環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建中區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

倫迪

摘要：現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)雖然具備一定的物聯(lián)網(wǎng)功能屬性，但仍有很多環(huán)節(jié)依賴人工控制完成，而且系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)置過于集中，極易遭到網(wǎng)絡(luò)病毒的攻擊，導(dǎo)致系統(tǒng)信息安全面積較大威脅。本文結(jié)合國網(wǎng)漯河供電公司群眾創(chuàng)新項目，分析了當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建中亟待解決的問題，之后針對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建過程中區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用策略進(jìn)行了相關(guān)探究，希望相關(guān)經(jīng)驗總結(jié)與措施建議可以為我國環(huán)境監(jiān)測工作做出積極貢獻(xiàn)[1]。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng);區(qū)塊鏈;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);應(yīng)用策略

引言：國網(wǎng)漯河供電公司群眾創(chuàng)新項目是通過“物聯(lián)網(wǎng)”和“區(qū)塊鏈”的有機融合，構(gòu)建起一種更加先進(jìn)科學(xué)的環(huán)境監(jiān)測裝置。它不僅為電力機房安全運行提供更加多元化的管控手段，實現(xiàn)更高層次的自動化管控。而且不同以往的系統(tǒng)模塊化設(shè)計，更有利于監(jiān)測模塊的迭代升級，使通信機房移動通信設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟性獲得全面提升，更在很大程度上降低了設(shè)備維護(hù)成本。因此，值得針對這一項目案例的寶貴經(jīng)驗進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。

一、國網(wǎng)漯河供電公司群眾創(chuàng)新項目簡介

在國網(wǎng)漯河供電公司以往的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，運用的是B/S架構(gòu)和C/S架構(gòu)的集中式部署方案。在這種模式下，一旦機房環(huán)境發(fā)生變化，則需要針對整個監(jiān)控系統(tǒng)重新做出調(diào)整。不僅會消耗大量資金成本，還不利于機房設(shè)備的迭代升級。因此，該公司決定通過物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的結(jié)合運用，對以往的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新升級，全面解決環(huán)境監(jiān)測裝置在實際應(yīng)用中相對固化、不便于靈活部署、設(shè)備無法更新迭代、環(huán)境記錄容易惡意篡改等一系列障礙問題。

二、項目研究內(nèi)容及技術(shù)原理

（一）研究內(nèi)容

本項目研究內(nèi)容包括小型化、模塊化、高集成度的環(huán)境監(jiān)測裝置。研究目標(biāo)是借助區(qū)塊鏈技術(shù)提高環(huán)節(jié)監(jiān)控記錄的可靠性，防止監(jiān)控數(shù)據(jù)被人為篡改。在裝置設(shè)計中，著重提高接口的兼容性，使其能夠同時適配多種型號的傳感器，搭配出可適應(yīng)多同情況的最小化系統(tǒng)，該系統(tǒng)還要具備較強的擴展性，實現(xiàn)真正意義上的量身定制，體現(xiàn)出因地制宜的發(fā)展理念。具體的研究內(nèi)容包括：第一，研究新型單片機及配套的RPI微型電腦平臺，針對微型平臺開發(fā)適配多種傳感器的接口;第二，研究區(qū)塊鏈技術(shù)，并將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測裝置中，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性;第三，研制基于區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測裝置[2]。

（二）技術(shù)原理

1.嵌入式處理器及微電腦平臺

目前，最具代表性的嵌入式處理器微電腦平臺當(dāng)屬樹莓派。它是一款基于ARM的微型電腦主板，其內(nèi)存硬盤為SD/MicroSD卡;卡片主板周圍，設(shè)置了1/2/4個USB接口和1個10/100以太網(wǎng)接口。這些接口除了用于連接鍵盤、鼠標(biāo)和網(wǎng)線以外，還為輸出視頻模擬信號的電視和HDMI高清視頻提供了輸出接口。以上部件全部整合在同一張主板上，該主板的尺寸雖然只有一張信用卡大小，卻集合了所有PC的基本功能。只需接通電視機和鍵盤，可以掃行制作電子表格、文字處理、玩游戲、播放高清視頻等多項功能。圖1即為微電腦主板：

圖1 微電腦主板

微電腦平臺得益于體積小、外部接口多，能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，如項目所需的外部接口，如圖2所示，17個GPIO及HAT規(guī)格鋪設(shè)可滿足項目所需的外部傳感器接口定制。

圖2 接口定義圖

2.區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N自引用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其主要用途是存儲大量交易信息，并且將每一條記錄按照從后向前的順序鏈接成一個整體，從而賦予數(shù)據(jù)信息公開透明、無法篡改、方便追溯等優(yōu)勢特點。使用區(qū)塊鏈技術(shù)，把分布于各個機房的末端計算設(shè)備鏈接起來，通過一種共識機制互相證實機房環(huán)境記錄的真實性和可靠性，從而達(dá)到環(huán)境巡視記錄不可篡改的目的[3]。

3.傳感器外接適配及內(nèi)外部接口

利用微電腦平臺所帶的GPIO接口，能夠開發(fā)出適配多種傳感器的外接適配，如圖3所示，此種做法有利于外接傳感器模塊的升級迭代，不會因為傳感器的升級而需要更換大量適配設(shè)備。

圖3 裝置結(jié)構(gòu)框圖

裝置中可以利用嵌入式程序的方式，融合區(qū)塊鏈技術(shù)，搜集處理傳感器數(shù)據(jù)后，記錄數(shù)據(jù)并通過共識機制發(fā)布到公鏈上，防止記錄被篡改[4]。

三、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建中區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用成果

國網(wǎng)漯河供電公司群眾創(chuàng)新項目中，憑借環(huán)境監(jiān)測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)以及區(qū)塊鏈的綜合運用，解決了環(huán)境監(jiān)測裝置在實際生產(chǎn)中相對固化、系統(tǒng)無法實現(xiàn)一次建設(shè)、設(shè)備更新迭代問題、環(huán)境記錄人為篡改一系列弊端問題。而且，借助區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，只需將環(huán)境監(jiān)測裝置安裝到一臺普通的末端計算當(dāng)中，即可執(zhí)行各項操作命令，體現(xiàn)出較強的靈活性與經(jīng)濟性。使用區(qū)塊鏈技術(shù)，可將分布于各個機房的末端計算鏈接成一個網(wǎng)絡(luò)，再建立起一種共識機制，實現(xiàn)所有末端計算機的互相證實，避免環(huán)境巡視記錄被人為篡改，使機房環(huán)境記錄的真實性與可靠性獲得顯著提升[5]。

結(jié)語：機房環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中的數(shù)據(jù)為科學(xué)研究、企業(yè)管理以及相關(guān)工作決策提供非常重要的參考依據(jù)。然而，很多機房環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由于受到技術(shù)水平和設(shè)計理念上的限制，存在諸多不科學(xué)、不合理之處，導(dǎo)致在實際應(yīng)用過程中遇到系統(tǒng)無法一次建設(shè)、設(shè)備難以迭代升級、環(huán)境記錄容易被人為篡改一系列問題。為了解決上述問題，相關(guān)技術(shù)人員通過對環(huán)境監(jiān)測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)以及區(qū)塊鏈的綜合運用，構(gòu)建起更加先進(jìn)科學(xué)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，有效保證了數(shù)據(jù)信息的安全性與真實，為數(shù)據(jù)信息的高效利用提供了極大的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮順萍.物聯(lián)網(wǎng)中區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用與展望[J].電子技術(shù)與軟件工程，2021（14）：188-189.

[2]張立群，豐?？?，高麗莎，李佩澤.基于“物聯(lián)網(wǎng)+”區(qū)塊鏈技術(shù)的工程檢測管理系統(tǒng)[J].信息系統(tǒng)工程，2021（05）：48-50.

[3]時曄.區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用研究[J].電子測試，2021（06）：73-74+100.DOI：10.16520/j.cnki.1000-8519.2021.06.032.

[4]田志宏，趙金東.面向物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)塊鏈共識機制綜述[J].計算機應(yīng)用，2021，41（04）：917-929.

[5]陳錦煌，劉志洋.基于區(qū)塊鏈的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)安全共享的探究[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2020（07）：82-83+87.