工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，將物品智能連接到互聯(lián)網(wǎng)上，通過互聯(lián)網(wǎng)對物品進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和更新，實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)識(shí)別，最終構(gòu)建一個(gè)管理智能化的新型工業(yè)體系。近年來，區(qū)塊鏈技術(shù)以其去中心化、開放透明性、不可撤銷和不可篡改的特點(diǎn)為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供了可信、透明、安全的信用保障。本文分析了區(qū)塊鏈技術(shù)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與痛點(diǎn)，并綜合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢，提出了區(qū)塊鏈在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的技術(shù)架構(gòu)設(shè)想。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈技術(shù)；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；去中心化

一、區(qū)塊鏈技術(shù)簡介

如今“區(qū)塊鏈”可以說是一個(gè)非常熱門的概念，許多金融機(jī)構(gòu)都已經(jīng)成立了自己的區(qū)塊鏈研究實(shí)驗(yàn)室。從原始定義來看，區(qū)塊鏈?zhǔn)且淮褂眉用芊椒ㄐ纬傻囊环N分布式數(shù)據(jù)庫，它采取單向哈希算法，每個(gè)新產(chǎn)生的區(qū)塊（block）都會(huì)蓋上時(shí)間戳，它們嚴(yán)格地按照時(shí)間線推進(jìn)，生成下一個(gè)區(qū)塊（BLOCK），形成不可逆的鏈條（chain），所以叫做區(qū)塊鏈（Blockchain）。

二、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，成為全球工業(yè)智能化的重要組成部分。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（internetofthings，IoT）簡單來說就是物和物之間的網(wǎng)絡(luò)，它以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，將物品智能連接到互聯(lián)網(wǎng)上，通過互聯(lián)網(wǎng)對物品進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和更新，實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)識(shí)別。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及到自動(dòng)化、移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)以及管理等多個(gè)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科技術(shù)。它主要通過具有感知、監(jiān)控能力的各類控制器以及移動(dòng)通信、信息處理、智能分析等技術(shù)獲取工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)信息，并通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對其在生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、銷售等方面進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、資源監(jiān)控和安全維護(hù)等管理，在工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)嚴(yán)重問題之前就解決了相關(guān)問題，節(jié)省了大量資金，改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式、銷售模式和商業(yè)運(yùn)營方式，目前已被廣泛地應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。

三、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢

目前，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是一塊大蛋糕，各種技術(shù)公司企業(yè)一直在投入大量資源來探索這個(gè)領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用，研究了各種各樣的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也提出了各種可能的應(yīng)用方案。本章節(jié)綜合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢，提出了一種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)結(jié)合區(qū)塊鏈的技術(shù)架構(gòu)設(shè)想。它將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在傳統(tǒng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸和數(shù)據(jù)管理部分，不僅儲(chǔ)存了全部的網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)，還加強(qiáng)了對用戶、設(shè)備和平臺(tái)的安全反饋。

1.解決安全隱患、保護(hù)用戶隱私

區(qū)塊鏈技術(shù)可以針對數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)的丟失、泄露和竊取等情況，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供一個(gè)可信度高的數(shù)據(jù)傳輸通道，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的安全通信。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以通過這一技術(shù)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化管理，無需人工干預(yù)。區(qū)塊鏈技術(shù)通過驗(yàn)證個(gè)體機(jī)制和共識(shí)機(jī)制的一致性，及時(shí)清除非法節(jié)點(diǎn)，并通過嚴(yán)格的加密技術(shù)對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。而且區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崟r(shí)同步數(shù)據(jù)，管理人員可以及時(shí)檢查物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備狀態(tài)。即使區(qū)塊鏈中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備處于故障狀態(tài)，也可以立即采取行動(dòng)，在最大程度上保障設(shè)備的安全性，進(jìn)而確保整個(gè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的安全。近十年來，區(qū)塊鏈技術(shù)成功地阻止了多次的攻擊，它的安全性得到了很好的檢驗(yàn)。

2.降低物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行成本

第一，區(qū)塊鏈技術(shù)可以為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供點(diǎn)對點(diǎn)（P2P）的直接相連分散計(jì)算任務(wù)，而不是通過中央服務(wù)器進(jìn)行處理，減輕了中央服務(wù)器的壓力。第二，區(qū)塊鏈技術(shù)可以充分利用空閑設(shè)備，大大降低了服務(wù)器的運(yùn)行成本。第三，區(qū)塊鏈技術(shù)的智能化管理可以通過預(yù)先嵌入規(guī)則，將每個(gè)智能設(shè)備轉(zhuǎn)換為一個(gè)可以進(jìn)行自我維護(hù)的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息的交換或身份的驗(yàn)證，延長了設(shè)備的使用壽命周期，節(jié)省了大量的設(shè)備維修費(fèi)用。第四，區(qū)塊鏈?zhǔn)褂脮r(shí)間戳來識(shí)別和記錄每個(gè)事務(wù)，通過為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)添加時(shí)間維度，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的可追蹤性。而且這種方法形成區(qū)塊鏈的過程是不可逆轉(zhuǎn)的，保證了數(shù)據(jù)的原創(chuàng)真實(shí)性。各方可以通過區(qū)塊鏈獲得一個(gè)透明、可靠、統(tǒng)一的信息平臺(tái)，通過對全過程的跟蹤，降低了成本，提高了管理效率，使商品流動(dòng)與資本流動(dòng)同步進(jìn)行。當(dāng)問題發(fā)生時(shí)，調(diào)取證據(jù)和追蹤信息也更加容易。

四、區(qū)塊鏈在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的技術(shù)架構(gòu)設(shè)想

1.NB-IoT體系下的技術(shù)架構(gòu)

NB-IoT具備四大特點(diǎn)：廣覆蓋。在相同的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)提升了100倍的區(qū)域覆蓋范圍；支撐連接。NB-IoT的一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬個(gè)連接；低功耗。NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長達(dá)10年；低成本。單個(gè)接連模塊的成本不超過5美元。然而，低功耗、低成本的特點(diǎn)也決定了終端設(shè)備本身的計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量較低，不能實(shí)時(shí)在線，也不能進(jìn)行高速計(jì)算。針對NB-IoT的特點(diǎn)，可將之應(yīng)用于終端設(shè)備固定的地點(diǎn)或場景，如：水表、電表、燃?xì)獗?、路燈、井蓋、垃圾筒等場景，它們的地點(diǎn)固定、數(shù)據(jù)量小、時(shí)延要求不高，但對工作時(shí)長、設(shè)備成本、覆蓋等有較嚴(yán)格的要求。具體而言：（1）、在交易過程中，物聯(lián)網(wǎng)終端被計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量限制，應(yīng)只負(fù)責(zé)記錄交易流程，不參與維護(hù)工作。（2）、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行能力較好，存儲(chǔ)容量較大，除了負(fù)責(zé)管理終端，還必須驗(yàn)證結(jié)果、進(jìn)行管理維護(hù)工作。（3）、不同公司企業(yè)應(yīng)在區(qū)塊鏈中提供各自的服務(wù)器來進(jìn)行審核交易、結(jié)算帳單和維護(hù)管理等工作，如此形成一個(gè)“物聯(lián)鏈”（blockchainofthings，BoT）。

2.eMTC體系下的技術(shù)架構(gòu)

NB-IoT有一個(gè)能夠與其并駕齊驅(qū)的競爭者，eMTC（enhancedMachine-TypeCommunica-tion）增強(qiáng)型機(jī)器類型通信。與NB-IoT相比，eMTC系統(tǒng)下的技術(shù)架構(gòu)的終端芯片具有較高的計(jì)算能力和較高的生產(chǎn)成本，它的主要優(yōu)勢是速率更高、可移動(dòng)性更好、可定位、可支持語音。所以，在具體的應(yīng)用方向上，如果對語音、移動(dòng)性、速率等有較高要求，可以選擇eMTC技術(shù)。如：電梯、物流跟蹤、智能交通、共享汽車和共享單車等，對數(shù)據(jù)量、移動(dòng)性、時(shí)延有一定要求的行業(yè)，eMTC更勝一籌。目前，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過使用智能傳感和信息識(shí)別等計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信息管理和設(shè)備通信，已經(jīng)成為一個(gè)很大的產(chǎn)業(yè)蛋糕，與區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)合解決了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的問題，它將會(huì)在未來10年乃至更長時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)出指數(shù)倍數(shù)的發(fā)展速度。因此，我們對待工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)不妨更積極些，可以在國內(nèi)進(jìn)行適度推廣國外的成功經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)更快更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙闊，邢永恒.區(qū)塊鏈技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的物聯(lián)網(wǎng)安全研究綜述[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全，2017（5）.

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作者：范崇源 單位：江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無錫機(jī)電分院