基于LoRa通信技术及区块链节点化架构的智慧园区物联网平台的研究与设计.docx

基于LoRa通信技术及区块链节点化架构的智慧园区物联网平台的研究与设计摘要：通过研究LoRa无线通信技术、基于区块链节点化架构的智慧物联网技术，将园区中传统多样化智能系统改造为高融合、可感知、能交互，并具有自我学习能力，不断进化的智慧系统，实现系统与系统，用户与系统之间的智慧互联，从而实现真正意义的智慧化园区。关键词：LoRa；NFSP协议；区块链；智慧园区；物联网；VF-IoT1、概述物联网技术与智慧园区相结合可以实现园区内各个智能化系统的有效协同，数据共享，通过物联网技术构筑的智慧园区平台具有可扩展的业务配置管理功能，通过它可向住户、企业、园区管理者、系统维护者等不同用户提供多样化的服务，可以满足用户的个性化需求。LORA通信技术是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，为用户提供一种远距离、低功耗的系统。NFSP为LPWAN网络制定通讯协议和系统架构。区块链凭借主体对等、公开透明、安全通信、难以篡改和多方共识等特性，对物联网将产生重要的影响：降低中心化架构的高额运维成本，安全通信的特质将有助于保护隐私，依托链式的结构有助于构建多点的分布式架构，促进信息的横向流动和多方协作。本文通过研究LoRa无线通信技术、基于区块链节点化架构的智慧物联网技术，将园区中传统多样化智能系统改造为高融合、可感知、能交互，并具有自我学习能力，不断进化的智慧系统，实现系统与系统，用户与系统之间的智慧互联，从而实现真正意义的智慧化园区。研究内容主要方向是利用区块链技术在物联网中的设备之间建立低成本的连接，并且通过去中心化的共识机制提高系统的安全私密性。同时，区块链技术与智能合约的叠加能够把每个智能设备变成可以自我维护调节的网络节点，可以自行交换信息、核实身份，并且进行业务交易。VF-IoT平台主要是针对企业级私有化物联网应用而规划设计，具体应用到智慧建筑，智慧园区，将不同的智能化服务系统及智能设备进行数据和业务整合。2、基于LoRa的NFSP不稳定网络数据快频交换协议及架构LoRa集中器需要强大的接受信息能力以满足巨量节点的要求，集中器往往会采用多路同时收发的传输器来满足星型网络结构的要求。通过对使用的设备进行分类，以适配不同应用场景，不同设备类别需要平衡下行通讯延迟和电池寿命。NFSP使用两层安全模型：一个为网络安全，一个为应用安全。网络安全是为了保证网络中节点的认证，而应用安全重点保护用户应用数据，它采用AES或SM4加密算法。3、虚拟融合物联网（VF-IoT）平台特性传统物联网平台依托于基础互联网，搭建中心化平台，并在平台进行相关应用的开发。以中心平台为主，其它系统、设备都为从。所有业务都由主中心平台管理协调，所有数据都由中心平台统一存储。VF-IoT平台与区块链、人工智能等革新技术进行深度融合。基于去中心化的分布式架构，将传统的主/从架构转为区块链的节点化架构，形成共享的，向下兼容（改造利旧）的特性。这种架构使得平台不再依赖于特定的中心设备，具备较高的平台稳定性和可扩展性。同时，也满足用户对安全性，时效性，防篡改性的需求。所有的系统、设备、交互都以节点虚拟化的方式加入到平台区块链中，从而实现万物上链的融合。4、虚拟融合物联网（VF-IoT）平台架构VF-IoT物联网平台是以分布式链结构构建，具有多种不同功能的链节点，链节点可根据需要进行不断的扩充接入。同类的链节点可根据需要配置为备份节点和扩容节点，以满足不同需求。5、虚拟融合物联网（VF-IoT）平台安全架构及功能VF-IoT平台是基于区块链技术构建的去中心化平台，平台中的授权、认证、数据保护工作通过SiRESG安全防护节点完成，多个安全防护节点可实时同步相关信息数据。而数据保护的核心是密钥，为保障密钥在网络传输中的安全，SiRESG基于北斗卫星通信实现了密钥分发系统及时间戳追溯验证系统，有效保障所有业务及数据的不可篡改。同时，基于信任北斗通信系统的自身安全性，使得整个平台中的信任机制相对简单高效。6、总结基于LoRa通信的NFSP网络协议架构解决了智慧园区中物联网终端设备低功耗、低时延、远距离无线联网的需求。基于区块链节点化架构的VF-IoT虚拟融合物联网平台可实现智慧园区多区域、多系统、多协议的融合；同时，融合了人工智能大数据的应用，对智慧园区的业务及数据的智慧化管理提供便捷、高效的方案。参考文献[1]臧胜，智慧园区智能化系统的规划及设计，现代城市研究，2017，10.3969/j.issn.1009-6000.2017.11.019[2]LoRa万物互联，什么是LoRa协议，百度网络，2018，https://baijiahao.baidu.com/s?id=1607152697356852668&wfr=spider&for=pc[3]张增骏，《深度探索区块链-Hyperledge