基于区块链技术的物联网环境数据共享平台的研究和应用

摘要

近年来区块链技术发展迅速，其应用场景得到不断的探索。同时，物联网快速扩张，机器传感器数据呈指数增长态势，面对这一现状，区块链应用于物联网领域则显示出其优势。本文针对物联网中的环境数据场景，研究一种基于区块链的数据共享平台应用，实现去中心化的数据质量评估、数据存储、数据验证、数据交易的功能。　　具体实际应用场景为：采集用户作为数据提供者携带移动传感器(这些传感器可安装在共享单车或汽车上)在城市中行驶，途中会采集到环境数据，这些数据会上传至区块链应用系统，数据消费者可在系统中选择想要购买的数据，被选择的数据会在系统中进行质量评估，消费者通过数据质量好坏发放交易金额，这些金额将作为激励发放给数据提供者们，从而鼓励提供者们采集更多且质量更高的环境数据。　　本文主要研究工作如下：　　(1)研究并设计一种数据质量评估模型，解决在没有参考源情况下进行数据质量评估的问题。该模型整体思想为，首先把采集数据和采集点的真实数据建立起一种联系，然后将采集数据与真实数据的误差作为衡量数据质量的标准。　　(2)设计并编写以太坊智能合约。通过深入了解区块链相关技术，结合本文业务场景，在以太坊智能合约中实现环境数据存储、验证、交易功能逻辑。本文的智能合约有两个关键点，一是进入系统的所有角色都要对数据进行验证，保证数据透明且一定程度上防止作恶节点破坏；二是为了体现交易的公平性，数据提供者有权不接受消费者的出价，要求消费者重新出价。　　(3)实现基于区块链的物联网环境数据共享系统。基于上述研究内容，进一步根据区块链特点将上述内容实现在系统中。首先分析业务场景下系统操作流程，并将系统模块化、分层化；其次设计具体存储方案；然后分别设计并编写前端界面和后端交互接口，集成智能合约到系统中；最后对系统进行功能测试。

目录

声明

第1 章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 区块链技术发展现状

1.2.2 区块链结合物联网发展现状

1.3 研究内容

1.4 论文结构

第2 章 区块链相关技术

2.1 区块链底层架构

2.1.1 网络层

2.1.2 共识层

2.1.3 数据层

2.1.4 智能合约层

2.1.5 应用层

2.2 以太坊与智能合约

2.3 IPFS

2.4 区块链技术与物联网的结合

2.5 本章小结

第3 章环境数据质量管理与激励

3.1 环境数据质量评估

3.1.1 环境数据质量评估的目的

3.1.2 环境数据质量评估模型

3.1.3 环境数据质量评估实验

3.2 激励机制

3.2.1 激励算法

3.2.2 实验设计和结果分析

3.3本章小结

第4 章数据共享平台智能合约与系统的设计与实现

4.1 区块链应用平台选型

4.2 智能合约功能及业务流程设计

4.2.1 智能合约功能要点分析

4.2.2具体业务流程设计

4.3 智能合约功能函数编码设计

4.3.1成员数据结构定义

4.3.2 功能函数编码

4.4 智能合约部署

4.4.1 开发框架安装

4.4.2 智能合约编译及部署

4.5 系统架构设计

4.5.1 系统平台业务执行总体流程

4.5.2 系统架构分层设计及功能总结

4.6 数据存储方案设计

4.7 系统具体实现

4.7.1 技术选型

4.7.2 IPFS和mongoDB 环境配置

4.7.3 后台接口设计与实现

4.7.4 前端设计与实现

4.8 本章小结

第5 章系统功能测试及智能合约Gas 相关实验

5.1系统功能测试

5.1.1 Upload manage 模块测试

5.1.2 Home 模块测试

5.1.3 Mine模块测试

5.2 智能合约 Gas统计分析实验

5.3 本章小结

结论

参考文献

致 谢

附录A 攻读硕士学位期间主要研究成果