CN113610513A - 基于区块链的去中心化农业物联网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于区块链的去中心化农业物联网系统，属于农业物联网技术领域，要解决的技术问题为如何结合区块链和物联网实现物联网数据价值的权益共享：设计合理、结构简单、易于加工、体积小、使用方便、一物多用等，采用的技术方案为：其结构包括后端云平台，用于配置物联网设备的积分计算规则，用于获取和管理物联网数据，并通过出售物联网数据获取回收资金，并用于基于用户积分比例为用户分配资金收益；前端应用，用于建立用户信息和物联网数据的映射关系，用于查看物联网数据、用户积分和用户收益；数据库；区块链，预存有虚拟币并配置有智能合约，所述智能合约用于基于积分清算周期定时的依次对每个用户进行积分清算。

Description

基于区块链的去中心化农业物联网系统

技术领域

本发明涉及农业物联网技术领域，具体地说是基于区块链的去中心化农业 物联网系统。

背景技术

我国农业存在生产率低、资源利用率不高的问题，应用农业物联网技术是 提升农业技术水平、发展现代农业的关键。近年来，我国农业物联网技术取得 了快速发展，围绕物联网架构、信息感知、信息传输、信息处理方面进行了大 量研究工作，取得了显著成果。

然而，相对于发达国家，我国农业物联网水平仍然存在很大差距，一方面， 主要原因在于，我国农业生产规模小，组织化程度低、现代化基础设施不完善， 农业物联网技术在推广落地上存在许多瓶颈问题，如：投入成本高、应用场景 单一等，解决这一问题，一方面需要等待我国规模化农业的发展，另一方面需 要在技术上寻找解决方向，走农业物联网发展道路。

另一方面，在大数据时代，数据是应用人工智能、机器学习算法的根本， 也是提升农业物联网智能化、实用化水平的关键，具有巨大价值。然而，相较 于工业领域，农业领域因其复杂性和特殊性缺乏商业资本的关注，没有统一的 标准，数据分散混乱，无法形成有价值的大数据。利用区块链的去中心化机制 和通证经济的价值共享机制，构建开放平台，实现农业物联网参与者对数据的 价值共享，从而激励行业投入，形成正向循环，是解决上述问题的一个方向。

我国农业物联网在信息通讯方面具备优势，具备大规模应用的条件，但是 在传感器、智能管控模型上尚有不足。可以认为，农业物联网目前仍未能有效 应用的根本原因在于成本和效益的问题，即：对于农户(包括个体农民、小型 农场主、大规模农业企业等)来说，物联网产品成本过高，但又不能带来明显 的效益提升。规模化和产业化可以使传感器的质量提升、价格降低，同时积累 数据、创造控制模型，使农业物联网切实提高劳动生产率，现阶段，农业物联 网的发展仍然需要持续的资本投入，在发掘物联网创造价值的能力的过程中， 数据是极具价值的资产。

区块链技术是在分布式技术、加密技术基础上发展出来的去中心化技术， 由于其伴生的比特币和其他虚拟币而备受关注。区块链技术具有去中心化、开 放性、自治性、信息不可篡改等特点，与物联网结合能够解决中心控制高成本、 数据丢失和篡改等问题，被认为是区块链应用的重要方向，比如，IOTA专门为 物联网设计了缠结结构，以解决大规模并发。但是，目前这一方向仍然没有成 熟的商业应用，一方面在于发展时间较短，此外区块链本身也存在着效率低、 资源消耗大的缺点，在向中心化应用挑战中没有绝对优势。因此，在经过区块 链盲目和混乱的发展后，业界也在思考其应用方式，并提出了通证和通证经济的概念，通过区块链技术和通证经济，重新塑造互联网的价值传递。最典型的 应用是Steem。在web3.0时代兴起的Facebook，Twitter等内容分享平台，本身 不创造内容，却独占了用户创造内容的价值，而Steem平台向内容创造者发送 通证，通证持有者可以分享网站收益，该模式得到互联网用户的认可，用户数 已经超过百万。国内的“币乎”也实现了类似的模式。因此，区块链技术也被 认为是继互联网之后的下一个革命性技术，将重新构造社会经济结构中的价值 传递。

区块链与物联网结合的有效方式在于通证经济，物联网监控数据在通证经 济中被认为是有价值的资产，通过区块链技术，可以设计智能合约，当物联网 生成一条监控数据，就自动给予对农户一定的代币奖励，这将有效提升农户使 用物联网设备的意愿。

基于上述，如何结合区块链和物联网实现物联网数据价值的权益共享，是 需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足，提供基于区块链的去中心化农业物联 网系统，来解决如何结合区块链和物联网实现物联网数据价值的权益共享的技 术问题。

本发明提供基于区块链的去中心化农业物联网系统，用于对获取的物 联网数据进行用户积分计算，并基于用户积分进行收益分配，所述系统包 括：

后端云平台，所述后端云平台通过后端云平台界面与管理员交互，用 于配置物联网设备的积分计算规则，用于获取和管理物联网数据，并通过 出售物联网数据获取回收资金，并用于基于用户积分比例为用户分配资金 收益；

前端应用，所述前端应用通过前端应用界面与用户交互，用于建立用 户信息和物联网数据的映射关系，用于查看物联网数据、用户积分和用户 收益

数据库，所述数据库分别与上述后端云平台和前端应用进行数据交 换，用于存储数据，包括存储管理员信息、管理规则、积分规则、用户信 息、物联网数据和用户积分；

区块链，所述区块链分别与上述后端运品台进行数据交换，所述区块 链中预存有虚拟币并配置有智能合约，所述智能合约用于基于积分清算周 期定时的依次对每个用户进行积分清算；

所述积分清算包括：基于积分规则和对应积分清算周期内物联网数据 计算所述用户的用户积分，将用户积分更新至所述用户预置于后端云平台 的平台积分账户，并将对应额度的虚拟币转账至所述用户预置于区块链的 区块链积分账户。

作为优选，所述后端云平台用于配置积分清算周期，并用于基于积分 清算周期定时向区块链发送积分清算请求，所述积分清算请求用于定时触 发区块链中的智能合约依次对每个用户进行积分清算。

作为优选，所述后端云平台配置有定时器，定时器用于基于积分清算 周期定时向区块链发送积分清算请求。

作为优选，所述物联网数据包括物联网设备对应的设备注册信息和设 备采集信息，所述设备注册信息包括设备类型；

所述积分计算规则用于限定每个类型物联网设备对应的积分值，并用 于限定在积分清算周期内用户积分的计算方式；

所述设备注册信息以二维码的形式设置于对应物联网设备上，用户通 过扫描二维码的方式获取设备注册信息，并通过前端应用界面建立用户信 息和对应物联网数据的映射关系。

作为优选，所述积分规则限定有如下内容：

用户积分＝A1×第1类型物联网设备的积分值+……+Ai×第i类型物联 网设备的积分值+……+An×第n类型物联网设备的积分值

其中，第1类型物联网设备～第n类型物联网设备为对应积分清算周期 内所述用户对应的所有物联网设备；

第一类型物联网设备的积分值>第i类型物联网设备的积分值>第n类 型物联网设备的积分值；

Ai表示第i类型物联网设备对应的积分权重，对于每个用户，每新增一 种类型的物联网设备，所述新增类型的物联网设备对应的积分权重递增a， Ai和a均为自然数；

用户积分每参与一次用户收益计算后，所述用户积分的数值减半。

作为优选，所述后端云平台用于计算积分清算周期内所有用户的用户 积分总和得到积分池，并将积分池存入数据库；

用于基于用户积分、积分池和回收资金计算每个用户的用户收益，用 户收益计算公式为：

用户收益＝(积分/积分池)×回收资金

作为优选，所述区块链为MOAC母链。

作为优选，所述区块链中配置有锁定账户，所述虚拟币存储于锁定账 户中。

作为优选，所述智能合约通过查询的方式依次对每个用户进行积分清 算。

作为优选，将对应额度的虚拟币转账至所述用户预置于区块链的区块链积 分账户后，所述智能合约将上述转账记录存储至所述用户预置于区块链的用户 区块中，并将物联网数据哈希值作为转账的附加信息。

本发明的基于区块链的去中心化农业物联网系统具有以下优点：

1、通过后端云平台获取物联网数据，通过部署于区块链的智能合约计算用 户的积分，在数据权益方面实现了去中心化，即物联网数据存储于由后端云平 台、数据库以及前端界面组成的中心化的系统中，而代表数据权益的用户积分 在在区块链中通过智能合约计算并分发至用户，使得用户积分无法修改，减少 了数据泄露和数据篡改安全性问题，保证了用户积分的安全性，实现了物联网 数据与用户权益的分离；

2、用户积分存储于数据库中，用户查询和管理用户积分时可快速的从数据 库中调取，相比从区块链中查询快速高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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。

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为基于区块链的去中心化农业物联网系统工作原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人 员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定， 在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

本发明实施例提供基于区块链的去中心化农业物联网系统，来解决如何结 合区块链和物联网实现物联网数据价值的权益共享的技术问题。

实施例：

本发明的基于区块链的去中心化农业物联网系统，用于对获取的物联网数 据进行用户积分计算，并基于用户积分进行收益分配，该系统包括后端云平台、 前端应用、数据库和区块链，后端云平台通过后端云平台界面与管理员交互， 用于配置物联网设备的积分计算规则，用于获取和管理物联网数据，并通过出 售物联网数据获取回收资金，并用于基于用户积分比例为用户分配资金收益； 前端应用通过前端应用界面与用户交互，用于建立用户信息和物联网数据的映 射关系，用于查看物联网数据、用户积分和用户收益；数据库分别与上述后端 云平台和前端应用进行数据交换，用于存储数据，包括存储管理员信息、管理 规则、积分规则、用户信息、物联网数据和用户积分；区块链分别与上述后端 运品台进行数据交换，所述区块链中预存有虚拟币并配置有智能合约，所述智 能合约用于基于积分清算周期定时的依次对每个用户进行积分清算。

其中，积分清算包括：基于积分规则和对应积分清算周期内物联网数据计 算所述用户的用户积分，将用户积分更新至该用户预置于后端云平台的平台积 分账户，并将对应额度的虚拟币转账至所述用户预置于区块链的区块链积分账 户。

本实施例中后端云平台包括基础模块和积分模块，基础模块与后端云平台 界面配合作为基础功能模块与物联网设备和管理员交互，积分模块与后端云平 台配合作为积分功能模块与管理元和区块链交互。

基础功能模块用于获取物联网数据和管理员信息，管理员基于管理信息在 后端云平台界面进行注册登录，管理员信息保存在数据库中；物联网数据包括 物联网设备对应的设备注册信息和设备采集信息，设备注册信息即物联网设备 对应的属性信息，诸如设备名称、设备型号、设备类型等，设备采集信息即物 联网设备工作时采集的信息，例如温湿度传感器对应的设备采集信息为温度和 湿度，光照强度传感器对应的设备采集信息为光照强度。

积分功能模块用于支持管理员配置设备管理规则、积分规则以及积分清算 周期，用于基于积分清算周期定时的向区块链发送积分清算请求，以通过积分 清算请求触发智能合约依次对每个用户进行积分清算，用于计算所有用户的用 户积分总和得到积分池，并将积分池存入数据库，用于支持管理员出售物联网 数据并获得回报资金，并将回报资金池存入数据库，用于基于用户积分、积分 池和资金池计算每个用户的收益。

其中，设备管理规则即对应的物联网设备管理方面的规则，积分规则用于 限定每类物联网设备的积分值以及积分权重，用于限定在积分清算周期内用户 积分的计算方式，即用户积分为该用户在积分清算周期内所有物联网设备对应 的积分总和，用户积分计算公式为：

用户积分＝A1×第1类型物联网设备的积分值+……+Ai×第i类型物联 网设备的积分值+……+An×第n类型物联网设备的积分值

其中，第1类物料网设备～第n类型物联网设备为对应积分清算周期内 该用户的所有物联网设备；

第一类型物联网设备的积分值>第i类型物联网设备的积分值>第n类 型物联网设备的积分值；

Ai表示第i类型物联网设备对应的积分权重，对于每个用户，每新增一 种类型的物联网设备，该所述新增类型的物联网设备对应的积分权重递增 a，Ai和a均为自然数；

用户积分每参与一次用户收益计算后，用户积分的数值减半。

用户收益计算公式为：

用户收益＝(积分/积分池)×回收资金

不同的物联网设备(传感器)价格不同，所包含的信息量也不同，所以对 应的积分值应该有差异，积分计算规则中提供对不同物联网设备类型积分值的 设定；同时，多维信息的信息量更高，大数据分析的价值更大，因此积分计算 规则中鼓励在增加物联网设备的类型，提供对多维信息逐渐增加权值的计算公 式设定。

如：温度传感器积分值为2，湿度传感器积分值为4，光照传感器积分值为 7，首先将传感器类型按照积分制从大到小排序，每新增一种类型，权值递增。

案例1：设备A有5个温度传感器，该设备积分为：

1×2+1×2+1×2+1×2+1×2

案例2：设备B有3个光照传感器、2个湿度传感器和1个温度传感器， 该设备积分为：

1×7+1×7+1×7+(1+1)×4+(1+1)×4+(1+1+1)×2

用户积分代表用户对物联网数据的权益，用户上传物联网数据，当日凌晨， 智能合约自发运行，根据计算数据价值，将积分发放到用户账户。如果被发现 用户通过作弊或者作假手段上传物联网数据获取积分，则该用户所有积分将被 清零。如果被发现用户通过作弊或者作假手段上传物联网数据获取积分，则该 用户所有积分将被清零。积分是通证经济的关键。为了随着项目的发展，积分 的功能将不限于收益分配，还可用于获取物联网和农业服务等。

本实施例中，积分模块中配置有定时器，通过定时器定时的发送积分清算 请求，本实施例中积分清算周期为一天，即当日凌晨，定时器会向区块链发送 积分清算请求，智能合约输入为用户所有物联网设备当天上传的物联网数据关 键值，按照积分计算规则智能合约计算得到该用户当日的用户积分。

前端应用为移动APP或者微信小程序，是用户访问数据库的入口，用户通 过用户信息实现注册登录，用户注册前端应用后，会在后端云平台形成对应的 云平台积分账户，并在区块链中形成对应的区块链积分账户。用户购买物联网 设备后，将物联网设备加入该物联网农业系统，通过前端应用界面将物联网数 据输入前端应用，建立用户信息与物联网数据的映射关系。鉴于物联网设备的 设备信息以二维码的形式设置在物联网设备上，用户扫描该二维码将设备注册 信息上传前端应用，并通过前端应用界面配置用户信息与设备注册信息的映射 关系，从而用户与对应的物联网设备建立映射关系，物联网设备对应的设备采 集信息可根据物联网设备的性质，由用户通过前端应用界面输入，或者物联网 设备自动的上传前端应用。

区块链基于MOAC公链，吞吐量最高可达1000TPS。区块链中预置有锁定 账户，区块链中发放有代表积分值的虚拟币，虚拟币存放于锁定账户中。智能 合约是一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议，它允许在 没有第三方的情况下进行可信交易，这些交易可追踪且不可逆转。智能合约一 旦部署就能实现自我执行和自我验证。通过MOAC母链的智能合约发放积分在 锁定账户中，锁定账户中的积分不计入积分池，每当发生积分结算，平台会调 用智能合约，将积分从锁定账户转账到个人账户，完成积分的激活。

在积分清算过程中，智能合约通过查询的方式依次对每个用户进行积分清 算，将对应的用户积分发送至云平台积分账户，并将对应的虚拟币额度转账至 区块链积分账户。

本实施例中，用户积分账户分为云平台积分账户和区块链积分账户，二者 一一对应，用户积分变动会同时影响两个账户。云平台积分信息存储于数据库， 由于数据库查询速度比区块链快，所以云平台积分账户用于对用户的积分显示 和管理；区块链积分账户显示用户在区块链上的积分数量，具有不可篡改性。 系统保证两个账户中的积分数量相等，用户也可以看到两个账户的积分/虚拟币 数量自行判定。

本发明的基于区块链的去中心化农业物联网系统的工作流程为：

(1)管理员注册并登录后端云平台，配置物联网数据、积分计算规则；

用户注册并登录前端界面，在后端云平台上为用户形成对应的云平台积分 账户，在区块链上为用户形成对应的区块链积分账户，上述物联网数据、积分 计算规则、用户信息以及管理员信息均存储于数据库；

(2)用户购买物联网设备后，将物联网设备加入该农业物联网系统，上传 物联网设备并建立用户与物联网设备的映射关系，上述物联网数据与用户信息 的映射关系存储于数据库；

(3)定时的向区块链发送积分清算请求，通过积分清算请求智能合约对依 次对每个用户进行积分清算，智能合约通过查询的方式依次对每个用户进行积 分清算，对于每个用户，将积分清算周期内用户所有的物理网数据作为输入， 智能合约根据积分计算规则计算每个用户对应的用户积分，将用户积分返回对 应用户的云平台积分账户，并将对应的虚拟币额度转账至对应用户的区块链积 分账户；

(4)后端云平台中，管理员将物联网数据出售值数据使用方获得回报资金， 汇总所有用户的用户积分得到积分池，基于用户积分在积分池中比例将回报资 金作为用户收益分配至每个用户。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明 不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓， 可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实 施例也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于区块链的去中心化农业物联网系统，其特征在于用于对获取的物联网数据进行用户积分计算，并基于用户积分进行收益分配，所述系统包括：

后端云平台，所述后端云平台通过后端云平台界面与管理员交互，用于配置物联网设备的积分计算规则，用于获取和管理物联网数据，并通过出售物联网数据获取回收资金，并用于基于用户积分比例为用户分配资金收益；

前端应用，所述前端应用通过前端应用界面与用户交互，用于建立用户信息和物联网数据的映射关系，用于查看物联网数据、用户积分和用户收益；

数据库，所述数据库分别与上述后端云平台和前端应用进行数据交换，用于存储数据，包括存储管理员信息、管理规则、积分计算规则、用户信息、物联网数据和用户积分；

区块链，所述区块链分别与上述后端云平台进行数据交换，所述区块链中预存有虚拟币并配置有智能合约，所述智能合约用于基于积分清算周期定时的依次对每个用户进行积分清算；

所述积分清算包括：基于积分规则和对应积分清算周期内物联网数据计算所述用户的用户积分，将用户积分更新至所述用户预置于后端云平台的平台积分账户，并将对应额度的虚拟币转账至所述用户预置于区块链的区块链积分账户。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的去中心化农业物联网系统，其特征在于所述后端云平台用于配置积分清算周期，并用于基于积分清算周期定时向区块链发送积分清算请求，所述积分清算请求用于定时触发区块链中的智能合约依次对每个用户进行积分清算。

3.根据权利要求2所述的基于区块链的去中心化农业物联网系统，其特征在于所述后端云平台配置有定时器，定时器用于基于积分清算周期定时向区块链发送积分清算请求。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于区块链的去中心化农业物联网系统，其特征在于所述物联网数据包括物联网设备对应的设备注册信息和设备采集信息，所述设备注册信息包括设备类型；

所述积分计算规则用于限定每个类型物联网设备对应的积分值，并用于限定在积分清算周期内用户积分的计算方式；

所述设备注册信息以二维码的形式设置于对应物联网设备上，用户通过扫描二维码的方式获取设备注册信息，并通过前端应用界面建立用户信息和对应物联网数据的映射关系。

5.根据权利要求4所述的基于区块链的去中心化农业物联网系统，其特征在于所述积分规则限定有如下内容：

用户积分＝A1×第1类型物联网设备的积分值+……+Ai×第i类型物联网设备的积分值+……+An×第n类型物联网设备的积分值

其中，第1类型物联网设备～第n类型物联网设备为对应积分清算周期内所述用户对应的所有物联网设备；

第一类型物联网设备的积分值>第i类型物联网设备的积分值>第n类型物联网设备的积分值；

Ai表示第i类型物联网设备对应的积分权重，对于每个用户，每新增一种类型的物联网设备，所述新增类型的物联网设备对应的积分权重递增a，Ai和a均为自然数；

用户积分每参与一次用户收益计算后，所述用户积分的数值减半。

6.根据权利要求1、2或3所述的基于区块链的去中心化农业物联网系统，其特征在于所述后端云平台用于计算积分清算周期内所有用户的用户积分总和得到积分池，并将积分池存入数据库；

用于基于用户积分、积分池和回收资金计算每个用户的用户收益，用户收益计算公式为：

用户收益＝(积分/积分池)×回收资金。

7.根据权利要求1、2或3所述的基于区块链的去中心化农业物联网系统，其特征在于所述区块链为MOAC母链。

8.根据权利要求1、2或3所述的基于区块链的去中心化农业物联网系统，其特征在于所述区块链中配置有锁定账户，所述虚拟币存储于锁定账户中。

9.根据权利要求1、2或3所述的基于区块链的去中心化农业物联网系统，其特征在于所述智能合约通过查询的方式依次对每个用户进行积分清算。

10.根据权利要求1、2或3所述的基于区块链的去中心化农业物联网系统，其特征在于将对应额度的虚拟币转账至所述用户预置于区块链的区块链积分账户后，所述智能合约将上述转账记录存储至所述用户预置于区块链的用户区块中，并将物联网数据哈希值作为转账的附加信息。

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