一种基于时间序列预测编码的区块链数据采集系统

本发明涉及区块链、网络通信技术和时间序列预测编码领域，特别是涉及一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统。

背景技术：

1、区块链成为国家战略大力促进了区块链行业的快速发展，物联网群是构成区块链的重要基石，而位于物联网末端的众多传感器网络是构成物联网的基础。不计其数的物联网末端传感器的绝大部分是产生有始无终的时间长序列数据，涉及面包括人们生活衣食住行的方方面面，还包括了军事安全等领域的方方面面，比如：温度传感器、湿度传感器、位置传感器、水位传感器、风力传感器、电表、气表、心率计、速率计、银行账号余额、商品库存量、商品销量、雷达、飞行器航线、潜艇航线、行星轨迹等等。

2、这些末端传感器如果以秒为频次的话，每天一个末端将产生86400条记录。这个数据量不管是传输、存储、查找或访问都会使整个系统产生极大的开销和不太乐观的效率，也将带来区块链建设成本和运维成本的几何级增长；同时，这些数据在传输和存储环节的安全性也受到严重的挑战。这些因素是制约区块链发展的重要因素。

3、关于数据的传输和存储有很多现成的加密方法和系统可以使用，但这些方法和系统都是独立和分离的，和数据无关的。使用这些方法和系统虽然可以保障区块链数据传输和存储的安全，但造成的成本增加，系统复杂度增加也是一个不可忽略的重要因素。另一方面，区块链传感器网络数据规模庞大，造成的通信链路拥挤或阻塞问题也日趋严重。由于网络的的拥挤和阻塞还会导致区块链传感器数据上传不及时、有时延，对区块链或物联网的时效性带来巨大挑战。现有技术除在传统的音视频通信和存储领域里有涉及一些标准的音视频数据的压缩和加密外，还未见到在区块链传感器网络使用相关类似技术。而解决上述技术问题是区块链传感器网络亟待解决的关键问题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，用于解决现有技术中存在的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，包括有：数据预处理模块、样本数据库、训练器模块、预测器模块、数据输出模块、预测结果数据库和可视化模块；

3、所述数据预处理模块位于系统的最底层，用于时间序列数据的格式处理，将输入的数据格式转换成时间戳和数据值格式的行向量形式；

4、所述样本数据库位于所述数据预处理模块的上一层，用于按时间升序存储经所述数据预处理模块格式化后的采样数据；

5、所述训练器模块的输入与所述样本数据库连接；

6、所述训练器模块依据数据样本训练和存储模型，包括有：时间序列变压器功能子模块、训练器子模块、自适应瞬时估算子模块和均方误差损失估算子模块；

7、所述时间序列变压器功能子模块用于将输入数据编号、特征提取和关联计算，位于所述训练器模块的最底层；

8、所述训练器子模块用于训练样本数据，与所述时间序列变压器功能子模块连接；

9、所述自适应瞬时估算子模块依据输入数据的梯度估算一阶矩和二阶矩并保存数据，与所述训练器子模块连接；

10、所述均方误差损失估算子模块用于计算两个输入数据的均方误差并保存数据，与所述训练器子模块连接；

11、所述预测器模块依据所述训练器模块输出的模型预测未来时间点的数据，与所述数据预处理模块、所述训练器模块连接；

12、所述数据输出模块连接到所述预测器模块的输出，用于缓存和格式化所述预测器模块输出的预测结果数据和误差评估数据，其中格式后的数据格式为时间戳和数据值形式的数据对；

13、所述预测结果数据库与所述数据输出模块连接，用于存储所述数据输出模块的输出预测结果；

14、所述可视化模块连接到所述样本数据库、所述预测结果数据库和所述预测器模块，用于展示原始数据图形、展示预测数据图形、展示原始数据和预测数据与原始数据均方误差。

15、可选地，所述数据预处理模块的行向量形式的时间戳是统一的任意时间单位，每个向量间是不等间隔的时间戳。

16、可选地，所述样本数据库是文本形式的文本文件、sql server数据库、 oracle数据库或mysql数据库。

17、可选地，所述时间序列变压器功能子模块是基于torch库的nn.transformer 类变压器。

18、可选地，所述训练器子模块是基于torch库nn.module类的训练器。

19、可选地，所述自适应瞬时估算子模块是基于torch库optim.adam包算子。

20、可选地，所述均方误差损失估算子模块是基于torch库nn.mseloss算子。

21、可选地，所述预测器模块是基于torch库nn.module类的预测器。

22、可选地，所述预测结果数据库是文本形式的文本文件、sql server数据库、oracle数据库或mysql数据库。

23、可选地，所述可视化模块是基于matplotlib库的pyplot算子打印图形视窗。

24、如上所述，本发明提供一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，具有以下有益效果：为了加快推动区块链建设，降低区块链建设主要成本，低成本高时效性运维构成区块链的物联网传感器网络，优化物联网传感器网路负载均衡，提高物联网传感器网络稳定性；本发明提供一种人工智能型的区块链传感器网络数据采集系统，通过巧妙的方法将基于时间序列预测编码的算法融合到区块链物联网通信。由于数据采集系统有一份基于时间点实时预测的数据，所以当网路繁忙或者网络瘫痪和故障时，系统仍然可以输出传感器数据。在传感器网络繁忙时采集系统暂停采集传感器数据而使用预测输出数据，等待网络空闲再获取传感器端尚未输出的传感器数据。在末端传感器损坏时，如战时被摧毁或其他因素导致传感器故障，采集系统依靠预测功能在未来有限的时间段内仍然可以输出较为可靠的传感器数据。对于传感器历史数据的存储问题而言，当模型训练到可接受的误差范围内时，可以删除大量存储在数据库里的原始采集数据和预测数据，这样不但可以有效减少存储和维护成本，而且系统就像一个有始无终的数据源，可以输出自传感器安装启用后的任意时刻数据；当系统只剩下训练好的模型而没有数据时，传感器的数据安全也将得到进一步的保障。更进一步地，一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统在训练原始数据时采用卷积算子编码数据，对数据有了很好的滤波效果，所以末端传感器可以降低精度规格，传感器端的soc规格也可以进一步降低，从而降低末端传感器网络建设成本。事实上，区块链末端大多数传感器数据是基于时间的平稳序列是保障基于时间序列预测编码区块链数据采集系统有效的重要因素。

技术特征：

1.一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，其特征在于，包括有：数据预处理模块、样本数据库、训练器模块、预测器模块、数据输出模块、预测结果数据库和可视化模块；

2.根据权利要求1所述的一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，其特征在于，包括有：时间序列变压器功能子模块、训练器子模块、自适应瞬时估算子模块和均方误差损失估算子模块；

3.根据权利要求1所述的一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，其特征在于，所述数据预处理模块的行向量形式的时间戳是统一的任意时间单位，每个向量间是不等间隔的时间戳。

4.根据权利要求1所述的一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，其特征在于，所述样本数据库是文本形式的文本文件、sql server数据库、oracle数据库或者mysql数据库。

5.根据权利要求1所述的一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，其特征在于，所述时间序列变压器功能子模块是基于torch库的nn.transformer类变压器。

6.根据权利要求1所述的一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，其特征在于，所述训练器子模块是基于torch库nn.module类的训练器。

7.根据权利要求1所述的一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，其特征在于，所述自适应瞬时估算子模块是基于torch库optim.adam包算子。

8.根据权利要求1所述的一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，其特征在于，所述均方误差损失估算子模块是基于torch库nn.mseloss算子。

9.根据权利要求1所述的一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，其特征在于，所述预测器模块是基于torch库nn.module类的预测器。

10.根据权利要求1所述的一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，其特征在于，所述预测结果数据库是文本形式的文本文件、sql server数据库、oracle数据库或者mysql数据库；所述可视化模块是基于matplotlib库的pyplot算子打印图形视窗。

技术总结
本发明提供一种基于时间序列预测编码区块链数据采集系统，包括有：数据预处理模块、样本数据库、训练器模块、预测器模块、数据输出模块、预测结果数据库和可视化模块。本发明将基于时间序列预测编码的算法融合到区块链物联网通信的技术方案，可以降低区块链建设主要成本，降低区块链运维成本，提高区块链时效性，提高区块链物联网传感器数据安全，优化物联网传感器网路负载均衡，提高物联网传感器网络稳定性。

技术研发人员：聂弯,沈冰亮
受保护的技术使用者：北京印刷学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15