CN114189028B - 一种物联网无源区块链数据采集装置及数据采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物联网无源区块链数据采集装置，包括第一传感器模块、无源模块和区块链通信模组，其中：第一传感器模块，采集环境能量并传递至无源模块；无源模块，将环境能量转换为电能，并为第一传感器模块和区块链通信模块供电；以及检测自身电量容量发送到区块链通信模组；区块链通信模组，将从无源模块获取的电量容量、从外部传感器获取的采集数据使用私钥签名后加密上传至区块链节点。还公开了数据采集方法。本发明通过采用环境微能采集技术转换为电能为本装置供电，通过区块链中间件技术实现对传感器数据的采集，并将采集到的数据传送到区块链上，具有数据可信采集、无电池无线、低成本等优势。

Description

一种物联网无源区块链数据采集装置及数据采集方法
技术领域
本发明涉及物联网设备数据采集技术领域，具体的说，是一种物联网无源区块链数据采集装置及数据采集方法。
背景技术
2025年全球物联网设备数量预计将突破220亿。随着5G的到来，物联网市场价值更是有望达到万亿美元。但目前智能物联网依然存在一些问题，如数据信息采集，传统感测装置由于需要布线，存在人力成本与部署规模的矛盾；由于感测装置的功耗问题，更换电池需要产生高昂的附加成本。数以百亿计的新增感测设备由于布线或更换电池而产生高昂的附加成本，严重限制着物联网节点的高密度部署和多样化场景应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种物联网无源区块链数据采集装置及数据采集方法，用于解决现有技术中数据采集装置由于需要布线存在人力成本与部署规模的矛盾，以及更换电池产生附加成本的问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题：
一种物联网无源区块链数据采集装置，包括第一传感器模块、无源模块和区块链通信模组，其中：
第一传感器模块，用于采集环境能量，并传递至无源模块；
无源模块，用于将第一传感器模块采集的环境能量转换为电能，并为第一传感器模块和区块链通信模块供电；以及检测自身电量容量，并发送到区块链通信模组；
区块链通信模组，用于生成公钥和私钥，向区块链节点发送公钥和使用私钥签名后的注册请求，注册请求通过后，将从无源模块获取的电量容量、从外部传感器获取的采集数据使用私钥签名后加密上传至区块链节点。
所述环境能量包括光能、射频能、微动能和温差能的一种或多种。
当无源模块中包含将射频能转换为电能时，无源模块中将射频能转换为电能的方法为：通过天线阵列接收射频能并转换成电流，电流经过匹配电路和整流器去除毛刺和杂波后，再经过电压放大器放大到储能装置的额定电压范围内进行存储。
一种数据采集方法，包括：
步骤S100、无源模块将第一传感器模块收集的环境能量转换为电能，为第一传感器模块和区块链通信模组供电；
步骤S200、区块链通信模块生成公钥和私钥，向区块链节点发送设备注册请求，设备注册请求采用私钥进行签名；
步骤S300、区块链节点通过区块链通信模块生成的公钥对设备注册请求进行验证，验证通过后通过消息同步机制将设备注册信息发送给设备管理平台；
步骤S400、设备管理平台收到设备注册信息后进行设备注册，返回设备ID给区块链节点，区块链节点将收到的设备ID记录到区块链中，并返回给区块链通信模组注册成功的设备ID；
步骤S500、区块链通信模组收到设备注册成功的消息后，向无源模块查询电量容量，然后根据获取到的电量容量，并通过采集指令对外部传感器数据进行采集；
步骤S600、区块链通信模组通过外部传感器对数据采集后，通过私钥对数据进行签名，签名后的数据加密发送给区块链节点，区块链节点将数据记录到区块链中，并通过消息同步机制将数据同步给业务平台；
步骤S700、业务平台将数据接收结果和数据采集频次返回给区块链节点，区块链节点再将数据返回给区块链通信模组，区块链通信模组根据无源模块获取到的电量容量，计算出适合的数据上报频次。
所述步骤S300具体包括：
步骤S310、区块链通信模组向区块链节点发出请求当前区块高度，用作后面注册请求的构造；
步骤S320、区块链节点查询区块高度，区块链节点将当前区块高度返回给设备；
步骤S330、区块链通信模组按照区块链交易的数据结构构造注册请求，包括区块高度、注册合约地址和公钥，对注册请求数据结构进行编码，使用私钥进行签名，得到签名交易hash值；
步骤S340、区块链通信模组向区块链节点进行设备身份注册，发送注册信息和签名交易hash值；
步骤S350、区块链节点通过注册请求中的公钥进行验证签名，验证通过则通过消息同步机制，将设备注册信息发送给设备管理平台。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明通过采用环境微能采集技术，通过收集微动能、温差能、光能、射频能等环境中一直存在的能量，为本装置中的第一传感器模块和区块链通信模组供电，降低更换电池带来的附加成本；通过区块链中间件技术实现对外部传感器数据的采集，并将采集到的数据传送到区块链上，具有数据可信采集、无电池无线、低成本、占位小、免维护、易于扩展和部署等显著优势。
附图说明
图1为无源区块链数据采集装置与外部交互的示意图；
图2为本发明将射频能转换为电能的模块框图；
图3为本发明的流程图；
图4为无源区块链数据采集装置的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
结合附图1和图4所示，一种物联网无源区块链数据采集装置，包括第一传感器模块、无源模块和区块链通信模组，其中：
第一传感器模块，用于采集环境能量，并传递至无源模块；所述环境能量包括光能、射频能、微动能和温差能的一种或多种；
无源模块，用于将第一传感器模块采集的环境能量转换为电能，并为第一传感器模块和区块链通信模块供电；以及检测自身电量容量，并发送到区块链通信模组；
区块链通信模组，用于生成公钥和私钥，向区块链节点发送公钥和使用私钥签名后的注册请求，注册请求通过后，将从无源模块获取的电量容量、从外部传感器获取的采集数据使用私钥签名后加密上传至区块链节点。区块链通信模组为LoRa、蓝牙、Wi-FI和NB-IOT模组等低功耗物联网通信模组与区块链安全中间件结合，使得传统物联网通信模组具有区块链数据可信采集的能力。区块链中间件实现区块链设备的可信认证、数据可信上链、可信高效协同、密钥安全管理等功能，区块链通过共识机制，具有抗篡改和抗抵赖的能力，可以为数据提供可信的存证，保护数据商业价值。
装置实现了将环境能量转换为电能，为自身装置中的第一传感器模块和区块链通信模组供电，补充了无线传感器的供电来源，大大减少了装置的功耗。装置通过外部传感器采集数据，并通过区块链算法，将采集的数据上链，具有业务高扩展，支持主流联盟链系统、私有链系统，解决区块链基础设施部署繁琐，需要专业人员支撑，区块链类型多样，业务适配难，区块链数据源头“第一公里”不可信等问题。
当无源模块中包含将射频能转换为电能时，实现视频能转换为电能的电路结构如附图2所示，处理流程为：
1.当本装置安装在具有射频能力的场景下，通过天线阵列将接收到的射频能量转换成电能；
2.由于转换后的电流存在毛刺、杂波，因此需要通过匹配电路和整流器将电流转换成正常的直流电流；
3.但由于每次通过射频信号转换的电流会有不同的能量大小，转换而成的电流电压也不规则；因此将不同强弱的电流能量通过电压放大器得到超级电容组成的储能装置需要的电压额定范围，然后通过超级电容进行电能的存储；
4.当电能存储到一定能量，可以通过稳压电路唤起低功耗的区块链通信模组，相对于传统无源装置，通过区块链通信模组可以通过电量采集模块获取超级电容的电量存储情况，如果电量存储低，则进入低功耗休眠状态，如果电量存储中等，则可以根据情况实现一天一次，或一天多次的数据采集方式。有效的保障的数据采集的频次，降低了电能的无用损耗，提高了数据采集周期的覆盖范围。
实施例2：
结合图1、图2和图3所示，一种数据采集方法，包括：
步骤S100、无源模块将第一传感器模块收集的环境能量转换为电能，为第一传感器模块和区块链通信模组供电；
步骤S200、区块链通信模块生成公钥PKD和私钥SKD，向区块链节点发送设备注册请求，设备注册请求采用私钥进行签名；
步骤S300、区块链节点通过区块链通信模块生成的公钥对设备注册请求进行验证，验证通过后通过消息同步机制将设备注册信息发送给设备管理平台；
步骤S400、设备管理平台收到设备注册信息后进行设备注册，返回设备ID给区块链节点，区块链节点将收到的设备ID记录到区块链中，并返回给区块链通信模组注册成功的设备ID；
步骤S500、区块链通信模组收到设备注册成功的消息后，向无源模块查询电量容量，然后根据获取到的电量容量，并通过采集指令对外部传感器数据进行采集；
步骤S600、区块链通信模组通过外部传感器对数据采集后，通过私钥对数据进行签名，签名后的数据加密发送给区块链节点，区块链节点将数据记录到区块链中，并通过消息同步机制将数据同步给业务平台；
步骤S700、业务平台将数据接收结果和数据采集频次返回给区块链节点，区块链节点再将数据返回给区块链通信模组，区块链通信模组根据无源模块获取到的电量容量，计算出适合的数据上报频次。
所述步骤S300具体包括：
步骤S310、区块链通信模组向区块链节点发出请求当前区块高度，用作后面注册请求的构造；
步骤S320、区块链节点查询区块高度，区块链节点将当前区块高度返回给设备；
步骤S330、区块链通信模组按照区块链交易的数据结构构造注册请求，包括区块高度、注册合约地址和公钥，对注册请求数据结构进行编码，使用私钥进行签名，得到签名交易hash值；
步骤S340、区块链通信模组向区块链节点进行设备身份注册，发送注册信息和签名交易hash值；
步骤S350、区块链节点通过注册请求中的公钥进行验证签名，验证通过则通过消息同步机制，将设备注册信息发送给设备管理平台。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (4)

1.数据采集方法，其特征在于，利用物联网无源区块链数据采集装置实现，所述物联网无源区块链数据采集装置包括第一传感器模块、无源模块和区块链通信模组，其中：
第一传感器模块，用于采集环境能量，并传递至无源模块；
无源模块，用于将第一传感器模块采集的环境能量转换为电能，并为第一传感器模块和区块链通信模块供电；以及检测自身电量容量，并发送到区块链通信模组；
区块链通信模组，用于生成公钥和私钥，向区块链节点发送公钥和使用私钥签名后的注册请求，注册请求通过后，将从无源模块获取的电量容量、从外部传感器获取的采集数据使用私钥签名后加密上传至区块链节点；
方法包括：
步骤S100、无源模块将第一传感器模块收集的环境能量转换为电能，为第一传感器模块和区块链通信模组供电；
步骤S200、区块链通信模块生成公钥和私钥，向区块链节点发送设备注册请求，设备注册请求采用私钥进行签名；
步骤S300、区块链节点通过区块链通信模块生成的公钥对设备注册请求进行验证，验证通过后通过消息同步机制将设备注册信息发送给设备管理平台；
步骤S400、设备管理平台收到设备注册信息后进行设备注册，返回设备ID给区块链节点，区块链节点将收到的设备ID记录到区块链中，并返回给区块链通信模组注册成功的设备ID；
步骤S500、区块链通信模组收到设备注册成功的消息后，向无源模块查询电量容量，然后根据获取到的电量容量，并通过采集指令对外部传感器数据进行采集；
步骤S600、区块链通信模组通过外部传感器对数据采集后，通过私钥对数据进行签名，签名后的数据加密发送给区块链节点，区块链节点将数据记录到区块链中，并通过消息同步机制将数据同步给业务平台；
步骤S700、业务平台将数据接收结果和数据采集频次返回给区块链节点，区块链节点再将数据返回给区块链通信模组，区块链通信模组根据无源模块获取到的电量容量，计算出适合的数据上报频次。
2.根据权利要求1所述的数据采集方法，其特征在于，所述步骤S300具体包括：
步骤S310、区块链通信模组向区块链节点发出请求当前区块高度的请求，用作后面注册请求的构造；
步骤S320、区块链节点查询区块高度，区块链节点将当前区块高度返回给设备；
步骤S330、区块链通信模组按照区块链交易的数据结构构造注册请求，包括区块高度、注册合约地址和公钥，对注册请求数据结构进行编码，使用私钥进行签名，得到签名交易hash值；
步骤S340、区块链通信模组向区块链节点进行设备身份注册，发送注册信息和签名交易hash值；
步骤S350、区块链节点通过注册请求中的公钥进行验证签名，验证通过则通过消息同步机制，将设备注册信息发送给设备管理平台。
3.根据权利要求1所述的数据采集方法，其特征在于，所述环境能量包括光能、射频能、微动能和温差能的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的数据采集方法，其特征在于，无源模块中将射频能转换为电能的方法为：通过天线阵列接收射频能并转换成电流，电流经过匹配电路和整流器去除毛刺和杂波后，再经过电压放大器放大到储能装置的额定电压范围内进行存储。
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