一种基于区块链的分布式工程机械监控系统

技术领域

本发明涉及一种基于区块链的分布式工程机械监控系统，属于工程机械监控技术领域。

背景技术

工程机械由于工况复杂恶劣，作业危险性大，设备损耗快，同时机械由上万个组件构成，就算是熟练操作人员也无法快速有效的识别故障和危险，并根据情况采取相应操作排除险情；而且工程机械由于设备昂贵，投资方需要能够查看到机械设备的运行效率。因此各大工程机械制造商从2010开始采用物联网技术构建工程机械监控系统。早期的技术方案都是采用tbox控制终端和云平台来实现。但是由于工程机械一般都是在边远地区作业，网络覆盖和信号的问题导致控制终端和云平台的通信实时性无法保障。为了解决这个问题，现在的技术方案都是采用tbox控制终端，边缘计算节点加云平台来实现。终端上报的数据在边缘计算和云平台中都会通过各种数据库，大数据HDFS或者对象存储保存并处理，同时边缘计算节点还会根据云平台下发的处理逻辑和模型处理数据并发送指令控制终端行为。这种方案存在两个问题。第一个问题是边缘计算节点和平台存储的数据是不安全的，数据本身也无法溯源，当数据丢失后，也无法判断数据是哪里丢失的。第二个问题是工控系统中反向控制是非常重要的，不安全的控制指令会导致严重的结果，但是边缘节点发送的指令无法溯源。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种基于区块链的分布式工程机械监控系统，

本发明是通过如下技术方案实现的：一种基于区块链的分布式工程机械监控系统，其特征在于：包括采集终端tbox、分布式边缘计算节点、云平台和区块链网络，采集终端tbox连接在工程机械CAN总线采集机械车辆数据，并发送到分布式边缘计算节点，分布式边缘计算节点接收数据并把数据上区块链网络保存同时在区块链网络上保存收到数据状态，分布式边缘计算节点从区块链网络上获取云平台提供的模型，并上区块链网络保存获取数据成功状态，根据模型处理并下发指令给采集终端tbox时把指令信息和发送指令状态上区块链网络保存，云平台从区块链网络上获取数据并进行分析得到处理模型并把处理模型上传区块链网络，然后上区块链网络保存数据接收状态和模型下发状态。

所述的分布式边缘计算节点部署在靠近采集终端tbox侧，组成边缘计算网络；分布式边缘计算节点的系统架构包括TCP数据接入层、区块链接入层、REST API配置网关和核心处理层。

所述的TCP数据层接入采用Netty开源框架，Netty开源框架的所有IO操作采用异步非阻塞，通过Future-Listener机制，用户主动获取或者通过通知机制获得IO操作结果。

所述的区块链接入层基于Hyperledge Fabric实现Peer和Order逻辑功能完成区块链网络的接入和智能合约的执行；所述的TCP数据接入层采集数据后通过区块链接入层执行智能合约在区块链账本保存数据信息和数据接收事件。

所述的核心服务层通过区块链接入层获取云平台提供的处理模型并在核心服务中执行并通过TCP接入层来发送指令到终端，核心服务层获取处理模型后通过区块链接入层保存模型获取事件，在发送指令到终端时，核心服务层通过区块链接入层保存下发指令和指令下发事件到区块链账本。

所述的REST API配置网关基于前后台分离框架，采用Springboot框架来支持定义REST接口，并通过Springboot自带的tomcat来支持HTTP调用，REST API配置网关支持swagger ui方式，通过页面来查看支持的rest接口，REST API配置网关提供接口供用户初始化配置边缘节点。

所述的云平台包括区块链接入层、任务调度层、数据开发层、大数据hadoop集群和逻辑层，逻辑层提供流程控制，包括通过区块链接入层读取数据，并保存数据读取事件，在读取数据后把数据保存到HDFS，逻辑层同时读取任务调度层任务执行完成情况，当模型训练完成后通过区块链接入层保存训练的模型和模型保存事件，任务调度层调度各种数据开发层配置的离线分析任务和智能分析任务，并提交到大数据Hadoop集群执行，数据开发层提供UI接口供开发者配置数据离线分析任务和智能分析任务。

所述的区块链网络基于Hyperledge Fabric开源架构，所有的边缘计算平台和云平台都提供节点作为Peer和Order接入同一个channel来组成区块链网络，通过区块链分布式账本在边缘计算平台和云平台间存储数据，指令和事件，各个Peer节点提供界面供用户查询数据，事件和指令并获取事件和指令的溯源信息。

本发明的有益效果是：引入区块链技术后，边缘计算节点间的通信，边缘计算节点和云平台之间的通信都是加密并且经过签名，这些通信信息都记录在账本上在所有边缘节点和云平台进行保存。保证了数据的正确性，可溯源性和不可抵赖性。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的边缘计算节点系统架构图；

图3是本发明的云平台系统架构图。

具体实施方式

如图1到图3所示的一种基于区块链的分布式工程机械监控系统，其特征在于：包括采集终端tbox、分布式边缘计算节点、云平台和区块链网络，采集终端tbox连接在工程机械CAN总线采集机械车辆数据，并发送到分布式边缘计算节点，分布式边缘计算节点接收数据并把数据上区块链网络保存同时在区块链网络上保存收到数据状态，分布式边缘计算节点从区块链网络上获取云平台提供的模型，并上区块链网络保存获取数据成功状态，根据模型处理并下发指令给采集终端tbox时把指令信息和发送指令状态上区块链网络保存，云平台从区块链网络上获取数据并进行分析得到处理模型并把处理模型上传区块链网络，然后上区块链网络保存数据接收状态和模型下发状态。

所述的分布式边缘计算节点部署在靠近采集终端tbox侧，组成边缘计算网络；分布式边缘计算节点的系统架构包括TCP数据接入层、区块链接入层、REST API配置网关和核心处理层。

所述的TCP数据层接入采用Netty开源框架，Netty开源框架的所有IO操作采用异步非阻塞，通过Future-Listener机制，用户主动获取或者通过通知机制获得IO操作结果。

所述的区块链接入层基于Hyperledge Fabric实现Peer和Order逻辑功能完成区块链网络的接入和智能合约的执行；所述的TCP数据接入层采集数据后通过区块链接入层执行智能合约在区块链账本保存数据信息和数据接收事件。

所述的核心服务层通过区块链接入层获取云平台提供的处理模型并在核心服务中执行并通过TCP接入层来发送指令到终端，核心服务层获取处理模型后通过区块链接入层保存模型获取事件，在发送指令到终端时，核心服务层通过区块链接入层保存下发指令和指令下发事件到区块链账本。

所述的REST API配置网关基于前后台分离框架，采用Springboot框架来支持定义REST接口，并通过Springboot自带的tomcat来支持HTTP调用，REST API配置网关支持swagger ui方式，通过页面来查看支持的rest接口，REST API配置网关提供接口供用户初始化配置边缘节点。

所述的云平台包括区块链接入层、任务调度层、数据开发层、大数据hadoop集群和逻辑层，逻辑层提供流程控制，包括通过区块链接入层读取数据，并保存数据读取事件，在读取数据后把数据保存到HDFS，逻辑层同时读取任务调度层任务执行完成情况，当模型训练完成后通过区块链接入层保存训练的模型和模型保存事件，任务调度层调度各种数据开发层配置的离线分析任务和智能分析任务，并提交到大数据Hadoop集群执行，数据开发层提供UI接口供开发者配置数据离线分析任务和智能分析任务。

所述的区块链网络基于Hyperledge Fabric开源架构，所有的边缘计算平台和云平台都提供节点作为Peer和Order接入同一个channel来组成区块链网络，通过区块链分布式账本在边缘计算平台和云平台间存储数据，指令和事件，各个Peer节点提供界面供用户查询数据，事件和指令并获取事件和指令的溯源信息。