物联网数据处理方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种可信的物联网数据处理方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

物联网即物物相连的互联网，一般采用物联网传感器采集所需要的数据，然后经过处理后进行存储。为了保证物联网数据采集和通讯的有效性，物联网传感器生成的大量数据在进行了可信的高效的前处理后，需要进一步进行可信安全的存储。

然而现有技术中尚没有一种可靠安全地进行物联网数据处理的技术方案，能够保证数据存储的一致性和不可篡改性。另外，现有技术中的数据处理方案中，采用硬件部署数据处理过程，但是会受限于硬件本身的数据处理程序部署的复杂性和安全性。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种可信的物联网数据处理方法、系统、设备及存储介质，利用区块链的数据一致性和不可篡改性，保证数据处理软件包本身和物联网数据处理结果的可靠安全。

本发明实施例提供一种物联网数据处理系统，包括如下步骤：

从区块链中获取数据处理软件包和软件包的部署规则，所述部署规则包括该软件包适用的边缘计算节点的特征信息；

根据所述部署规则将数据处理软件包部署于对应的边缘计算节点中；

接收到数据处理软件包的边缘计算节点进行软件包安装；

所述边缘计算节点根据安装的数据处理软件包的配置从物联网传感器获取待处理数据，并进行处理；

处理完成的边缘计算节点将数据处理结果存储至所述区块链中。

可选地，所述部署规则包括该数据处理软件包适用的边缘计算节点的硬件型号或序列号。

可选地，所述根据所述部署规则将数据处理软件包部署于对应的边缘计算节点中，包括如下步骤：

消息中间件将数据处理软件包推送至所述部署规则对应的边缘计算节点；或

所述边缘计算节点从消息中间件主动拉取与自身节点匹配的数据处理软件包。

可选地，所述接收到数据处理软件包的边缘计算节点进行软件包安装之前，还包括如下步骤：

接收到数据处理软件包的边缘计算节点验证该数据处理软件包的证书链是否完整连接到自身的节点根证书；

如果是，则该边缘计算节点安装该软件包；

否则，该边缘计算节点不安装该软件包。

可选地，所述数据处理软件包包括数据处理逻辑程序、数据处理的传感器类型和传感器的数据格式。

可选地，所述边缘计算节点包括中央处理器、可重复编程硬件计算单元、闪存和传感器读取单元；

所述边缘计算节点进行软件包安装包括如下步骤：

所述中央处理器从所述软件包中读取传感器类型和传感器的数据格式，对所述传感器读取单元的数据读取规则进行配置；

所述中央处理器从所述软件包中读取硬件配置信息，对所述可重复编程硬件计算单元进行配置；

所述中央处理器从所述软件包中读取数据处理逻辑程序的配置，存入所述闪存。

可选地，所述边缘计算节点处理根据安装的数据处理软件包的配置从物联网传感器获取待处理数据，并进行处理，包括如下步骤：

所述传感器读取单元根据所述数据处理的传感器类型选择对应的物联网传感器；

所述传感器读取单元从选择的物联网传感器获取与所述传感器的数据格式一致的待处理数据；

所述传感器读取单元将所述待处理数据存储至所述传感器读取单元和所述可重复编程硬件计算单元的共享内存；

所述中央处理器搜索所述共享内存的地址并调用所述闪存中存储的数据处理逻辑程序的配置；

所述可重复编程硬件计算单元从所述共享内存中获取到待处理数据，并根据所述数据处理逻辑程序的配置和自身配置处理所述待处理数据；

所述可重复编程硬件计算单元处理数据完成时，将数据处理结果存入所述共享内存，并通知所述中央处理器。

可选地，所述边缘计算节点还包括区块链数据请求缓冲区和区块链请求处理引擎；

所述边缘计算节点将数据处理结果存储至所述区块链中，包括如下步骤：

所述中央处理器生成区块链数据入链请求，并写入所述区块链数据请求缓冲区；

所述中央处理器将所述区块链数据入链请求发送至所述区块链请求处理引擎；

所述区块链请求处理引擎调用智能合约将数据处理结果存储到所述区块链中。

可选地，所述物联网数据处理方法还包括如下步骤：

开发用的计算机生成数据处理软件包，并获取开发者对软件包的签名；

所述计算机将签名后的数据处理软件包存储至所述区块链。

本发明实施例提供一种物联网数据处理系统，采用所述的物联网数据处理方法，所述系统包括如下步骤：

消息中间件，用于从区块链中获取数据处理软件包和软件包的部署规则；以及根据所述部署规则将数据处理软件包部署于对应的边缘计算节点中，所述部署规则包括该数据处理软件包适用的边缘计算节点的特征信息；

边缘计算节点，用于当接收到数据处理软件包时，进行软件包安装；根据安装的数据处理软件包的配置从物联网传感器获取待处理数据，并进行处理；以及将处理完成的边缘计算节点将数据处理结果存储至所述区块链中。

可选地，所述边缘计算节点包括：

中央处理器，用于从所述软件包中读取传感器类型和传感器的数据格式，对传感器读取单元的数据读取规则进行配置；从所述软件包中读取硬件配置信息，对可重复编程硬件计算单元进行配置；以及从所述软件包中读取数据处理逻辑程序，存入闪存；

传感器读取单元，用于根据自身配置从物联网传感器获取待处理数据，并将待处理数据存储至所述传感器读取单元和所述可重复编程硬件计算单元的共享内存；

闪存，用于存储所述数据处理逻辑程序的配置；

可重复编程硬件计算单元，用于从所述共享内存中获取到待处理数据，并根据所述数据处理逻辑程序的配置和自身配置处理所述待处理数据。

可选地，所述边缘计算节点还包括区块链数据请求缓冲区和区块链请求处理引擎；

所述中央处理器还用于当所述可重复编程硬件计算单元处理数据完成时，生成区块链数据入链请求，并写入所述区块链数据请求缓冲区；以及将所述区块链数据入链请求发送至所述区块链请求处理引擎；

所述区块链请求处理引擎用于调用智能合约将数据处理结果存储到所述区块链中。

可选地，所述物联网数据处理系统还包括开发用的计算机，所述开发用的计算机用于生成数据处理软件包，并获取开发者对软件包的签名；以及将签名后的数据处理软件包存储至所述区块链。

本发明实施例还提供一种物联网数据处理设备，包括：

处理器；

存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行所述的物联网数据处理方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，其特征在于，所述程序被执行时实现所述的物联网数据处理方法的步骤。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

本发明所提供的物联网数据处理方法、系统、设备及存储介质，将区块链的数据一致性和不可篡改的特性应用于物联网数据应用场景；并采用专门硬件在边缘计算节点上直接处理物联网数据，从而具有高效省流量的优势；并且在数据处理后将结果写入区块链，从而保证处理结果数据的安全性和不可篡改性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明一实施例的物联网数据处理方法的流程图；

图2是本发明一实施例的物理网数据处理系统的结构示意图；

图3是本发明一实施例的物理网数据处理方法的时序图；

图4是本发明一实施例的边缘计算节点的内部结构示意图；

图5是本发明一实施例的物联网数据处理设备的结构示意图；

图6是本发明一实施例计算机可读存储介质的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

如图1所示，本发明实施例提供一种可信的物联网数据处理方法，如图2所示，为本发明实施例所采用的物联网数据处理系统的结构示意图，如图3所示，为本发明实施例的物联网数据处理方法的时序图。

本发明考虑到物联网传感器生成的大量数据急需可信的高效的前处理后，进行可信安全的存储。而区块链的数据一致性和不可篡改的特性非常适用于物联网数据应用场景，提出了如下解决方案。

如图1~3所示，本发明的物联网数据处理方法包括如下步骤：

S100：从区块链中获取数据处理软件包和软件包的部署规则，所述部署规则包括该软件包适用的边缘计算节点的特征信息；

S200：根据所述部署规则将数据处理软件包部署于对应的边缘计算节点中；

S300：接收到数据处理软件包的边缘计算节点进行软件包安装；

S400：所述边缘计算节点根据安装的数据处理软件包的配置从物联网传感器获取待处理数据，并进行处理；

S500：处理完成的边缘计算节点将数据处理结果存储至所述区块链中。

因此，本发明将区块链的数据一致性和不可篡改的特性应用于物联网数据应用场景；并采用专门硬件在边缘计算节点上直接处理物联网数据，从而具有高效省流量的优势；并且在数据处理后将结果写入区块链，从而保证处理结果数据的安全性和不可篡改性。

具体地，如图3所示，本发明实施例的物联网数据处理方法包括如下步骤：

开发者在开发用的计算机上实现数据处理算法；

开发者对所实现的数据处理算法进行签名；

计算机生成包括数据处理算法并经开发者签名的数据处理软件包，并上传至区块链；

部署数据处理软件包到对应的边缘计算节点上；

边缘计算节点运行数据处理软件算法以处理各类从物联网传感器采集的数据；

通过可信区块链通信方法将处理后的数据入链。

如图4所示，为本发明一实施例的边缘计算节点的具体结构示意图。在该实施例中，使用定制的区块链数据请求缓冲区缓存区块链方法、签名和地址等；使用定制的密钥存储模块生成和存储公私钥，实现加解密、签名和验证签名；使用区块链请求引擎以高效生成请求消息数据结构；提供可信的工业级物联网硬件接口；提供可重复编程的硬件模块（如FPGA模块）对物联网设备（比如传感器）产生的数据执行前处理；中央处理器CPU主要用于可编程硬件模块的配置载入。

具体地，在该实施例中，所述边缘计算节点包括：

中央处理器，用于从所述软件包中读取传感器类型和传感器的数据格式，对传感器读取单元的数据读取规则进行配置；从所述软件包中读取硬件配置信息，对可重复编程硬件计算单元进行配置；以及从所述软件包中读取数据处理逻辑程序，存入闪存；

传感器读取单元，用于根据自身配置从物联网传感器获取待处理数据，并将待处理数据存储至所述传感器读取单元和所述可重复编程硬件计算单元的共享内存；

闪存，用于存储所述数据处理逻辑程序；

可重复编程硬件计算单元，用于从所述共享内存中获取到待处理数据，并根据所述数据处理逻辑程序和自身配置处理所述待处理数据；

进一步地，所述边缘计算节点还包括区块链数据请求缓冲区和区块链请求处理引擎；

所述中央处理器还用于当所述可重复编程硬件计算单元处理数据完成时，生成区块链数据入链请求，并写入所述区块链数据请求缓冲区；以及将所述区块链数据入链请求发送至所述区块链请求处理引擎；

所述区块链请求处理引擎用于调用智能合约将数据处理结果存储到所述区块链中。

下面结合图4，具体介绍本发明一实施例的物联网数据处理方法的流程：

（1）开发数据处理软件包：

开发者使用高级程序设计语言，比如C语言实现数据处理逻辑程序；

作为数据处理程序的一部分，开发者还需定义该数据处理程序所处理的传感器类型和处理消息的数据格式；

由此形成的数据处理软件包，其包括数据处理的逻辑程序和所处理的输入传感器数据格式和类型。

开发者对数据处理软件包采用自己的私钥签名；

计算机调用区块链智能合约上传签名后的数据处理软件包至区块链；计算机与区块链之间可以采用区块链的加密和解密方法进行开发者身份的验证，以确保存储到区块链的数据处理软件包是真实有效的。

计算机调用区块链智能合约声明数据处理软件包所适用的边缘计算节点，或者可将所适用的边缘计算节点的硬件特征（如硬件型号、序列号）编译写入数据处理软件包。

（2）数据处理软件包部署。

数据处理软件包部署到边缘计算节点的方式可以是主动或被动方式进行。该过程需要在边缘计算节点和区块链之间架设消息中间件。消息中间件可以采用MQTT Broker，但不限于此。

主动方式可以由消息中间件推送数据处理软件包到边缘计算节点安装，被动方式则由边缘计算节点从消息中间件拉取所需的数据处理软件包进行安装。

实际应用场景中，消息中间件可以根据多种规则部署数据处理软件包，例如根据边缘计算节点的特征，例如节点指纹、节点硬件型号、节点公钥等，定义部署规则，并且根据部署规则将数据处理软件包部署到对应的边缘计算节点上。

由于该实施例中，根据数据处理软件包预先配置好的边缘计算节点的特征确定数据处理软件包需要部署的边缘计算节点，并且在数据处理软件包中预先定义了传感器的类型和数据格式，不仅可以针对不同的边缘计算节点配置不同的数据处理算法，并且可以保证边缘计算节点与传感器数据通讯的可靠性。同时，可以实现在应用在根据边缘计算节点的运算量和传感器数据的采集量进行边缘计算节点的运算量调配的作用。

（3）边缘计算节点安装和加载数据处理软件包。

在数据处理软件包下载到边缘计算节点后，边缘计算节点首先验证软件包的签名的证书链是否完整连接到该边缘计算节点的节点根证书。因此，边缘计算节点可以对接收到的数据处理软件包的真实有效性进行验证。

验证通过后，CPU读取软件包定义的输入设备读取规则，并配置好传感器读取单元和输入设备时钟。

CPU解析软件包定义的可重复编程硬件配置信息，并将配置载入可重复编程硬件计算单元。节点解析软件包中定义的软件部分的配置并存入闪存中。

（4）边缘计算节点读取和采集数据

传感器读取单元通过数据获取引擎，根据软件包定义的数据时钟频率采集数据，并且采集的数据符合软件包中定义的传感器的数据格式，并将数据存储到与可重复编程硬件共享的内存中；

CPU搜索该共享内存地址并调用对应的可重复编程硬件处理程序的代码块；

当可重复编程硬件处理完毕数据后，将处理结果写回共享内存中，并通知CPU计算完成；

CPU生成区块链数据入链请求，并将相应参数和请求写入请求缓冲区；

CPU提交发送数据入链请求到区块链请求处理引擎，由其负责调用智能合约将数据入链。区块链请求处理引擎与区块链的通信过程中，可以采用区块链的加密解密方式，确保数据处理结果存储的真实性和可靠性。

另外，由于数据处理结果是存储在区块链中的，有效地保证了数据处理结果的安全性和不易篡改性，在区块链中任一个区块节点所能获取到的数据处理结果与其他节点均是一致的，提高了物联网领域传感器数据采集、处理和存储的效率和可靠性。

本发明实施例还提供一种物理网数据处理设备，包括处理器；存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行所述的物联网数据处理方法的步骤。

所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为方法、系统或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式（包括固件、微代码等），或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

下面参照图5来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备600。图5显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图5所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元840、连接不同系统组件（包括存储单元840和处理单元610）的总线630、显示单元640等。

其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元610执行，使得所述处理单元610执行本说明书上述电子处方流转处理方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，所述处理单元610可以执行如图1中所示的步骤。

所述存储单元840可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元（RAM）8401和/或高速缓存存储单元8402，还可以进一步包括只读存储单元（ROM）8403。

所述存储单元840还可以包括具有一组（至少一个）程序模块8405的程序/实用工具8404，这样的程序模块8405包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备600也可以与一个或多个外部设备700（例如键盘、指向设备、蓝牙设备等）通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备（例如路由器、调制解调器等等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络（例如局域网（LAN），广域网（WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，所述程序被执行时实现所述的物联网数据处理方法的步骤。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述电子处方流转处理方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。

参考图6所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品800，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

所述计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网（LAN）或广域网（WAN），连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

综上所述，本发明所提供的物联网数据处理方法、系统、设备及存储介质，提出了一种在边缘计算节点上采用可信安全的方式处理物联网数据的技术方案，解决了硬件处理程序部署的复杂性和可信性，在边缘计算节点中部署和加载数据处理硬件（如FPGA），从而能够进行高效数据处理，并且将处理后结果写入区块链，从而保证数据处理结果的安全性和一致性；同时本发明通过将数据处理逻辑和相关配置打包为数据处理软件包，并由开发者签名后写入区块链的方式来保证数据处理软件包本身的安全性和无法篡改性。

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。