本发明涉及空气监测技术领域，具体涉及基于区块链技术的大气污染环境采集处理系统。
背景技术：
相关技术中，对城市大气污染监测的方法主要有：
(1)传统方法，即人工取样实验室分析的方法。这种方法只能得到大气污染监测区域内某段时间内的监测值，无法进行实时监测，监测结果受人为的影响很大，同时，当大气污染监测区域有害气体浓度很高时会严重伤害监测人员的身体健康；
(2)目前比较流行的在线监测，多采用国外进口的自动化大气环境监测设备进行监测，这种监测方法，尽管能够实现实时监测，但所用设备结构复杂、价格昂贵、难以维护、运营成本高且其工作环境苛刻。
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，本发明提供基于区块链技术的大气污染环境采集处理系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了基于区块链技术的大气污染环境采集处理系统，包括数据转发器、无线传感器网络以及具有多个数据校验节点组成的数据校验网络；所述的无线传感器网络用于对大气污染进行监测，获取大气污染感测数据并发送至数据转发器；所述数据转发器在接收到处理后的所述大气污染感测数据后，转发至所述数据校验网络；所述数据校验网络中的多个数据校验节点负责对所述数据转发器转发的所述大气污染感测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；所述的无线传感器网络包括汇聚节点和多个传感器节点，传感器节点用于采集大气污染感测数据，并将采集的大气污染感测数据通过并行多径路由方式传输至汇聚节点；汇聚节点接收和处理传感器节点输出的大气污染感测数据，并将处理后的大气污染感测数据传输至数据转发器。
进一步地，系统还包括认证中心，认证中心对所述数据转发器、所述传感器节点、汇聚节点和所述数据校验节点进行授权认证。
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：采用无线传感器网络技术获取大气污染感测数据，无需布线，节省人力物力，可扩展性好，适合构建大规模的监测系统，适合推广应用；利用数据校验节点来完成数据校验任务，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系统结构连接框图；
图2是本发明一个示例性实施例的无线传感器网络的结构示意图。
附图标记：
数据转发器1、无线传感器网络2、数据校验网络3、传感器节点4、汇聚节点5。
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、图2，本实施例提供了基于区块链技术的大气污染环境采集处理系统，包括数据转发器1、无线传感器网络2以及具有多个数据校验节点组成的数据校验网络3；所述的无线传感器网络2用于对大气污染进行监测，获取大气污染感测数据并发送至数据转发器1；所述数据转发器1在接收到处理后的所述大气污染感测数据后，转发至所述数据校验网络3；所述数据校验网络3中的多个数据校验节点负责对所述数据转发器1转发的所述大气污染感测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；所述的无线传感器网络2包括汇聚节点5和多个传感器节点4，传感器节点4用于采集大气污染感测数据，并将采集的大气污染感测数据通过并行多径路由方式传输至汇聚节点5；汇聚节点5接收和处理传感器节点4输出的大气污染感测数据，并将处理后的大气污染感测数据传输至数据转发器1。
进一步地，系统还包括认证中心，认证中心对所述数据转发器1、所述传感器节点4、汇聚节点5和所述数据校验节点进行授权认证。在一个实施例中，传感器节点4在通过认证中心的授权认证后成为合法传感器节点4，并获取唯一的传感器节点4数字证书和对称密钥；汇聚节点5在通过认证中心的授权认证后成为合法汇聚节点5，并获取唯一的汇聚节点5数字证书和对称密钥；所述数据转发器1在通过认证中心的授权认证后，获取唯一的数据转发器1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1向所述数据校验网络3和所述无线传感器网络2广播；所述私钥，用于通过人为在所述数据校验节点间共享。
本发明上述实施例采用无线传感器网络2技术获取大气污染感测数据，无需布线，节省人力物力，可扩展性好，适合构建大规模的监测系统，适合推广应用；利用数据校验节点来完成数据校验任务，将校验工作从数据转发器1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4采集的大气污染感测数据通过并行多径路由方式传输至汇聚节点5，具体为：传感器节点4将由汇聚节点5确定的多个优选路由路径作为大气污染感测数据传输的路径，确定各优选路由路径之间的负载比例，将采集的大气污染感测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。
本实施例将大气污染感测数据分流到多条路由路径中同时进行传输，能够有效提高大气污染感测数据传输的效率。
在一个实施例中，汇聚节点5确定传感器节点4的多个优选路由路径，具体包括：
(1)汇聚节点5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4为源节点，汇聚节点5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5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4、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，其中设定基本条件为：
式中，e(i)为路由路径i中剩余能量最小的传感器节点4的剩余能量，e(j)为路由路径j中剩余能量最小的传感器节点4的剩余能量，n为路由路径数量，
(4)汇聚节点5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5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5根据该选择机制来确定传感器节点4的多个优选路由路径，可有效地减少传感器节点4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5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5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4确定路径探测包中包含的传感器节点4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4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5。其中，邻居节点指的是位于传感器节点4通信范围内的其他传感器节点4。
在一个实施例中，汇聚节点5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，q(a)表示路由路径a的质量权值，e(a)为路由路径a中剩余能量最小的传感器节点4的剩余能量，c(a)为路由路径a的总跳数，n(a)为路由路径a包含的传感器节点4个数，n为部署的传感器节点4个数，emin是为满足网络服务质量要求而设定的能量下限，cmax为满足网络服务质量要求而设定的跳数上限，γ1、γ2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4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4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大气污染感测数据发送速率，并能够进一步节省大气污染感测数据传输的能量消耗，从而节省大气污染环境采集处理系统的通信成本。
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，w(b)表示优选路由路径b的负载权值，α,β属于优选路由路径b上的传感器节点4，ωα,β(t)为链路α,β在当前时刻t传输大气污染感测数据占用的带宽，ωα,β为链路α,β上的最大带宽；
(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。
本实施例将大气污染感测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4的能耗均衡，有效提高大气污染感测数据传输的效率，延长无线传感器网络2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。