工業物聯網區塊鏈技術的應用

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摘要：工業物聯網（IoT）以互聯網為基礎，通過射頻識別技術（RFID）、傳感器技術、無線網絡通信技術和云計算技術，將物品智能連接到互聯網上，通過互聯網對物品進行實時跟蹤和更新，實現信息的自動識別，最終構建一個管理智能化的新型工業體系。近年來，區塊鏈技術以其去中心化、開放透明性、不可撤銷和不可篡改的特點為工業物聯網提供了可信、透明、安全的信用保障。本文分析了區塊鏈技術和工業物聯網架構與痛點，并綜合工業物聯網和區塊鏈技術的優勢，提出了區塊鏈在工業物聯網中的技術架構設想。

關鍵詞：區塊鏈技術；工業物聯網；去中心化

一、區塊鏈技術簡介

如今“區塊鏈”可以說是一個非常熱門的概念，許多金融機構都已經成立了自己的區塊鏈研究實驗室。從原始定義來看，區塊鏈是一串使用加密方法形成的一種分布式數據庫，它采取單向哈希算法，每個新產生的區塊（block）都會蓋上時間戳，它們嚴格地按照時間線推進，生成下一個區塊（BLOCK），形成不可逆的鏈條（chain），所以叫做區塊鏈（Blockchain）。

二、工業物聯網架構

隨著科學技術的飛速發展，物聯網應運而生，成為全球工業智能化的重要組成部分。工業物聯網（internetofthings，IoT）簡單來說就是物和物之間的網絡，它以互聯網為基礎，通過射頻識別技術（RFID）、傳感器技術、無線網絡通信技術和云計算技術，將物品智能連接到互聯網上，通過互聯網對物品進行實時跟蹤和更新，實現信息的自動識別。工業物聯網技術涉及到自動化、移動通信、互聯網以及管理等多個領域，是一門跨學科技術。它主要通過具有感知、監控能力的各類控制器以及移動通信、信息處理、智能分析等技術獲取工業生產各個環節的相關信息，并通過工業物聯網網關對其在生產、加工、運輸、銷售等方面進行遠程監控、資源監控和安全維護等管理，在工業生產各個環節出現嚴重問題之前就解決了相關問題，節省了大量資金，改變了傳統的生產方式、銷售模式和商業運營方式，目前已被廣泛地應用于軍事和民用領域。

三、工業物聯網結合區塊鏈技術的優勢

目前，物聯網產業是一塊大蛋糕，各種技術公司企業一直在投入大量資源來探索這個領域的商業化應用，研究了各種各樣的物聯網技術標準，也提出了各種可能的應用方案。本章節綜合工業物聯網和區塊鏈技術的優勢，提出了一種工業物聯網體系結構結合區塊鏈的技術架構設想。它將區塊鏈技術應用在傳統工業物聯網的信息傳輸和數據管理部分，不僅儲存了全部的網絡信息數據，還加強了對用戶、設備和平臺的安全反饋。

1.解決安全隱患、保護用戶隱私

區塊鏈技術可以針對數據在傳輸過程中出現的丟失、泄露和竊取等情況，為工業物聯網提供一個可信度高的數據傳輸通道，從而實現設備之間的安全通信。工業物聯網可以通過這一技術特點實現設備的智能化管理，無需人工干預。區塊鏈技術通過驗證個體機制和共識機制的一致性，及時清除非法節點，并通過嚴格的加密技術對傳輸的數據進行保護。而且區塊鏈網絡的多個節點能夠實時同步數據，管理人員可以及時檢查物聯網的設備狀態。即使區塊鏈中的某個節點或設備處于故障狀態，也可以立即采取行動，在最大程度上保障設備的安全性，進而確保整個工業物聯網的安全。近十年來，區塊鏈技術成功地阻止了多次的攻擊，它的安全性得到了很好的檢驗。

2.降低物聯網的運行成本

第一，區塊鏈技術可以為工業物聯網提供點對點（P2P）的直接相連分散計算任務，而不是通過中央服務器進行處理，減輕了中央服務器的壓力。第二，區塊鏈技術可以充分利用空閑設備，大大降低了服務器的運行成本。第三，區塊鏈技術的智能化管理可以通過預先嵌入規則，將每個智能設備轉換為一個可以進行自我維護的獨立網絡節點，與其他節點進行信息的交換或身份的驗證，延長了設備的使用壽命周期，節省了大量的設備維修費用。第四，區塊鏈使用時間戳來識別和記錄每個事務，通過為工業物聯網數據添加時間維度，增強了數據的可追蹤性。而且這種方法形成區塊鏈的過程是不可逆轉的，保證了數據的原創真實性。各方可以通過區塊鏈獲得一個透明、可靠、統一的信息平臺，通過對全過程的跟蹤，降低了成本，提高了管理效率，使商品流動與資本流動同步進行。當問題發生時，調取證據和追蹤信息也更加容易。

四、區塊鏈在工業物聯網中的技術架構設想

1.NB-IoT體系下的技術架構

NB-IoT具備四大特點：廣覆蓋。在相同的頻段下，NB-IoT比現有的網絡提升了100倍的區域覆蓋范圍；支撐連接。NB-IoT的一個扇區能夠支持10萬個連接；低功耗。NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年；低成本。單個接連模塊的成本不超過5美元。然而，低功耗、低成本的特點也決定了終端設備本身的計算能力和存儲容量較低，不能實時在線，也不能進行高速計算。針對NB-IoT的特點，可將之應用于終端設備固定的地點或場景，如：水表、電表、燃氣表、路燈、井蓋、垃圾筒等場景，它們的地點固定、數據量小、時延要求不高，但對工作時長、設備成本、覆蓋等有較嚴格的要求。具體而言：（1）、在交易過程中，物聯網終端被計算能力和存儲容量限制，應只負責記錄交易流程，不參與維護工作。（2）、物聯網網關的運行能力較好，存儲容量較大，除了負責管理終端，還必須驗證結果、進行管理維護工作。（3）、不同公司企業應在區塊鏈中提供各自的服務器來進行審核交易、結算帳單和維護管理等工作，如此形成一個“物聯鏈”（blockchainofthings，BoT）。

2.eMTC體系下的技術架構

NB-IoT有一個能夠與其并駕齊驅的競爭者，eMTC（enhancedMachine-TypeCommunica-tion）增強型機器類型通信。與NB-IoT相比，eMTC系統下的技術架構的終端芯片具有較高的計算能力和較高的生產成本，它的主要優勢是速率更高、可移動性更好、可定位、可支持語音。所以，在具體的應用方向上，如果對語音、移動性、速率等有較高要求，可以選擇eMTC技術。如：電梯、物流跟蹤、智能交通、共享汽車和共享單車等，對數據量、移動性、時延有一定要求的行業，eMTC更勝一籌。目前，工業物聯網通過使用智能傳感和信息識別等計算機技術，實現了信息管理和設備通信，已經成為一個很大的產業蛋糕，與區塊鏈技術的結合解決了工業物聯網中的問題，它將會在未來10年乃至更長時間內呈現出指數倍數的發展速度。因此，我們對待工業物聯網和區塊鏈技術不妨更積極些，可以在國內進行適度推廣國外的成功經驗，以實現更快更好的發展。

參考文獻：

[1]趙闊，邢永恒.區塊鏈技術驅動下的物聯網安全研究綜述[J].信息網絡安全，2017（5）.

[2]張建強，張高毓.區塊鏈技術在物聯網中的應用分析[J].電信科學，2018（S1）.

作者：范崇源 單位：江蘇聯合職業技術學院無錫機電分院