CN111092960A - 分布式数据采集系统及分布式数据采集系统的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种分布式数据采集系统及分布式数据采集系统的运行方法。其中，系统包括：若干个数据采集装置和数据采集指挥装置；每一数据采集装置和数据采集指挥装置均作为区块链网络中的节点；数据采集装置，用于采集数据并将采集的数据写入区块链；数据采集指挥装置，用于向数据采集装置发送数据采集指令。本发明实施例提供的分布式数据采集系统及分布式数据采集系统的运行方法，通过若干个数据采集装置和数据采集指挥装置，构成基于区块链的数据采集系统，能避免中心化通信指挥枢纽导致的系统安全问题，从而能提高数据采集系统的安全性。

Description

分布式数据采集系统及分布式数据采集系统的运行方法

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，更具体地，涉及一种分布式数据采集系统及分布式数据采集系统的运行方法。

背景技术

现有数据采集系统，通常采用的是中心化信息系统建设思路，由一个指挥枢纽为中心，采集终端个体连接到指挥中心进行信息交互与协同，采集终端个体之间的信息交互需要由指挥中心进行转发。

上述中心化的数据采集系统可以实现复杂环境通信，但是却面临极大的安全隐患，一旦中心化的数据采集指挥中心或数据处理中心受到恶意攻击，整个系统将面临瘫痪的风险。

发明内容

本发明实施例提供一种分布式数据采集系统及分布式数据采集系统的运行方法，用以解决或者至少部分地解决现有技术存在的安全性较差的缺陷。

第一方面，本发明实施例提供一种分布式数据采集系统，包括：

若干个数据采集装置和数据采集指挥装置；

每一所述数据采集装置和所述数据采集指挥装置均作为区块链网络中的节点；

所述数据采集装置，用于采集数据并将采集的数据写入区块链；

所述数据采集指挥装置，用于向所述数据采集装置发送数据采集指令。

优选地，分布式数据采集系统还包括：若干个数据处理装置；

每一所述数据处理装置均作为所述区块链网络中的节点；

所述数据处理装置，用于对采集的数据进行处理。

优选地，分布式数据采集系统还包括：本地数据中心；

所述本地数据中心作为所述区块链网络中的节点；

所述本地数据中心，用于存储采集的数据以及数据的处理和流转记录。

优选地，分布式数据采集系统还包括：若干个数据执行装置；

每一所述数据执行装置均作为所述区块链网络中的节点；

所述数据执行装置，用于根据所述区块链进行决策。

优选地，分布式数据采集系统还包括：指挥中心装置，用于对采集的数据进行汇聚和整合。

优选地，分布式数据采集系统还包括：溯源装置，用于根据所述区块链对数据进行溯源。

优选地，分布式数据采集系统还包括：评估装置，用于对采集的数据的效益及价值进行评估。

优选地，所述数据采集装置的类型包括数据采集单元和数据采集移动终端。

第二方面，本发明实施例提供一种如第一方面提供的分布式数据采集系统的运行方法，包括：

待加入节点向区块链系统发送加入请求；

若所述区块链系统中已有的各节点投票通过所述加入请求，则将所述待加入节点加入所述区块链系统中。

优选地，分布式数据采集系统的运行方法还包括：

若任一节点发现所述区块链系统中存在可疑节点，则向所述区块链系统发送身份验证请求；

若所述区块链系统中的各节点对所述加入请求的投票结果为所述可疑节点为恶意节点，则从所述区块链系统中删除所述可疑节点。

本发明实施例提供的分布式数据采集系统及分布式数据采集系统的运行方法，通过若干个数据采集装置和数据采集指挥装置，构成基于区块链的数据采集系统，能避免中心化通信指挥枢纽导致的系统安全问题，从而能提高数据采集系统的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例提供的分布式数据采集系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例提供的分布式数据采集系统的结构示意图；

图3为根据本发明实施例提供的分布式数据采集系统的运行方法的流程示意图；

图4为根据本发明实施例提供的分布式数据采集系统的运行方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了克服现有技术的上述问题，本发明实施例提供一种分布式数据采集系统及分布式数据采集系统的运行方法，其发明构思是，采用区块链分布式技术解决复杂环境中，中心化通信指挥枢纽面临的安全问题，从而能提高数据采集系统的安全性。

图1为根据本发明实施例提供的分布式数据采集系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括：若干个数据采集装置101和数据采集指挥装置102；每一数据采集装置101和数据采集指挥装置102均作为区块链网络中的节点。

具体地，不同于传统的树形结构，本发明实施例提供的数据采集系统基于区块链技术，采用分布式系统架构，各级数据采集装置101和各级数据采集指挥装置102都作为分布式系统的一部分，共同支撑数据采集系统的正常工作。

将包括若干个数据采集装置101和数据采集指挥装置102的区块链系统，作为数据采集系统，用于对数据进行采集。上述若干个数据采集装置101和数据采集指挥装置102均为该区块链系统中的节点。

若干个，指一个或多个。

数据采集装置101，用于采集数据并将采集的数据写入区块链。

具体地，数据采集装置101通过分布式数据采集系统，接受数据采集指令，根据数据采集指令采集数据并将数据采集数据上链，通过区块链进行存证。

数据采集指挥装置102，用于向数据采集装置发送数据采集指令。

具体地，数据采集指挥装置102通过分布式数据采集系统，向各数据采集装置101下达数据采集指令。

本发明实施例提供的基于区块链的数据采集系统，针对弱连接、弱协同场景设计的数据共识机制，能够保证任意节点被毁或被恶意侵占，都不会影响系统的正常工作，最大容忍被毁节点数量，可以达到系统节点总数的三分之一；可以有效避免传统中心化数据采集系统，一旦核心功能节点被毁，整个系统都可能陷入瘫痪的问题。

并且，本发明实施例提供的基于区块链的数据采集系统通过区块链分布式账本技术，通过安全透明、不可篡改的记录数据提供方、数据内容、传播路径、处理机构、指挥机构、处理方法等数据全生命周期信息，从而可以形成对数据全生命周期的双向溯源能力，构建数据价值的全面、客观评估机制。

本发明实施例通过若干个数据采集装置和数据采集指挥装置，构成基于区块链的数据采集系统，能避免中心化通信指挥枢纽导致的系统安全问题，从而能提高数据采集系统的安全性。

图2为根据本发明实施例提供的分布式数据采集系统的结构示意图。如图2所示，基于上述各实施例的内容，分布式数据采集系统还包括：若干个数据处理装置103；每一数据处理装置103均作为区块链网络中的节点。

具体地，该区块链系统还可以包括若干个数据处理装置103。上述若干个数据处理装置103均为该区块链系统中的节点。各级数据处理装置103都作为分布式系统的一部分，与数据采集系统的其他部分共同支撑数据采集系统的正常工作。

数据处理装置103，用于对采集的数据进行处理。

具体地，数据处理装置103可以根据预设的数据处理方法，对上链的数据进行处理。

本发明实施例通过将数据处理装置作为区块链网络中的节点，能避免中心化通信指挥枢纽导致的系统安全问题，从而能提高数据采集系统的安全性。

基于上述各实施例的内容，分布式数据采集系统还包括：本地数据中心104；本地数据中心104作为区块链网络中的节点。

具体地，该区块链系统还可以包括本地数据中心104。本地数据中心104为该区块链系统中的节点。本地数据中心104作为分布式系统的一部分，与数据采集系统的其他部分共同支撑数据采集系统的正常工作。

本地数据中心104，用于存储采集的数据以及数据的处理和流转记录。

具体地，分布式数据采集系统将存储的数据及相关流转、处理记录同步给本地数据中心104，方便数据溯源及数据效益评估。

本发明实施例将本地数据中心作为区块链网络中的节点，能避免中心化通信指挥枢纽导致的系统安全问题，从而能提高数据采集系统的安全性。并且，本地数据中心存储采集的数据以及数据的处理和流转记录，进行数据备份，能进一步提高数据的安全性，能更方便地进行数据溯源及数据效益评估而不影响区块链上存储的数据。

基于上述各实施例的内容，分布式数据采集系统还包括：若干个数据执行装置105；每一数据执行装置105均作为区块链网络中的节点。

具体地，该区块链系统还可以包括若干个数据执行装置105。上述若干个数据执行装置105均为该区块链系统中的节点。各级数据执行装置105都作为分布式系统的一部分，与数据采集系统的其他部分共同支撑数据采集系统的正常工作。

数据执行装置105，用于根据区块链进行决策。

具体地，数据执行装置105用于在事中调用数据及其处理结果，利用数据对上层业务进行决策支持，并将实际处理结果、效果评估等数据上链存证。

本发明实施例通过将数据执行装置作为区块链网络中的节点，能避免中心化通信指挥枢纽导致的系统安全问题，从而能提高数据采集系统的安全性。

基于上述各实施例的内容，分布式数据采集系统还包括：指挥中心装置106，用于对采集的数据进行汇聚和整合。

具体地，该区块链系统还可以包括指挥中心装置106。指挥中心装置106为该区块链系统中的节点。指挥中心装置106作为分布式系统的一部分，与数据采集系统的其他部分共同支撑数据采集系统的正常工作。

指挥中心装置106通过分布式数据采集系统汇聚、整合数据，并将处理结果数据上链进行存证。

本发明实施例通过将指挥中心装置作为区块链网络中的节点，能避免中心化通信指挥枢纽导致的系统安全问题，从而能提高数据采集系统的安全性。

基于上述各实施例的内容，分布式数据采集系统还包括：溯源装置107，用于根据区块链对数据进行溯源。

具体地，溯源装置107可以与本地数据中心104电连接。

由于本地数据中心104存储的数据是同步区块链上的数据而来，溯源装置107可以根据本地数据中心104存储的数据，实现基于链上的数据及其全生命周期记录，实现在事后对于数据的正向及反向溯源。

本发明实施例通过溯源装置根据区块链对数据进行溯源，能更方便地进行数据溯源而不影响区块链上存储的数据。

基于上述各实施例的内容，分布式数据采集系统还包括：评估装置108，用于对采集的数据的效益及价值进行评估。

具体地，评估装置108可以与本地数据中心104电连接。

由于本地数据中心104存储的数据是同步区块链上的数据而来，评估装置108可以根据本地数据中心104存储的数据和预设的评估算法，对链上数据进行效益及价值进行客观评价(即评估)，并将评估结果作为数据激励依据，通过基于区块链的数据采集系统，实现对数据提供方的激励。

本发明实施例通过溯源装置根据区块链对数据进行溯源，能更方便地进行数据效益评估而不影响区块链上存储的数据。

基于上述各实施例的内容，数据采集装置的类型包括数据采集单元和数据采集移动终端。

具体地，数据采集装置的类型可以为多种，例如固定的数据采集单元、可移动的移动终端及其他数据采集来源等，以适应不同的数据采集环境。

本发明实施例通过数据采集装置的类型包括数据采集单元和数据采集移动终端，适应不同的数据采集环境，能提高分布式数据采集系统的适用范围。

需要说明的是，分布式数据采集系统的技术框架，主要分为基础设施层、区块链层、应用层三个部分。

底层基础设施层，由指挥中心装置、本地数据中心、数据采集指挥装置、数据处理装置、数据采集装置(数据采集单元或数据采集移动终端)等参与节点提供硬件基础，基于节点硬件构架存储、计算、网络、通信等资源，为上层架构提供资源支持与运维保证。

基础设置层之上为区块链层，首先由区块链网络架构、共识算法、智能合约执行引擎等组成区块链底层；该底层支持相关工具与模块，如由分布式身份标识、网络拓扑调整及私钥安全存储硬件等；将底层技术与相关工具封装，就可以形成相关区块链服务，如弱连接弱协同情况下数据共识机制，以及数据采集节点的动态调整。

技术框架上层为应用层，包括由数据采集、上链、确权、治理与应用等功能组成的数据溯源应用，以及由数据效益评价、激励体系、跨链交互等功能组成的数据效益评价与激励应用。

基于区块链的数据采集系统的数据体系结构主要分为数据采集层、数据存储层、数据处理层和决策支持层四个部分。

数据采集层，主要包括各数据采集装置。

数据存储层，主要包括区块链和本地数据中心。

数据处理层，主要包括各数据采集指挥装置和各数据处理装置。

决策支持层，主要包括指挥中心装置、各数据执行装置、溯源装置和评估装置。

图3为根据本发明实施例提供的分布式数据采集系统的运行方法的流程示意图。基于上述各实施例的内容，如图3所示，该方法包括：步骤S301、待加入节点向区块链系统发送加入请求。

具体地，本发明实施例提供的方法，为上述任一分布式数据采集系统实施例提供的分布式数据采集系统的运行方法。

需要说明的是，本发明实施例提供的分布式数据采集系统中，区块链系统中的节点之间不再单纯是传统的上下级信任链条，而是任意节点之间都可以进行带权重节点背书的信任网络；节点的身份，不仅可以通过其上级领导结构的节点进行确认，也可以通过其他节点共同投票来验证其身份，不同节点因与待验证节点关系的不同，其投票也有不同权重。

当有新节点(即待加入节点)需要加入分布式数据采集系统时，首先向链上(即分布式数据采集系统)发送加入请求。

该加入请求，携带有待加入节点的数字签名的申请信息。

分布式数据采集系统接到该加入请求之后，可以调用身份认证模块发起投票，向区块链系统中已有的各节点发送投票请求，以验证该待加入节点的身份。

该投票请求，携带有待加入节点的数字签名。

步骤S302、若区块链系统中已有的各节点投票通过加入请求，则将待加入节点加入区块链系统中。

具体地，区块链系统中已有的每一节点接到投票请求之后，根据待加入节点的数字签名，判断待加入节点是否在自己的信任列表中，并根据判断结果进行投票。

若在，则投票为通过，为待加入节点进行签名背书；如不在，在投票为不通过，不为待加入节点进行签名背书。

具体地，身份认证模块统计获取到的背书签名的数量。

若身份认证模块收集到足够多的背书签名，即背书签名的数量大于预设的数量阈值或背书签名的比例大于预设的比例阈值，则调用网络动态调整服务，将该待加入节点加入区块链系统中。

若未收集到足够多的背书签名，则拒绝该待加入节点的加入申请，不允许该待加入节点加入区块链系统中。

需要说明的是，分布式数据采集系统中的数据采集装置缺乏对外部环境的整体感知，不同的数据采集装置之间缺乏有效的信息共享和动作协同机制，对以弱连接、弱协同甚至无协同个体，如何构建高可信、高安全、分布式的数据采集系统十分重要。因此，本发明实施例实现针对弱连接、弱协同情况下基于区块链的数据共识机制，进行基于分布式身份标识的节点动态调整。

本发明实施例提供的分布式身份标识及节点动态调整技术，改变了原有节点按照层级进行身份确认的信任链条，形成了个节点之间相互背书、认证的信任网络，一方面无需逐级汇报，可以有效认证新加入节点，快速识别失效及恶意节点，从而调整网络结构；另一方面，在某节点(如数据处理车)被毁的情况下，可以动态调整该节点下属节点(如数据采集车)的汇报关系及上级指挥单位，保证整个数据采集系统高效运转。

通过上述方法，能够通过多种途径实现对节点的身份验证，避免单一信任链条断裂后带来的信息无法有效传递的问题。并且，在此基础上，能实现对网络节点的动态增删，对网络拓扑的动态调整。

本发明实施例通过已有节点对待加入节点进行身份认证，能提高系统的安全性。并且，能避免单一信任链条断裂后带来的信息无法有效传递的问题，从而能提高系统的数据采集能力。

基于上述各实施例的内容，分布式数据采集系统的运行方法还包括：若任一节点发现区块链系统中存在可疑节点，则向区块链系统发送身份验证请求。

具体地，当区块链系统中有节点发现周围可能存在恶意节点(即可疑节点)时，向链上发送审查该节点的身份验证请求。可疑节点，为待验证节点。

分布式数据采集系统接到身份验证请求后调用身份认证模块，发起投票，向区块链系统中的其他节点发送投票请求，以验证该可疑节点的身份。

该投票请求，携带了该可以节点的信息。

区块链系统中的每一其他节点接到投票请求后，根据自身与可疑节点之间的交互情况，进行举证并进行投票。

若交互异常，则投票为证实恶意节点，为该可疑节点为恶意节点进行签名背书；如交互正常，在投票为不确定为恶意节点，不为该可疑节点为恶意节点进行签名背书。

若所述区块链系统中的各节点对所述加入请求的投票结果为所述可疑节点为恶意节点，则从所述区块链系统中删除所述可疑节点。

具体地，身份认证模块统计获取到的背书签名的数量。

若身份认证模块收集到足够多的证实该可疑节点为恶意节点的背书签名，即背书签名的数量大于预设的数量阈值或背书签名的比例大于预设的比例阈值，则调用网络动态调整服务，将该可疑节点从区块链系统中剔除。

若身份认证模块未收集到足够多的证实该可疑节点为恶意节点的背书签名，则拒绝剔除该可以节点的申请，保留该可疑节点。

本发明实施例其他节点对可疑节点进行身份认证，剔除恶意节点，能更及时地剔除恶意节点、提高系统的安全性。

为了便于对本发明上述各实施例的理解，下面通过一个实例对分布式数据采集系统的运行方法进行描述说明。

图4为根据本发明实施例提供的分布式数据采集系统的运行方法的示意图。如图4所示，该分布式数据采集系统包括六个节点：终端节点一、终端节点二、终端节点三、终端节点四、终端节点五和终端节点六。终端节点一、终端节点二、终端节点三、终端节点四、终端节点五和终端节点六构成区块链系统。

待加入节点加入该分布式数据采集系统的步骤如下：

(1)待加入节点申请加入该分布式数据采集系统。

(2)待加入节点请求对自身进行身份验证。

调用身份认证模块发起投票，向终端节点一、终端节点二、终端节点三、终端节点四和终端节点五发起投票。

终端节点一、终端节点二、终端节点三、终端节点四和终端节点五信任网络，为待加入节点的身份背书。

(3)身份认证模块向动态调整模块告知身份验证的结果。

(4)验证结果为通过，则动态调整模块允许该待加入节点加入该分布式数据采集系统，并调整区块链网络的拓扑结构。

剔除分布式数据采集系统中的恶意节点的步骤如下：

(a)终端节点一发现终端节点六为可疑节点。

(b)终端节点一申请剔除终端节点六。

(c)终端节点一请求对终端节点六进行身份验证。

调用身份认证模块发起投票，向终端节点一、终端节点二、终端节点三、终端节点四和终端节点五发起投票。

终端节点一、终端节点二、终端节点三、终端节点四和终端节点五信任网络，为终端节点六的身份背书。

(d)身份认证模块向动态调整模块告知身份验证的结果。

(e)验证结果为证实终端节点六为恶意节点，则动态调整模块从该分布式数据采集系统中删除终端节点六，并调整区块链网络的拓扑结构。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行上述各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种分布式数据采集系统，其特征在于，包括：

若干个数据采集装置和数据采集指挥装置；

每一所述数据采集装置和所述数据采集指挥装置均作为区块链网络中的节点；

所述数据采集装置，用于采集数据并将采集的数据写入区块链；

所述数据采集指挥装置，用于向所述数据采集装置发送数据采集指令。

2.根据权利要求1所述的分布式数据采集系统，其特征在于，还包括：若干个数据处理装置；

每一所述数据处理装置均作为所述区块链网络中的节点；

所述数据处理装置，用于对采集的数据进行处理。

3.根据权利要求1所述的分布式数据采集系统，其特征在于，还包括：本地数据中心；

所述本地数据中心作为所述区块链网络中的节点；

所述本地数据中心，用于存储采集的数据以及数据的处理和流转记录。

4.根据权利要求1所述的分布式数据采集系统，其特征在于，还包括：若干个数据执行装置；

每一所述数据执行装置均作为所述区块链网络中的节点；

所述数据执行装置，用于根据所述区块链进行决策。

5.根据权利要求1所述的分布式数据采集系统，其特征在于，还包括：指挥中心装置，用于对采集的数据进行汇聚和整合。

6.根据权利要求3所述的分布式数据采集系统，其特征在于，还包括：溯源装置，用于根据所述区块链对数据进行溯源。

7.根据权利要求3所述的分布式数据采集系统，其特征在于，还包括：评估装置，用于对采集的数据的效益及价值进行评估。

8.根据权利要求1至7任一所述的分布式数据采集系统，其特征在于，所述数据采集装置的类型包括数据采集单元和数据采集移动终端。

9.一种如权利要求1至8任一所述的分布式数据采集系统的运行方法，其特征在于，包括：

待加入节点向区块链系统发送加入请求；

若所述区块链系统中已有的各节点投票通过所述加入请求，则将所述待加入节点加入所述区块链系统中。

10.根据权利要求9所述的分布式数据采集系统的运行方法，其特征在于，还包括：

若任一节点发现所述区块链系统中存在可疑节点，则向所述区块链系统发送身份验证请求；

若所述区块链系统中的各节点对所述加入请求的投票结果为所述可疑节点为恶意节点，则从所述区块链系统中删除所述可疑节点。

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