本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种基于区块链技术的智能家居系统。
背景技术：
随着人们对家居舒适健康要求的提高，智能家居的概念逐渐被提出和接纳，智能家居一般是利用先进的计算机网络通讯技术、综合布线技术和人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统有机地结合在一起，通过综合智能控制和管理，实现全新的家居生活体验，目前家庭生活中制冷供暖是一件大事，对人们的生活舒适性有重大影响，然而制冷供暖需要根据人体的感受实时进行调节，普通的集体供暖和空调制冷具有很大的局限性，不能及时进行温度调节，基于以上原因，需要一种基于区块链技术的智能家居系统，使家庭制冷供暖更加安全智能，既能达到智能控制也需要节省能源。
物联网通过各种信息传感设备，实时采集需要监控、连接、互动的物体各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网系统中每时每刻都在进行着与数据有关的操作，包括数据采集、数据传输和数据存储等环节。数据在每一个环节都容易受到恶意攻击和非法篡改操作。在数据采集环节，非法节点可以冒充或者攻击合法节点进行非法感测数据的上传；在数据传输环节，一方面由于信道质量不佳可能引起误码，另一方面由于数据在传输过程中容易被恶意修改，最终导致上传的数据不合法等。因此，在数据存储前进行数据校验是必不可少的操作。数据校验的目的是为了防止非法节点的冒充和攻击行为、杜绝数据在传输过程中被恶意篡改、保证数据的真实性、合法性与完整性。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种基于区块链技术的智能家居系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种基于区块链技术的智能家居系统，包括无线传感器网络、温度调节器、风流调节器、环境调控平台，其中无线传感器网络、温度调节器、风流调节器皆与环境调控平台连接；所述无线传感器网络用于对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至环境调控平台；所述的环境调控平台用于对接收的室内环境数据进行校验、分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节器和风流调节器的运行；所述无线传感器网络包括多个传感器节点、汇聚节点，汇聚节点和多个传感器节点一同构建成用于感知和采集室内环境数据的无线传感器网络，传感器节点通过并行多径路由方式将室内环境数据传输至汇聚节点，进而由汇聚节点将接收到的室内环境数据传送到环境调控平台；还包括认证中心，认证中心对所述传感器节点和所述数据校验节点进行授权认证。
优选地，所述的环境调控平台包括数据校验模块、数据处理模块、温度控制模块、风流控制模块，其中温度控制模块、风流控制模块的输入端皆与数据处理模块连接，温度控制模块的输出端与温度调节器连接、风流控制模块的输出端与风流调节器连接；数据校验模块与数据处理模块连接，数据校验模块包括多个数据校验节点，数据校验节点负责对接收的室内环境数据进行校验并保存；各所述数据校验节点为区块链节点，多个所述数据校验节点组成一个分布式数据库。
优选地，传感器节点在通过认证中心的授权认证后成为合法传感器节点，并获取唯一的传感器节点数字证书和对称密钥；汇聚节点在通过认证中心的授权认证后成为合法汇聚节点，并获取唯一的汇聚节点数字证书和对称密钥；所述数据转发器在通过认证中心的授权认证后，获取唯一的数据转发器数字证书和对称密钥；所述数据校验节点在通过认证中心的授权认证后成为合法数据校验节点，并获取唯一的公钥、私钥、数据校验节点数字证书和对称密钥；所述公钥，用于通过所述数据转发器向所述数据校验网络和所述无线传感器网络广播；所述私钥，用于通过人为在所述数据校验节点间共享。
本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术进行室内环境数据采集，避免了布线的麻烦，智能快捷；通过对采集到的室内环境数据进行分析处理，根据室内环境数据控制温度调节器和风流调节器的运行，实现家居温度和空气流通性的调节，让人在回到家时就可以享受舒适的环境，结构简单，实用性强；利用数据校验节点来完成数据校验任务，提高了采集的室内环境数据的可信度，将校验工作从数据转发器分发给校验节点，可以克服由于校验任务过于集中而带来的校验效率低、速度慢、传输时延高、易受攻击等问题。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的智能家居系统的结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的环境调控平台的结构示意框图。
附图标记：
无线传感器网络1、温度调节器2、风流调节器3、环境调控平台4、认证中心5、数据处理模块10、温度控制模块20、风流控制模块30、数据校验模块40。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例提供的智能家居系统，包括无线传感器网络1、温度调节器2、风流调节器3、环境调控平台4，其中无线传感器网络1、温度调节器2、风流调节器3皆与环境调控平台4连接。
无线传感器网络1用于对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至环境调控平台4。无线传感器网络1包括多个传感器节点、汇聚节点，汇聚节点和多个传感器节点一同构建成用于感知和采集室内环境数据的无线传感器网络，传感器节点通过并行多径路由方式将室内环境数据传输至汇聚节点，进而由汇聚节点将接收到的室内环境数据传送到环境调控平台4。本实施例利用无线传感器网络技术进行室内环境数据采集，避免了布线，实施简单。
其中，传感器节点包括数据采集模块、数据分析处理模块以及数据通信模块；数据采集模块由传感器与模数转换器完成，数据分析处理模块由微处理器与存储器完成，数据通信模块由无线收发器完成。其中，传感器为温度传感器和/或风流传感器。
智能家居系统还包括认证中心5，认证中心5对所述传感器节点和所述数据校验节点进行授权认证。
环境调控平台4用于对接收的室内环境数据进行校验、分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节器2和风流调节器3的运行。
可选地，如图2所示，环境调控平台4包括数据处理模块10、温度控制模块20、风流控制模块30和数据校验模块40，其中温度控制模块20、风流控制模块30的输入端皆与数据处理模块10连接，温度控制模块20的输出端与温度调节器2连接、风流控制模块30的输出端与风流调节器3连接；数据校验模块40与数据处理模块10连接，数据校验模块40包括多个数据校验节点，数据校验节点负责对接收的室内环境数据进行校验并保存；各所述数据校验节点为区块链节点，多个所述数据校验节点组成一个分布式数据库。
数据处理模块10对经过数据校验节点校验后的室内环境数据进行分析处理，将经过数据校验节点校验后的室内环境数据与预设的指标进行比较，根据比较的结果生成控制指令，并将控制指令发送至温度控制模块20、风流控制模块30，进而由温度控制模块20、风流控制模块30控制温度调节器2和风流调节器3的运行。
可选地，根据比较的结果生成控制指令，例如，当无线传感器网络1采集的室内温度超过预设的数据阈值上限时，数据处理模块10向温度控制模块20发送调低温度的控制指令，并向风流控制模块30发送启动送风的控制指令，进而温度控制模块20根据控制指令控制温度调节器2进行冷源提供，风流控制模块30根据控制指令控制风流调节器3输送风，从而将室内温度控制在适宜的范围内。而当无线传感器网络1采集的室内温度低于预设的数据阈值下限时，数据处理模块10向温度控制模块20发送调高温度的控制指令，并向风流控制模块30发送关闭送风的控制指令，进而温度控制模块20根据控制指令控制温度调节器2进行热源提供，风流控制模块30根据控制指令控制风流调节器3不再进行送风操作。
可选地，温度调节器2连接地源热泵，地源热泵提供热源及冷源，温度控制模块20可根据控制指令控制温度调节器2调节地源热泵提供热源或者冷源，从而将室内温度控制在适宜的范围内。
在另一个可选的方式中，温度调节器2为空调，温度控制模块20可根据控制指令控制温度调节器2输送冷源或热源。
可选地，风流调节器3为通风装置，风流控制模块30通过控制风流调节器3的启闭来实现通风或者不通风。
本发明上述实施例利用无线传感器网络技术进行室内环境数据采集，避免了布线的麻烦，智能快捷；通过对采集到的室内环境数据进行分析处理，根据室内环境数据控制温度调节器和风流调节器的运行，实现家居温度和空气流通性的调节，让人在回到家时就可以享受舒适的环境，结构简单，实用性强；利用数据校验节点来完成数据校验任务，提高了采集的室内环境数据的可信度，将校验工作从数据转发器分发给校验节点，可以克服由于校验任务过于集中而带来的校验效率低、速度慢、传输时延高、易受攻击等问题。
在一个实施例中，传感器节点通过并行多径路由方式将室内环境数据传输至汇聚节点，具体为：传感器节点将由汇聚节点确定的多个优选路由路径作为室内环境数据传输的路径，确定各优选路由路径之间的负载比例，将采集的室内环境数据按照负载比例分割后分配给各优选路由路径进行传输。
本实施例将室内环境数据分流到多条路由路径中同时进行传输，能够有效提高室内环境数据传输的效率。
在一个实施例中，汇聚节点确定传感器节点的多个优选路由路径，具体包括：
(1)汇聚节点在网络初始化阶段向网络广播初始化信息，记录发送初始化信息的时间t0；
(2)设始发路径探测包的传感器节点为源节点，汇聚节点接收源节点发送的多个路径探测包并记录相应的接收时间，通过处理路径探测包得到源节点到汇聚节点的多条路由路径，其中每个路径探测包携带了一条路由路径的基本信息，所述的基本信息包括该路由路径中包含的传感器节点、链路状态信息及带宽需求信息；
(3)对路由路径进行筛选，对不满足基本条件的路径进行剔除，根据源节点的带宽需求估计需要的路由路径数k，对筛选出的路由路径进行k均值聚类，根据聚类结果将剩余的路由路径分成k个簇；
(4)汇聚节点从每个簇中选择一条路由路径作为优选路由路径，得到k个优选路由路径，汇聚节点沿每条优选路由路径将对应的优选路由路径信息发送给源节点并更新源节点的路由表，进而源节点得到k个优选路由路径。
本实施例设定了多路由路径的选择机制，汇聚节点根据该选择机制来确定传感器节点的多个优选路由路径，可有效地减少传感器节点的负担。其中，本实施例在确定要聚类的路由路径时，创新性地设定了用于筛选路由路径的基本条件，对不满足基本条件的路径进行剔除，可有效地提高优选路由路径选择的速率，降低分簇的复杂性。
其中，设定基本条件为：
式中，p(i)为路由路径i中剩余能量最小的传感器节点的剩余能量，p(j)为路由路径j中剩余能量最小的传感器节点的剩余能量，n为路由路径数量，
本实施例基于能量和路径探测包传送时间两方面的因素制定该基本条件，能够使得整体能量较多、信息传输延时较小的路由路径具有更大的概率被选择为优选路由路径。
上述实施中，汇聚节点每接收到源节点发送的一个路径探测包，则得到一条路由路径。其中，路径探测包从源节点到汇聚节点的过程，具体包括：源节点向网络广播路径探测包，收到路径探测包的传感器节点确定路径探测包中包含的传感器节点个数是否超过预设的个数阈值，当超过时舍弃该路径探测包，当没有超过时将自身的id、当前剩余能量以及与上一跳传感器节点间的单跳链路信息加入到接收的路径探测包中，形成新的路径探测包，并选择距离最近的邻居节点作为下一跳节点，将该新的路径探测包发送至下一跳节点，直至路径探测包到达汇聚节点。其中，邻居节点指的是位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点。
在一个实施例中，汇聚节点从每个簇中选择一条路由路径作为优选路由路径，具体包括：
(1)计算簇内每个路由路径的质量权值：
式中，e(f)表示路由路径f的质量权值，p(f)为路由路径f中剩余能量最小的传感器节点的剩余能量，a(f)为路由路径f的总跳数，n(f)为路由路径f包含的传感器节点个数，n为部署的传感器节点个数，pmin是为满足网络服务质量要求而设定的能量下限，amax为满足网络服务质量要求而设定的跳数上限，c1、c2为设定的权重系数；
(2)选取质量权值最大的路由路径作为该簇的优选路由路径。
本实施例创新性地设定了路由路径的质量权值的计算公式，该公式使得当前剩余能量较多、跳数和传感器节点个数较少的路由路径具备更大的质量权值，由于跳数和传感器节点个数影响到链路开销值和数据传输时间，选取质量权值最大的路由路径作为该簇的优选路由路径，能够使得选择的优选路由路径具备更高的路由成功率和室内环境数据发送速率，并能够进一步节省室内环境数据传输的能量消耗，从而节省智能家居系统的通信成本。
在一个实施例中，确定各优选路由路径之间的负载比例，具体包括：
(1)计算各优选路由路径的负载权值：
式中，g(h)表示优选路由路径h的负载权值，α,β属于优选路由路径h上的传感器节点，wα,β(t)为链路α,β在当前时刻t传输室内环境数据占用的带宽，wα,β为链路α,β上的最大带宽；e(h)为路由路径h的质量权值；
(2)将各优选路由路径的负载权值之间的比例确定为各优选路由路径之间的负载比例。
本实施例将室内环境数据根据各优选路由路径之间的负载比例分流到多条路由路径中同时进行传输，能够整合网络资源，提高网络资源的利用率，均衡各路由路径的能耗，从而实现各传感器节点的能耗均衡，有效提高室内环境数据传输的效率，延长无线传感器网络1的寿命。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。