CN110602195A - 一种基于区块链技术的智慧校园物联网系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于区块链技术的智慧校园物联网系统，其特征在于，包括区块感知节点层、分布式传输处理层、分布式管理数据中心、应用层；区块感知节点层由多个不同用途的区块节点组成，每个区块节点包括若干个现有的感知设备；每一个感知设备服务于不同的顶层应用；上述多个区块节点之间通过公共通信通道进行UDP模式的广播通信；区块感知节点层与分布式传输处理层之间采用一个公共的通信接口实现连接；区块感知节点层的区块节点的数据，由区块感知节点层采集后直接上传到分布式管理数据中心进行处理。本发明基于区块链技术的智慧校园物联网系统，通过区块节点的方式进行感知层设计，采用分布式的方法实现节点化感知设备管理。

Description

一种基于区块链技术的智慧校园物联网系统
技术领域
本发明属于智慧校园物联网的技术应用领域。
背景技术
现有的智慧校园物联网系统大部分是基于数据中心的传统教育物联网架构模式，通过一个数据中心将对相关的教育应用单元进行管理，其系统架构的感知层中大量的使用了传感器进行数据采集和设备管控，并将运营管理信息与数据上传到数据中心实现信息交互，但是这种方式在生命周期成本和管理方面有着严重的缺陷。
如图1所示，物联网感知层采用多层拓扑的模式进行设备管理，单一的根据顶层应用所需要的功能进行设备罗列，导致整体设备数量庞大，种类复杂。为了解决这一问题，现有的大多数专利中通常采用多层拓扑结构进行分层管理，由一个汇聚层和多个应用层组成，将不同的设备根据应用进行分类。以上智慧校园物联网感知层设计专利中应用分层的方法实现感知层的实现，解决了设备复杂难以管理的问题，但是分层后，感知设备的数据传输需要增加的调度设备进行分类。此外，由于数据联动其维护成本较高，每个应用层的单个设备出现问题后将影响整个感知层的运作。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：克服现有技术中的智慧校园物联网感知层设备节点复杂、数量庞大、管理难度大的缺陷，克服传统采用分层拓扑结构设计的物联网感知层数据传输调度耗费大，克服现有技术中分层拓扑感知层结构中设备独立维护性差，单个设备出现问题后，整层设备将无法进行工作这些缺陷，提出了一种基于区块链技术的智慧校园物联网系统，通过区块节点的方式进行感知层设计，采用分布式的方法实现节点化感知设备管理。
为了解决上述技术问题，本发明提出下列技术方案：一种基于区块链技术的智慧校园物联网系统，包括区块感知节点层、分布式传输处理层、分布式管理数据中心、应用层；
区块感知节点层由多个不同用途的区块节点组成，每个区块节点包括若干个现有的感知设备；
每一个感知设备服务于不同的顶层应用，即每个感知层节点根据其应用场景的不同，涵盖多种感知设备，并且能够根据实际应用进行共享使用；
上述多个区块节点之间通过公共通信通道进行UDP模式的广播通信；
区块感知节点层与分布式传输处理层之间采用一个公共的通信接口实现连接，所有的控制信号和感知数据都通过该接口进行传输；
区块感知节点层的区块节点的数据，采用分布式的管理办法，不单独存储在区块感知节点层中，而是根据应用层提前规划的管理策略，由区块感知节点层采集后直接上传到分布式管理数据中心进行处理。
上述技术方案的进一步限定在于，区块感知节点层的区块节点包括以下几大类：
（1）、图书管理感知区块节点，包括有感知设备RFID、摄像头、红外、温度传感器、湿度传感器；
（2）、媒体类感知区块节点，包括有感知设备声压传感器、光传感器、电压传感器、摄像头；
（3）、服务类感知区块节点，包括有感知设备摄像头、大屏幕、无线WIFI；
（4）、数据中心感知区块节点，包括有感知设备交换机、温度传感器、湿度传感器、流量监控。
与现有技术相比，本发明具有下列有益效果：
相比于传统基于物联网的智慧教育环境感知层分散、数量庞大的传感器设备，本发明提出一种通过区块节点进行感知层设备管理的方式，按照工作模式设计不同的工作节点，同样一个设备可能分布在不同节点中，实现分时复用，最终构建一套基于设备复用的区块感知层。不同于传统智慧教育环境中单一传感器只服务一个教育应用，采用区块节点管理后，将实现设备的分时复用，一个教育应用可能是基于多个区块节点实现的，提高感知层设备的利用率。
本发明提出的智慧校园物联网感知层借助于区块链技术，构建一个分布式的节点化拓扑结构感知网，对智慧校园中的教育、生活、办公、科研类物联网设施进行状态监测及数据采集汇总，针对现有智慧校园存在的感知层节点复杂、通信耗费大、维护难度高的问题，应用本专利后将通过区块节点化的管理方式，实现感知传感器的分时复用，并通过去中心化的交换机布局，实现共用通信通道，减少通信耗费，同时减少维护成本。
附图说明
图1是传统智慧校园物联网感知层架构。
图2是本发明一种基于区块链技术的智慧校园物联网系统的架构图。
图3是本发明的区块感知节点层的架构图。
具体实施方式
请参阅图2至图3，一种基于区块链技术的智慧校园物联网系统，包括区块感知节点层1、分布式传输处理层2、分布式管理数据中心3、应用层4。
区块感知节点层1为整个智慧校园的最底层，主要实现设备管理和感知数据采集的功能。
区块感知节点层1由多个不同用途的区块节点（如图3中的区块节点1、区块节点2、区块节点3、区块节点4）组成。每个区块节点包括若干个现有的感知设备。
在区块感知节点层1中，按照地域将现有的感知设备进行节点化，例如按照图书馆、智慧教室、食堂、行政楼、音乐厅、数据中心等地域进行节点化感知层布局，每一个区块节点根据用途的不同进行分类，主要包括以下几大类：
（1）、图书管理感知区块节点，包括有RFID、摄像头、红外、温度传感器、湿度传感器等感知设备；
（2）、媒体类感知区块节点，包括有声压传感器、光传感器、电压传感器、摄像头等感知设备；
（3）、服务类感知区块节点，包括有摄像头、大屏幕、无线WIFI等感知设备；
（4）、数据中心感知区块节点，包括有交换机、温度传感器、湿度传感器、流量监控等感知设备。
以上不同分类的区块节点按照地域和应用场景的不同进行实现，每一个感知设备可以服务于不同的顶层应用，即每个感知层节点根据其应用场景的不同，涵盖多种感知设备，并且能够根据实际应用进行共享使用。
上述多个区块节点之间通过公共通信通道进行UDP模式的广播通信，可以保证在一个应用调用多个区块节点的时候实现点间通信，并大大降低通信功耗。采用UDP的通信模式有两方面考虑，一方面对于感知层这类物联网设备，采用UDP模式完全可以满足其通信需求；另一方面采用UDP模式，减少了握手模式，提高通信效率，但是会牺牲部分的通信可靠性。
区块感知节点层1与分布式传输处理层2之间采用一个公共的通信接口实现连接，所有的控制信号和感知数据都通过该接口进行传输。采用这种方式可以实现区块感知节点层1与分布式传输处理层2之间的模块化对接，实现大带宽入口的通信管理。同时从信息安全的角度来看，可以实现对接口数据进行统一监测，从区块感知节点层1的层面保证数据安全。
现有技术中的感知层需要对数据进行缓存，因此需要布局数据资源实现数据缓存。本发明基于区块链技术的区块感知节点层1的区块节点的数据，采用分布式的管理办法，不单独存储在区块感知节点层1中，而是根据应用层4提前规划的管理策略，由区块感知节点层1采集后直接上传到分布式管理数据中心3进行处理，这样一来区块感知节点层1的数据管理效率将会更高。
对于数量庞大、种类复杂的物联网系统来说，维护工作显得非常重要。对于现有技术的感知层来说，分层拓扑结构将当层的所有物联网设备都绑定在一个总线上，这样类似于串联的结构虽然可以提高管理效率，但是会导致其中某个设备需要维护的时候，整层的设备都无法正常工作。本发明的区块感知节点层1采用分布式的区块节点实现布局，不同于按层管理的拓扑式结构，对于区块节点中出现故障的设备，可以单独进行维护而不影响其他节点的正常工作，降低维护成本。

Claims (2)

1.一种基于区块链技术的智慧校园物联网系统，其特征在于，包括区块感知节点层、分布式传输处理层、分布式管理数据中心、应用层；
区块感知节点层由多个不同用途的区块节点组成，每个区块节点包括若干个现有的感知设备；
每一个感知设备服务于不同的顶层应用，即每个感知层节点根据其应用场景的不同，涵盖多种感知设备，并且能够根据实际应用进行共享使用；
上述多个区块节点之间通过公共通信通道进行UDP模式的广播通信；
区块感知节点层与分布式传输处理层之间采用一个公共的通信接口实现连接，所有的控制信号和感知数据都通过该接口进行传输；
区块感知节点层的区块节点的数据，采用分布式的管理办法，不单独存储在区块感知节点层中，而是根据应用层提前规划的管理策略，由区块感知节点层采集后直接上传到分布式管理数据中心进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的智慧校园物联网系统，其特征在于，区块感知节点层的区块节点包括以下几大类：
（1）、图书管理感知区块节点，包括有感知设备RFID、摄像头、红外、温度传感器、湿度传感器；
（2）、媒体类感知区块节点，包括有感知设备声压传感器、光传感器、电压传感器、摄像头；
（3）、服务类感知区块节点，包括有感知设备摄像头、大屏幕、无线WIFI；
（4）、数据中心感知区块节点，包括有感知设备交换机、温度传感器、湿度传感器、流量监控。
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