CN113259838A - 一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统 - Google Patents

Abstract

一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，实体对象将分布于物理层、区块链层和应用层三层之中，其中物理层负责对智慧物联网中定位数据进行收集和上传，区块链层负责对数据进行存储加密及可信认证，确保其不可篡改，应用层主要用来实现对文本数据的存储查询以及一体化位置服务的应用。本系统的整体目标是综合应用区块链、边缘计算、超宽带和精确同步时钟等多项基础前沿技术，有效解决未来智能物联网中卫星无覆盖的各种室内活动、工业生产和矿隧工程等方面的精确位置服务问题。

Description

一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统

技术领域

本发明提供一种高精度可信位置服务系统，具体是一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统。

背景技术

在室内定位技术中，UWB具有厘米级的定位精度，良好的抗多路径性能，较低的发射功率及一定的穿透能力，与WiFi、ZigBee、RFID等室内定位技术相比优势显著。但是UWB的定位信号容易受到墙体、桌子、货架、金属柜等障碍物的减损，导致定位出现偏差。

随着MEMS(Micro Eelectro Mechanical System)的发展，惯性传感器趋于低成本化、集成化，为惯性室内定位提供了前提。惯性导航单元(IMU)集成三轴加速度计、陀螺仪和地磁仪，具有自主能力强，受环境影响较小等优点。惯性导航在运动初期定位精度很高，但由于其加速度数据存在漂移，在定位中的累计误差一直无法得到有效解决。如果能够突破传统的、单一的定位方式，融合UWB和惯导定位技术正好可以弥补这两者各自的缺点，互补优势。

而且，智能物联网具有异构性、拓扑动态性、无中心分布性、无固定基础设施等特点,现有的各种定位算法和位置服务系统，在缺乏基站等可信第三方基础设施情况下难以确保其定位的真实性和安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，本发明将融合选择优势互补的超宽带和惯导技术，保证定位的精准性；基于边缘计算和区块链技术保障定位的安全可靠；同时研究IPFS机制、UWB脉冲成形技术、多时基锚节点时钟同步和改进马尔科夫算法模型等，设计出安全可靠的高精度多维室内定位方案。

根据本发明的一方面，一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，实体对象将分布于物理层、区块链层和应用层三层之中，其中物理层负责对智慧物联网中定位数据进行收集和上传，区块链层负责对数据进行存储加密及可信认证，确保其不可篡改，应用层主要用来实现对文本数据的存储查询以及一体化位置服务的应用。

优选的，物理层为定位数据采集层，基于超宽带技术的定位锚节点和融入惯导技术的定位标签，定位标签绑定到移动智能设备上，与定位锚节点自组织形成局域网络，实现各类设备的数据采集；定位锚节点将采用SDR嵌入式技术，基于到达时间差原理实现物理层无线信号的精确测量，并分析处理位置数据后以JSON格式封装并发布上传至区块链层；同时，多态复杂的计算任务将转移给区块链层的边缘节点设备处理完成。

优选的，区块链层为数据传输与存储的服务层，由区块链和边缘计算两个部分组成，用于存储物理层传输过来的定位数据和为不具有计算能力的设备提供算力；区块链层设有部署于边缘节点的非视距NLOS误差过滤的定位数据预处理算法，边缘计算后实现轻量级的数据传输，以降低网络时延提高定位精度。区块链层还设有存储于区块链中的通过默克尔哈希树构建的链表数据的区块数据结构和表示方式；研究边缘计算与区块链结合的共识机制流程，形成智能合约以确保定位数据的完整性和真实性。

优选的，应用层由分布式文件系统和云端服务器组成，用于数据文件的存储、查询及提供一体化定位应用服务接口，应用层根据IPFS机制与边缘计算、区块链之间达成共识的并发处理流程关系，设置基于UWB/PDR融合算法的定位引擎，和基于改进的隐马尔科夫算法模型的定位应用平台，一体化部署在云端服务器上，实现厘米级别或更高精度的位置计算；还可基于特定场景，结合GIS系统进行可靠位置服务的相关应用，实现人机交互。

优选的，物理层包括基于超宽带和惯导融合的高精度定位模块，采用超宽带、惯导技术、精确时钟同步和粒子滤波融合算法技术；采用基于超宽带和惯导技术融合的定位技术，形成基于UWB/PDR融合定位的松、紧型融合算法；再采用SDR嵌入式系统技术，形成UWB/PDR融合定位平台部署于边缘节点上，完成物理层的位置数据采集和预解算后上传区块链层。

优选的，区块链层包括基于区块链和边缘计算的可信定位模块，采用区块链、边缘计算和IPFS机制技术，并结合分布式网络模型整理这三者在可信定位应用中的关系；设定好区块链的链式结构，以保证定位数据的不可改变性；并基于共识机制设定联网设备去中心化的可信认证管理；引入边缘计算和IPFS机制改善区块链本身的每个区块容量小且伸展性差，无法满足物联网多节点高精度定位计算和数据的存储需求的弊端，为云服务器的位置解算和定位应用提供可靠数据。

优选的，应用层还包括IPFS机制研究和一体化位置服务应用模块，采用分布式哈希表、BitTorrent协议、版本控制系统组件在内的IPFS机制，实现定位数据按IPFS机制存储于云端服务器；并采用文件的存储和查询流程以及接口程序，结合应用场景，实现一体化的高精度可信位置服务的应用。

优选的，UWB/PDR融合定位的松、紧型融合算法，由两个独立的测量部分构成，分别是超宽带定位组件和惯性导航组件，超宽带定位组件可测量标签到两两基站的时间差，然后通过到达时间差算法进行定位计算，获得标签的位置；惯性导航组件可实时输出标签的位置、航向信息以及姿态信息；系统充分利用两种定位信息进行数据融合，采用超宽带定位组件解算出的位置以及惯性组件解算出的位置之差作为系统的量测值；再采用松融合方式的粒子滤波器进行解算，每一次量测量更新所获得的系统误差估计值将会被用来校正系统递推更新所得到的位置估计值；松融合定位方式融合滤波过程中减少测量数据的模糊性，提高定位质量，改进系统的整体性能。

优选的，还包括采用TOF测距方法进行测距，TOF测距方法属于双向测距技术，利用信号在两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点之间的距离，可消除TOA方法中时间不同步带来的误差；然后利用PDR算法解算惯性传感器输出的加速度和角速度信息，得到位置数据；将超宽带获得的原始的距离信息与惯性测量系统中统输出的位置之间的关系作为紧融合的量测信息，利用超宽带的TOF测量值来约束、辅助PDR进行位置和姿态的更新；通过PF融合两者数据，以提高室内定位系统的定位精度以及动态性能。

优选的，在UWB联网系统中，基于到达时差原理可确定智能设备之间的距离,所有设备均可以发送附近设备的身份及其距离,从而确定其具体位置,而伪造者难以使周围所有用户与其共谋或欺骗其自身位置,所以只有被大部分智能设备认可的位置信息才可以发布到区块链上。

优选的，边缘计算是在网络边缘，是在边缘对数据的预处理，以减少区块链及分布式网络的负荷，通过UWB/PDR融合定位平台，进行可信执行环境和UWB节点资源的配置管理后，将其作为边缘计算节点部署在UWB物联定位网络中；

UWB/PDR融合定位平台，包括UWB基站和融合定位平台，UWB基站负责与融合定位平台中的UWB模块进行通信，获取UWB相关测量值，融合定位平台则是将UWB和惯导数据进行融合解算得到最终位置信息，融合定位平台中关键模块包括最小系统模块、通信模块、超宽带模块和MEMS传感器模块，本系统将在算法和仿真的基础上，结合实验环境和系统研究平台去实际验证。

本发明的有益效果是：本项目的整体目标是综合应用区块链、边缘计算、超宽带和精确同步时钟等多项基础前沿技术，研究和设计一套高精度(厘米级)的室内可信定位系统，有效解决未来智能物联网中卫星无覆盖的各种室内活动、工业生产和矿隧工程等方面的精确位置服务问题。

为了实现高精度(厘米级或以上)且安全可信的位置服务，发明以超宽带(UWB，IEEE802.15.4a)为定位信号自主组网，将无线智能物联网设备之间建立的区块链作为可信基础设施,选择边缘节点计算处理基于到达时差原理采集的定位信号，并融合惯导技术修正NLOS位置偏差，得到轻量级数据后在精确网络同步技术下传送给中央服务器，最后结合IPFS机制和改进的隐马尔科夫等算法模型解算出精确位置。

本发明组网中将物联网定位设备之间建立的区块链作为可信基础设施,区块链可以通过共识机制与分布式网络对系列定位设备进行去中心化的可信认证管理。边缘节点设备记录用户身份对应的密钥更新链,从数据的链式结构上保证了数据的不可改变性。再者，基于区块链的共识机制和高容错性实现在无定位信号或弱定位信号下物联网智能设备之间可信相互定位,并保障设备获取和发出的定位信息真实。

本发明边缘计算是指一种新型的在网络边缘执行分布式计算的模型，边缘节点进行定位数据的预处理后，从而限制传输到中央服务器的数据量。轻量级关键数据的网络传输，可大大缩短传输时间，从而保证系统的整体同步性。

区块链技术和边缘计算二者都提供了分布式的架构与计算方式，还可以解决系统设备和数据的异构性问题。但区块链本身的每个区块容量小且伸展性差，无法满足智能物联网高精度定位的需求，于是引入边缘计算和IPFS机制改善这一弊端，边缘计算用于管理本地网络、打包数据格式以及提供计算能力。

整体而言，本发明将融合选择优势互补的超宽带和惯导技术，保证定位的精准性；基于边缘计算和区块链技术保障定位的安全可靠；同时研究IPFS机制、UWB脉冲成形技术、多时基锚节点时钟同步和改进马尔科夫算法模型等，设计出安全可靠的高精度多维室内定位方案。

附图说明

图1基于区块链和边缘计算的高精度可信定位系统架构；

图2项目研究的总体技术路线；

图3 UWB定位标签的技术路线；

图4定位锚节点技术路线；

图5有线时钟同步示意图；

图6无线时钟同步消息传递示意图；

图7基于UWB/PDR松融合策略；

图8基于UWB/PDR紧融合策略；

图9基于区块链共识机制的全局可信定位；

图10区块记录图；

图11边缘计算与区块链结合的共识机制流程；

图12 UWB/PDR融合定位平台硬件框架；

图13 IPFS机制的数据存储和查询流程图；

图14区块链、边缘计算和IPFS在可信定位中的流程关系；

具体实施方式

图1-14中，一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，实体对象将分布于物理层、区块链层和应用层三层之中，如图1，其中物理层负责对智慧物联网中定位数据进行收集和上传，区块链层负责对数据进行存储加密及可信认证，确保其不可篡改，应用层主要用来实现对文本数据的存储查询以及一体化位置服务的应用。

其中，物理层为定位数据采集层，基于超宽带技术的定位锚节点和融入惯导技术的定位标签，定位标签绑定到移动智能设备上，与定位锚节点自组织形成局域网络，实现各类设备的数据采集；定位锚节点将采用SDR嵌入式技术，基于到达时间差原理实现物理层无线信号的精确测量，并分析处理位置数据后以JSON格式封装并发布上传至区块链层；同时，多态复杂的计算任务将转移给区块链层的边缘节点设备处理完成。

区块链层为数据传输与存储的服务层，由区块链和边缘计算两个部分组成，用于存储物理层传输过来的定位数据和为不具有计算能力的设备提供算力；区块链层设有部署于边缘节点的非视距NLOS误差过滤的定位数据预处理算法，边缘计算后实现轻量级的数据传输，以降低网络时延提高定位精度。区块链层还设有存储于区块链中的通过默克尔哈希树构建的链表数据的区块数据结构和表示方式；研究边缘计算与区块链结合的共识机制流程，形成智能合约以确保定位数据的完整性和真实性。

应用层由分布式文件系统和云端服务器组成，用于数据文件的存储、查询及提供一体化定位应用服务接口，应用层根据IPFS机制与边缘计算、区块链之间达成共识的并发处理流程关系，设置基于UWB/PDR融合算法的定位引擎，和基于改进的隐马尔科夫算法模型的定位应用平台，一体化部署在云端服务器上，实现厘米级别或更高精度的位置计算；还可基于特定场景，结合GIS系统进行可靠位置服务的相关应用，实现人机交互。

在一些实施例中，本发明采用分层的架构设计思想和结构化方法开发系统，根据图1中所设计的三层结构，对系统中需研究和设计的关键内容，模块化后自顶向下地对系统进行分而解之。如图2所示。

(1)基于超宽带和惯导融合的高精度定位模块

这部分，首先深入研究超宽带、惯导技术、精确时钟同步和粒子滤波融合算法等基础技术；其次研究基于超宽带和惯导技术融合的定位技术，开发基于UWB/PDR融合定位的松、紧型融合算法；最后采用SDR等嵌入式系统的开发方法，研制UWB/PDR融合定位平台部署于边缘节点上，完成物理层的位置数据采集和预解算后上传区块链层。

(2)基于区块链和边缘计算的可信定位模块

这部分，主要研究区块链、边缘计算和IPFS机制的基础理论技术，并参考分布式网络模型理清这三者在可信定位应用中的关系。设计好区块链的链式结构，以保证定位数据的不可改变性；并基于共识机制探讨联网设备去中心化的可信认证管理问题。区块链本身的每个区块容量小且伸展性差，无法满足物联网多节点高精度定位计算和数据的存储需求。研究如何引入边缘计算和IPFS机制改善这一弊端，为云服务器的位置解算和定位应用提供可靠数据。

(3)IPFS机制和一体化位置服务应用模块

在应用层上，深入研究包括分布式哈希表，BitTorrent协议，版本控制系统等组件在内的IPFS机制，实现定位数据按IPFS机制存储于云端服务器。并设计文件的存储和查询流程以及接口程序，结合实际的应用场景，实现一体化的高精度可信位置服务的应用。

超宽带室内定位技术

·超宽带定位标签

定位标签是一个超宽带信号发射装置，定位系统中通常会有上千个定位标签，降低标签的成本和功耗很重要。在分析定位标签的技术要求和功能要求的基础上，针对关键技术难点攻关。研究ECL门电路、射频集成电路等电子元器件和脉冲形成机理，遵循低功耗低成本原则，完成超宽带脉冲发生器的设计；参考802.15.4a/802.15.4-2011标准协议，设计物理层帧结构、数字基带部分；并选择合适的天线方案作为发射天线。超宽带定位标签开发技术线路如图3所示。

·超宽带定位锚节点

超宽带定位锚节点通过空中接口协议与定位标签通信，记录标签发来的标签识别号和到达时间，然后把以上信号和信号强度等其他一些验证信号数据打包，通过网络协议发送给定位解算中心，通过相应的定位算法得到标签的位置信息。

基于现有资料和实用化技术的积累，对比分析多种新型射频器件/集成电路的特性，对锚节点收发射频前端进行优化设计，降低接收通路的噪声指数提高锚节点灵敏度以及改善发射端的非线性失真，从而提高系统信号捕获概率；研究突破时间戳提取，无线同步机制、协议等关键技术；最后设计以太网数据传输/无线网数据传输模块，主控模块等电路和相应软件。其技术路线如图4所示。

·定位基站的时钟同步

TDOA到达时差原理(又称双曲线原理)只是测量时间差而非绝对时间，这种方法只需锚节点之间保持同步，最适合用于超宽带定位系统。为了准确的确定移动设备的位置，锚节点时钟同步分为有线同步和无线同步来进行设计。

如图5所示，有线时钟同步的初步思想：所有节点的时钟信号不再使用独立的晶振，而是采用时钟同步器的某一路的输出作为节点的时钟信号。有线时钟同步保证了各个节点时钟信号频率相同，但是由于传输距离的不同，时钟到达各个节点的相位(传输时延)是不同的，为了保证时钟的同步，需要校准电缆的时延。

如图6所示，无线时钟同步的初步思想：无线同步不增加硬件成本，通过时间信息的交互传递，设置本地时钟的某些操作，使本地时钟和参考时钟对齐。为了保持本地时间的连续性，时间同步算法不直接修改节点的本地时间，而是构造一个逻辑时钟，通过对本地时钟进行换算来达到同步。

超宽带/惯导融合定位技术

超宽带UWB定位精度高,但容易受多径效应和节点间的相对几何位置关系影响。惯导测量单元能够提供连续的惯性信息,但累积误差问题难以解决。考虑到硬件系统低成本传感器的性能无法满足INS惯性导航机制的精度要求，选择航位推算(Pedestrian DeadReckoning，PDR)来融合UWB进行室内定位。

·基于UWB/PDR的松融合算法研究

设计基于UWB/PDR松融合方案，如图7所示，由两个独立的测量部分构成，分别是超宽带定位组件和惯性导航组件。超宽带定位组件可以测量标签到两两基站的时间差，然后通过到达时间差算法进行定位计算，从而获得标签的位置；惯性导航组件可以实时输出标签的位置、航向信息以及姿态信息。系统充分利用两种定位信息进行数据融合，采用超宽带定位组件解算出的位置以及惯性组件解算出的位置之差作为系统的量测值。再采用松融合方式的粒子滤波器进行解算，每一次量测量更新所获得的系统误差估计值将会被用来校正系统递推更新所得到的位置估计值。这样，松融合定位方式通常融合滤波过程中减少测量数据的模糊性，进一步提高定位质量，改进系统的整体性能。

·UWB/PDR紧融合算法

基于UWB/PDR的松融合算法冗余度较高，尤其是在NLOS情况下定位效果不好。为了减少NLOS误差的影响，和减少UWB锚节点的布设个数降低硬件成本，考虑采用紧融合的策略来实现UWB/PDR融合定位，如图8所示。而基于TDOA技术的测量值为相对值而非绝对值，不合适用于紧融合算法的开发，故选择基于TOF(Time of Flight)技术的定位方式来实现UWB/PDR紧融合方案。

TOF测距方法属于双向测距技术，主要利用信号在两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点之间的距离，可以消除TOA方法中时间不同步带来的误差。然后利用PDR算法解算惯性传感器输出的加速度和角速度信息，得到位置数据；将超宽带获得的原始的距离信息与惯性测量系统中统输出的位置之间的关系作为紧融合的量测信息，利用超宽带的TOF测量值来约束、辅助PDR进行位置和姿态的更新。通过PF融合两者数据，从而提高室内定位系统的定位精度以及动态性能。

区块链的可信定位技术

在无北斗、GPS等室外定位或定位信号相对较弱的情况下,基于区块链的共识属性实现可信定位技术。

·基于共识机制的全局可信定位

在UWB联网系统中，基于到达时差原理可确定智能设备之间的距离,所有设备均可以发送附近设备的身份及其距离,从而确定其具体位置,而伪造者难以使周围所有用户与其共谋或欺骗其自身位置,所以只有被大部分智能设备认可的位置信息才可以发布到区块链上。

其具体实现方案如图9所示，某用户企图与B共谋并伪造其位置在点H,由于所在位置周围大部分临近点均未发布与H的距离,因而BH间距离将无法被边缘节点认可,因而不能最终发布在全局定位中。

·区块的数据结构

在区块链层，还将研究设计存储于区块链中的区块数据结构和表示方式，如通过默克尔哈希树来构建链表数据结构，将产生如图10所示的类似区块记录。

·边缘计算与区块链结合的共识机制流程

研究边缘计算与区块链结合的共识机制流程，形成智能合约以确保定位数据的完整性和真实性。边缘计算与区块链结合的共识机制流程，初步设计如图11所示。在此基础之上，并参考分布式网络参考模型，收集系列开源代码逆向工程反推法，进行智能合约算法设计和完成基于共识机制的验证平台的研发。

(4)边缘计算技术

边缘计算是在网络边缘，强调的是在边缘对数据的预处理，以减少区块链及分布式网络的负荷问题。研制的UWB/PDR融合定位平台，进行可信执行环境和UWB节点资源的配置管理后，将其作为边缘计算节点部署在UWB物联定位网络中。

·UWB/PDR融合定位平台初步设计融合定位系统的硬件框架结构图，如图12所示，主要包括UWB基站和融合定位平台。其中，UWB基站负责与融合定位平台中的UWB模块进行通信，获取UWB相关测量值，融合定位平台则是将UWB和惯导数据进行融合解算得到最终位置信息。融合定位平台中关键模块包括：最小系统模块、通信模块、超宽带模块和MEMS传感器模块等。项目将在在算法理论研究和仿真的基础上，结合实验环境和系统研究平台去实际验证。

·融合定位平台的软件

融合定位平台软件主要实现以下几个功能：1)初始化，完成相关控制寄存器的配置；2)完成数据采集中断程序，主要是修改相应配置，读取超宽带模块和惯性传感器模块的数据；3)数据解算，根据超宽带定位算法、PDR算法和数据融合算法输出相应的定位结果；4)同时，需研究设计定位系统与区块链验证平台的接口部分，以实现定位数据基于共识机制的有效验证。

·研究边缘节点资源的合理配置与可信执行环境的部署问题

随着定位网络扩大和UWB-AP节点的增加，对于边缘节点算力要求增强，或者需要部署更多数量的边缘计算点，这必将消耗其资源配置且增高成本。因此，为高效管理物联网设备和满足位置服务的需求，研究边缘计算的合理算力及其有效的资源配置也成为必要。

系统中，边缘计算节点会因为可信执行环境自身的缺陷和漏洞，影响整个边缘计算模型的安全。因此，深入研究Intel软件防护扩展和ARM TrustZo等流行可信执行环境，将现有的可信执行环境融入到边缘计算模型当中，可以有效地提高边缘计算节点中关键计算的安全性和可信度。

(5)IPFS机制研究和一体化位置服务应用

·IPFS文件存储系统机制

IPFS是一个拥有多节点的分布式文件系统，它综合了传统P2P系统的想法，包括分布式哈希表，BitTorrent协议，版本控制系统和自认证文件系统。应用层的数据基于IPFS机制存储于云端服务器上，采用分布式哈希表等结构组件，研究和设计出文件数据的存储和查询流程，初步设计如图13所示。

·研究区块链、边缘计算和IPFS在可信定位中的业务流程

区块链从数据的链式结构上保证了数据的不可改变性；通过共识机制与分布式网络对物联网定位设备进行去中心化的可信认证管理。但区块链本身的每个区块容量小且伸展性差，无法满足物联网多节点高精度定位的需求。这部分在研究区块链基本原理基础上，研究如何引入边缘计算和IPFS机制改善这一弊端，边缘计算用于管理本地网络、打包数据格式以及提供计算能力。这样区块链无需存储大量数据，在分布式网络中实现轻量级数据的快速传输，以降低时延减少定位误差；并为云服务器的位置解算和定位应用提供可靠数据。其关键技术之间的流程关系，如图14所示。

·一体化位置服务应用

除了以上理论和技术层面的研究之外，项目组还将与企业进行商务合作，结合实际的应用场景，实现一体化位置服务应用开发。例如：研究开发高精度的定位引擎和可信的定位软件平台，实现系统的可信验证登录、定位数据解算、智能转发、实时显示、电子围栏、轨迹回放、系统告警、定位人员管理、多维模式配置等应用功能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，其特征在于：实体对象将分布于物理层、区块链层和应用层三层之中，其中物理层负责对智慧物联网中定位数据进行收集和上传，区块链层负责对数据进行存储加密及可信认证，确保其不可篡改，应用层主要用来实现对文本数据的存储查询以及一体化位置服务的应用。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，其特征在于：物理层为定位数据采集层，基于超宽带技术的定位锚节点和融入惯导技术的定位标签，定位标签绑定到移动智能设备上，与定位锚节点自组织形成局域网络，实现各类设备的数据采集；定位锚节点将采用SDR嵌入式技术，基于到达时间差原理实现物理层无线信号的精确测量，并分析处理位置数据后以JSON格式封装并发布上传至区块链层；同时，多态复杂的计算任务将转移给区块链层的边缘节点设备处理完成。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，其特征在于：区块链层为数据传输与存储的服务层，由区块链和边缘计算两个部分组成，用于存储物理层传输过来的定位数据和为不具有计算能力的设备提供算力；区块链层设有部署于边缘节点的非视距NLOS误差过滤的定位数据预处理算法，边缘计算后实现轻量级的数据传输，以降低网络时延提高定位精度；区块链层还设有存储于区块链中的通过默克尔哈希树构建的链表数据的区块数据结构和表示方式；以及边缘计算与区块链结合的共识机制流程，形成智能合约以确保定位数据的完整性和真实性。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，其特征在于：应用层由分布式文件系统和云端服务器组成，用于数据文件的存储、查询及提供一体化定位应用服务接口。应用层根据IPFS机制与边缘计算、区块链之间达成共识的并发处理流程关系，设计基于UWB/PDR融合算法的定位引擎，和基于改进的隐马尔科夫算法模型的定位应用平台，一体化部署在云端服务器上，实现厘米级别或更高精度的位置计算；还可基于特定场景，结合GIS系统进行可靠位置服务的相关应用，实现人机交互。

5.根据权利要求2所述的一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，其特征在于：物理层包括基于超宽带和惯导融合的高精度定位模块，采用超宽带、惯导技术、精确时钟同步和粒子滤波融合算法技术；采用基于超宽带和惯导技术融合的定位技术，形成基于UWB/PDR融合定位的松、紧型融合算法；再采用SDR嵌入式系统技术，形成UWB/PDR融合定位平台部署于边缘节点上，完成物理层的位置数据采集和预解算后上传区块链层。

6.根据权利要求3所述的一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，其特征在于：区块链层包括基于区块链和边缘计算的可信定位模块，采用区块链、边缘计算和IPFS机制技术，并结合分布式网络模型整理这三者在可信定位应用中的关系；设定好区块链的链式结构，以保证定位数据的不可改变性；并基于共识机制设定联网设备去中心化的可信认证管理；引入边缘计算和IPFS机制改善区块链本身的每个区块容量小且伸展性差，无法满足物联网多节点高精度定位计算和数据的存储需求的弊端，为云服务器的位置解算和定位应用提供可靠数据。

7.根据权利要求4所述的一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，其特征在于：应用层还包括IPFS机制研究和一体化位置服务应用模块，采用分布式哈希表、BitTorrent协议、版本控制系统组件在内的IPFS机制，实现定位数据按IPFS机制存储于云端服务器；并采用文件的存储和查询流程以及接口程序，结合应用场景，实现一体化的高精度可信位置服务的应用。

8.根据权利要求5所述的一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，其特征在于：UWB/PDR融合定位的松、紧型融合算法，由两个独立的测量部分构成，分别是超宽带定位组件和惯性导航组件，超宽带定位组件可测量标签到两两基站的时间差，然后通过到达时间差算法进行定位计算，获得标签的位置；惯性导航组件可实时输出标签的位置、航向信息以及姿态信息；系统充分利用两种定位信息进行数据融合，采用超宽带定位组件解算出的位置以及惯性组件解算出的位置之差作为系统的量测值；再采用松融合方式的粒子滤波器进行解算，每一次量测量更新所获得的系统误差估计值将会被用来校正系统递推更新所得到的位置估计值；松融合定位方式融合滤波过程中减少测量数据的模糊性，提高定位质量，改进系统的整体性能。

9.根据权利要求8所述的一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，其特征在于：UWB/PDR融合定位采用飞行时间测距方法技术的定位方式来实现，TOF测距方法属于双向测距技术，利用信号在两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点之间的距离，可消除TOA方法中时间不同步带来的误差；然后利用PDR算法解算惯性传感器输出的加速度和角速度信息，得到位置数据；将超宽带获得的原始的距离信息与惯性测量系统中统输出的位置之间的关系作为紧融合的量测信息，利用超宽带的TOF测量值来约束、辅助PDR进行位置和姿态的更新；通过PF融合两者数据，以提高室内定位系统的定位精度以及动态性能；

在UWB联网系统中，基于到达时差原理可确定智能设备之间的距离,所有设备均可以发送附近设备的身份及其距离,从而确定其具体位置,而伪造者难以使周围所有用户与其共谋或欺骗其自身位置,所以只有被大部分智能设备认可的位置信息才可以发布到区块链上。

10.根据权利要求3或5所述的一种基于区块链和边缘计算的高精度可信位置服务系统，其特征在于：边缘计算是在网络边缘，是在边缘对数据的预处理，以减少区块链及分布式网络的负荷，通过UWB/PDR融合定位平台，进行可信执行环境和UWB节点资源的配置管理后，将其作为边缘计算节点部署在UWB物联定位网络中；

UWB/PDR融合定位平台，包括UWB基站和融合定位平台，UWB基站负责与融合定位平台中的UWB模块进行通信，获取UWB相关测量值，融合定位平台则是将UWB和惯导数据进行融合解算得到最终位置信息，融合定位平台中关键模块包括最小系统模块、通信模块、超宽带模块和MEMS传感器模块，本系统将在算法和仿真的基础上，结合实验环境和系统研究平台去实际验证。

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