节点一边接收其余网络节点转发的数据，一边进行工作量证明的数学运算，网络节点一直在寻找随机数,将区块头的元素进行哈希运算，使得到的哈希数值小于或等于目标哈希值，最先找到满足条件的随机数的网络节点，获得生成新区块的权利。

(3)加密算法

哈希运算将任意长度的数据生成256位的二进制值，用于数据加密和工作量证明过程，能够保证数据的完整性并防止数据被篡改。

非对称加密算法由一对私钥和公钥组成，公钥公开，私钥保密，公钥加密的数据使用对应的私钥进行解密，私钥加密的数据使用对应的公钥进行解密。非对称加密的两种用途为数据加密和数字签名。

数字签名用以验证数据的真实性和正确性，数据经过两次SHA256哈希运算生成256位哈希值，再使用私钥签名哈希值得到数字签名，使数据不能被伪造。数据加密是将数据和数字签名进行使用接收方的公钥加密得到最终数据，有效防止数据泄露。

4)智能合约

智能合约是由事件驱动的、具备状态的、部署于可共享的分布式数据库上的链上代码，存储数据交换的规则。智能合约代码经过网络节点的广播、验证后记入区块链特定地址并存储在每个网络节点中，包括数据共享的流程、条件等，当一个预先设定的条件被触发时，智能合约执行相应的合同条款。

如图4所示为基于区块链技术的建筑设备物联网系统的感知数据存储流程图，感知数据的分布式存储与加密。

(1)感知数据上传

物联网中通过接入认证技术来防止未授权智能终端设备连接到建筑设备物联网系统，发起恶意攻击，智能终端设备使用之前扫描二维码进行设备注册，智能终端上报注册信息到区块链节点,各区块链节点对上报的设备信息通过智能合约进行认证，通过共识机制鉴定设备的身份是否合法，认证通过后将结果反馈至区块链网络中，认证信息存储在区块链之中，并且可以通过智能合约设置设备访问权限，保证接入物联网的智能终端的合法性。

智能终端计算能力有限，只进行加密和传输，将加密后的数据发送至区块链节点，使用验证机制对数据进行验证，智能终端随时通过注册加入或者因为发生故障而退出无线自组织网络，系统为每个智能终端生成一对基于ECDSA圆曲线算法的公钥和私钥地址，公钥地址相当于物联网设备的ID号，通过公钥地址便可获取该智能终端的感知数据，通过非对称加密实现IoT设备可靠的数据传输，对于无法进行签名、加密等运算的智能终端，可通过集成安全芯片提升运算能力。

智能终端ST_i遵循一定的时间周期通过无线传感网络将环境参数或设备运行状态参数上报至区块链节点IN_j，其中智能终端ST_i使用内置私钥签名感知数据M得到数字签名Sign_i(M)，再使用区块链节点IN_j的公钥对数据和数字签名Sign_i(M)进行加密获得最终数据E_j(M+Sign_i(M))，将最终数据上发至区块链节点。

区块链节点接收到智能终端加密数据后用内置的私钥进行解密，重新计算数据的哈希值与接收到的哈希值对比，一致则数据符合要求则暂时存本地数据库中，如果数据不符合要求则丢弃该数据。区块链节点验证感知数据符合要求后，区块链节点BN_k将数据广播至其余区块链节点。

区块链节点接收后，验证符合要求后将数据存储在本地数据库中，便于用户对数据的实时查看，当用户获取某个房间实时的环境参数或设备工作状态时，用户终端将加密后的查询命令发送至相应区块链节点，区块链节点解密后，将加密后的感知数据发送至用户终端，用户终端解密后进行显示，保障了用户终端和和区块链节点间数据安全。

(2)请求区块上链

区块链节点获取到区域范围内智能终端的感知数据后，对其进行数字签名向IDSB请求区块上链。

区块链节点将智能终端上发的感知数据和数字签名Sign_k(M)通过P2P网络进行广播，其余区块链节点接收后，验证数据正确后存储在本地数据库中，并转发给下一个区块链节点，验证失败后直接丢弃该数据，不再进行转发。

各区块链节点一边接收其余区块链节点转发的数据，一边进行工作量证明的运算，首先完成工作量证明运算的区块链节点获得生成新区块的权利。

新区块的内容包括区块头和区块体，区块头包括父区块头哈希值，Merkle树根值，时间戳，区块大小，难度目标值，随机数值。区块体中的数据内容为所属智能终端上发的数据，数据内容格式为时间戳、智能终端ID、工作状态或环境参数值。

工作量证明运算过程具体步骤如下：

步骤1区块链节点收集当前一段时间所有的感知数据。

步骤2区块链节点计算出所有数据的Merkle根值保存在区块头中^[14]。

步骤3把上一个区块的区块头Hash值填入当前区块的父区块哈希值中。

步骤4获取当前难度目标值。

步骤5把当前时间保存在当前区块的时间戳Timestamp中。

步骤6寻找满足条件的随机数Nonce，计算当前区块头的双SHA256哈希值，直到找到满足区块头Hash数值小于或等于目标Hash值的随机数。

首先做出工作量证明运算的区块链节点将生成的新区块广播给其余区块链节点，接受其余区块链节点的验证，验证过程包括验证新区块数据结构是否正确，验证随机数是否满足难度目标值，验证区块内的数据内容是否正确等，其余区块链节点验证无误后转发新区块，并将验证结果进行广播。

首先生成新区块的区块链节点收集其余区块链节点的验证结果和数字签名，再次广播该区块和其余区块链节点的验证结果，其余区块链节点接收后判断验证结果，当全网内51％的区块链节点验证通过，各区块链节点遵循少数服从多数的原则对新区块进行存储，所有区块链节点进行下一次工作量证明的运算，若大于51％的区块链节点验证未通过，所有区块链节点丢弃该区块继续进行该次工作量证明的运算。

无中心网络区块链节点间进行智能协作：

无中心网络中区块链节点间不断交互，进行并行计算，通过智能协作完成全局的优化控制，当前接入物联网智能设备越来越多，各建筑子空间内物联网设备产生的数据具有极大价值，当前数据共享缺乏安全保障以及信息孤岛等问题，借助区块链智能合约技术，保证区块链节点数据共享的安全性，区块链节点根据事先规定的智能合约与其他设备进行交互，各智能设备之间以自组织、相互协作的方式实现智能建筑智能化控制，促进物联网设备的数据价值转移和共享。

无中心网络中区块链节点的组网方式与多Agent系统相似，建筑设备物联网系统视作多Agent系统，房间Agent完成本地设备的监控，收集处理本地传感器信息，进行分析、推理、决策，中央Agent对所有房间Agent进行管理和协调，多Agent相互通信，联合感知环境，通过信息交互和协同工作完成任务。区块链节点与房间Agent相似，并行计算，与其他区块链节点交互，不断更新本地变量，通过反复交互，直至运算结果收敛，多区块链节点本地计算以及协同计算，解决系统的优化控制问题。如图5所示。

区块链节点融合终端设备的运行状态和环境参数，通过智能合约技术实现区块链节点间数据共享，具体流程如下：

1)访问策略的创建。作为数据提供者的智能终端INj创建访问策略发布在区块链中，包括数据共享的时间、次数、对象。

2)数据共享请求验证。区块链节点BNi首先查找区块链账本中是否存在授权访问，如果存在授权访问，区块链节点BNi发起数据共享请求，智能合约判断是否具有访问权限。

3)智能合约输出数据。区块链节点BNi执行智能合约，根据数据提供者设置的访问条件输出数据。区块链节点对共享数据进行分析完成感知或控制任务。

多Agent数据共享能够激发群体智慧，通过协同工作完成任务，无中心网络的拓扑结构与多Agent系统相似，具体功能如下所示：

1)室内设备节能控制。

人员对建筑设备节能至关重要，以办公建筑为例，各区块链节点通过监测区域内设备信息、人员操作信息等学习人的行为，通过人员检测终端、设备终端对建筑物内人员情况进行判断，对房间主人的智能跟踪和定位，当一楼人员检测终端或门禁检测到房间主人进入或离开楼内，根据日常学习主人的习惯，区块链节点获取主人信息后，打开或关闭主人房间相应的电气设备，节约能耗。

2)提高物联网精确感知的能力，面对突发情况快速响应。

①联合环境精确感知

目前智能建筑的火灾检测对于生命财产安全至关重要，大部分火灾检测基于判断温度和烟雾等信息是否异常来产生报警，具有误报性，而烟雾扩散、温度传导等因素会使得相邻区域的环境发生变化，通过相邻区域的火灾检测能够准确检测火灾是否发生，预测火灾的蔓延程度，当环境终端检测到烟雾、温度等异常时，上报至该区域区块链节点，区块链节点通过P2P网络向其余区块链节点广播火灾警报，通过区块链节点间的交互协作，与其他区域的环境终端共享环境信息，相互校验，精确感知火灾发生位置，并立即控制消防联动设备，各个区块链节点开启应急照明和门禁，关闭用电设备。

②突发情况快速响应

传统的火灾检测将数据传输到中央服务器，受中央服务器受通信质量和计算能力的影响，面对突发的火灾情况，不能及时响应，影响受灾人员安全，火灾的蔓延程度和人员密度使得逃生路线随时变化，各区块链节点并行计算，快速响应，通过人员检测模块和智能手机检测各区域的人员密度，通过火灾检测器检测烟雾浓度，通过与邻居区块链节点的交互协作，沟通相邻区域的烟雾浓度和人员密度等因素，建立火灾蔓延模型，预测火灾蔓延趋势和到各个建筑子空间的逃生时间，迅速规划出该区域的逃生路线，通过电子屏幕、语音播报或者智能手机告知受灾人员，大大提高报警处理能力。

本公开的有益效果：

(1)本公开提供的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法，将物联网技术和区块链技术相结合，搭建扁平化、无中心的建筑设备物联网监控系统，实现了物联网感知数据去中心化的分布式存储，将感知数据分布式存储在区块链节点中，保障数据存储安全，实现感知信息的不可篡改；将整个建筑划分由各个建筑子空间组合而成，每个建筑子空间部署一个区块链节点，区块链节点直接与用户终端进行通信，区块链节点直接与智能终端进行通信，不再设置物联网节点，区块链节点具有物联网节点的功能，减少了数据延迟，提高了网络性能，提高了系统的可靠性，提高了系统的响应能力。

(2)本公开提供的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法，防止数据丢失，保障了数据的安全。目前物联网服务器/客户端模式的生态架构，难以保证设备数据的隐私安全，将物联网的感知数据以区块链的形式分布式存储在物联网数据存储链IDSB中，区块链节点存储区块链数据副本，防止因中心出现故障引起整个系统瘫痪和数据丢失，终端为数据提供数据签名，并对数据加密，每个区块均使用哈希值和时间戳进行标记，防止数据被篡改，能够实现历史数据的追溯，保障了物联网数据安全。

(3)本公开提供的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法，通过非对称加密技术对数据传输过程进行加密，保证了用户数据隐私，防止数据被篡改，物联网节点之间执行智能合约实现数据共享，能够合理有效利用物联网大数据。经过安全性分析，区块链技术提高了物联网的安全性和私密性，促进了数据的流通性，保证建筑设备物联网系统安全、可靠运行；借助区块链智能合约，区块链节点实现数据共享，保障了数据共享安全，保障了数据提供者的权益。

使用非对称加密技术对建筑设备物联网系统数据传输进行加密，保证物联网数据的可靠传输，通过数字签名验证数据的本真性和正确性，防止不法分子攻击网络控制智能终端或盗取用户数据，避免了数据泄露。区块链节点之间的共识机制避免恶意的物联网设备接入，实现用户的身份匿名，通过智能合约控制数据共享，能够合理有效的利用数据，通过用户权限管理，对不同的用户授以不同的操作权限，用电数据可以被用来分析用户的生活习惯，在实现以人为本、个性化定制的同时，通过区块链技术保障用户隐私和财产安全，保障了数据提供者的权益。

(4)本公开提供的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法，各区块链节点进行交互，独立并行计算，实现全局优化管理，提高了通信质量和计算能力，提高了系统的运行效率，提高了面对火灾等突发事件的响应能力；区块链节点通过不断交互信息，相互校验，实现物联网环境的精确感知，大大提高了准确性。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。因此，本公开将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统，其特征在于，包括：若干区块链节点、若干智能终端和若干用户终端；

所述区块链节点部署于建筑子空间，分别与用户终端和该建筑子空间内设置的智能终端连接，所述区块链节点与建筑子空间一一对应，被配置为认证智能终端，解密接收的智能终端数据进行存储和并行计算，以及通过智能合约进行区块链节点间数据共享；

所述智能终端，被配置为采集环境参数和设备运行状态参数，将其作为感知数据周期性的加密发送至与其直接连接的区块链节点；

所述用户终端，被配置为与区块链节点进行数据交互。

2.如权利要求1所述的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统，其特征在于，在该系统中，所述智能终端通过无线传感网络将采集的环境参数和设备运行状态参数加密发送至与其直接连接的区块链节点。

3.一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法，其特征在于，该方法基于如权利要求1-2任一项所述的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统，包括：

所述智能终端采集环境参数和设备运行状态参数，将其作为感知数据周期性的加密发送至与其直接连接的区块链节点；

所述区块链节点对加密的感知数据进行解密验证，将验证成功的感知数据存储至本地数据库；各区块链节点并行计算感知数据，将计算结果加密发送至与其连接的智能终端和/或用户终端；

所述区块链节点根据验证成功的感知数据向物联网数据存储链进行区块上链，并通过智能合约进行区块链节点间数据共享，各区块链节点对建筑设备物联网进行联动监控。

4.如权利要求3所述的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法，其特征在于，该方法还包括：所述用户终端加密查询命令发送至其相应的区块链节点；

所述区块链节点对加密的查询命令进行解密验证，据此查询到感知数据，并将感知数据加密反馈至所述用户终端。

5.如权利要求3所述的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法，其特征在于，该方法还包括：未授权智能终端通过注册连接到区块链节点，具体步骤包括：

智能终端进行设备注册，上传注册信息至与其连接的区块链节点；

各区块链节点对所述注册信息通过智能合约进行认证，通过共识机制鉴定所述智能终端的合法性，得到认证信息存储于各区块链节点；

与该智能终端连接的区块链节点通过智能合约根据认证信息设置该智能终端的访问权限；

注册成功后为该智能终端生成公钥地址和私钥地址，并发送至该智能终端。

6.如权利要求3所述的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法，其特征在于，在该方法中，所述智能终端将感知数据加密的具体步骤包括：

所述智能终端根据私钥地址采用私钥签名感知数据得到数据签名；

所述智能终端根据公钥地址采用公钥对感知数据和数字签名进行加密得到加密感知数据，送至与其直接连接的区块链节点。

7.如权利要求3所述的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法，其特征在于，在该方法中，所述向物联网数据存储链进行区块上链的具体步骤包括：

所述区块链节点获取与其连接的智能终端的感知数据，对其进行数字签名向物联网数据存储链请求区块上链；

所述区块链节点将感知数据和数字签名通过P2P网络向其余区块链节点进行广播；

其余区块链节点验证接收的广播数据，将验证成功的广播数据存储至本地数据库，并转发给下一个区块链节点；将验证失败的广播数据直接丢弃；

各所述区块链节点在接受广播数据的同时进行工作量证明运算，先完成工作量证明运算的区块链节点将生成的新区块广播至其余区块链节点；

其余区块链节点接收新区块进行验证，转发验证成功的新区快，并广播验证结果；

生成新区块的区块链节点接收其余区块链节点的验证结果和数字签名，进行再次广播；

其余区块链节点接收后进行验证，并将验证结果以少数服从多数的原则，存储验证成功的新区块至物联网数据存储链。

8.如权利要求7所述的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法，其特征在于，在该方法中，所述新区块的内容包括区块头和区块体，所述区块头包括父区块头哈希值、Merkle树根值、时间戳、区块大小、难度目标值和随机数值；

所述区块体中的数据内容为与其连接的所述智能终端上传的感知数据，所述数据内容格式包括时间戳、智能终端ID、工作状态或环境参数值。

9.如权利要求7所述的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法，其特征在于，在该方法中，所述区块链节点进行工作量证明运算的具体步骤包括：

收集当前一段时间所有的感知数据；

计算所有感知数据的Merkle根值，并保存在区块头中；

将上一个区块的父区块头哈希值填入当前区块链节点的父区块头哈希值中；

获取当前区块的难度目标值；

将当前时间保存在当前区块的时间戳中；

计算当前区块头的目标哈希值，直到找到满足区块头哈希数值小于或等于目标哈希值的随机数。

10.如权利要求3所述的一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控方法，其特征在于，在该方法中，所述各区块链节点对建筑设备物联网进行联动监控的具体包括：

所述区块链节点根据其本地数据库存储的感知数据进行学习，建立学习模型；

所述区块链节点将接收所述智能终端的感知数据输入学习模型得到智能终端控制命令，加密后下发至该感知数据上传的智能终端。

和/或，在该方法中，所述各区块链节点对建筑设备物联网进行联动监控还包括：

所述区块链节点根据感知数据计算结果为异常警报时，将其与相邻区块链节点的感知数据计算结果相互校验，确定建筑设备异常警报位置，该异常警报位置的所述区块链节点生成智能终端控制命令，加密后下发至该感知数据上传的智能终端；

所述区块链节点根据其感知数据与其余区块链节点的感知数据计算人员逃生路线。