工业物联网区块链技术的应用

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摘要：工业物联网（IoT）以互联网为基础，通过射频识别技术（RFID）、传感器技术、无线网络通信技术和云计算技术，将物品智能连接到互联网上，通过互联网对物品进行实时跟踪和更新，实现信息的自动识别，最终构建一个管理智能化的新型工业体系。近年来，区块链技术以其去中心化、开放透明性、不可撤销和不可篡改的特点为工业物联网提供了可信、透明、安全的信用保障。本文分析了区块链技术和工业物联网架构与痛点，并综合工业物联网和区块链技术的优势，提出了区块链在工业物联网中的技术架构设想。

关键词：区块链技术；工业物联网；去中心化

一、区块链技术简介

如今“区块链”可以说是一个非常热门的概念，许多金融机构都已经成立了自己的区块链研究实验室。从原始定义来看，区块链是一串使用加密方法形成的一种分布式数据库，它采取单向哈希算法，每个新产生的区块（block）都会盖上时间戳，它们严格地按照时间线推进，生成下一个区块（BLOCK），形成不可逆的链条（chain），所以叫做区块链（Blockchain）。

二、工业物联网架构

随着科学技术的飞速发展，物联网应运而生，成为全球工业智能化的重要组成部分。工业物联网（internetofthings，IoT）简单来说就是物和物之间的网络，它以互联网为基础，通过射频识别技术（RFID）、传感器技术、无线网络通信技术和云计算技术，将物品智能连接到互联网上，通过互联网对物品进行实时跟踪和更新，实现信息的自动识别。工业物联网技术涉及到自动化、移动通信、互联网以及管理等多个领域，是一门跨学科技术。它主要通过具有感知、监控能力的各类控制器以及移动通信、信息处理、智能分析等技术获取工业生产各个环节的相关信息，并通过工业物联网网关对其在生产、加工、运输、销售等方面进行远程监控、资源监控和安全维护等管理，在工业生产各个环节出现严重问题之前就解决了相关问题，节省了大量资金，改变了传统的生产方式、销售模式和商业运营方式，目前已被广泛地应用于军事和民用领域。

三、工业物联网结合区块链技术的优势

目前，物联网产业是一块大蛋糕，各种技术公司企业一直在投入大量资源来探索这个领域的商业化应用，研究了各种各样的物联网技术标准，也提出了各种可能的应用方案。本章节综合工业物联网和区块链技术的优势，提出了一种工业物联网体系结构结合区块链的技术架构设想。它将区块链技术应用在传统工业物联网的信息传输和数据管理部分，不仅储存了全部的网络信息数据，还加强了对用户、设备和平台的安全反馈。

1.解决安全隐患、保护用户隐私

区块链技术可以针对数据在传输过程中出现的丢失、泄露和窃取等情况，为工业物联网提供一个可信度高的数据传输通道，从而实现设备之间的安全通信。工业物联网可以通过这一技术特点实现设备的智能化管理，无需人工干预。区块链技术通过验证个体机制和共识机制的一致性，及时清除非法节点，并通过严格的加密技术对传输的数据进行保护。而且区块链网络的多个节点能够实时同步数据，管理人员可以及时检查物联网的设备状态。即使区块链中的某个节点或设备处于故障状态，也可以立即采取行动，在最大程度上保障设备的安全性，进而确保整个工业物联网的安全。近十年来，区块链技术成功地阻止了多次的攻击，它的安全性得到了很好的检验。

2.降低物联网的运行成本

第一，区块链技术可以为工业物联网提供点对点（P2P）的直接相连分散计算任务，而不是通过中央服务器进行处理，减轻了中央服务器的压力。第二，区块链技术可以充分利用空闲设备，大大降低了服务器的运行成本。第三，区块链技术的智能化管理可以通过预先嵌入规则，将每个智能设备转换为一个可以进行自我维护的独立网络节点，与其他节点进行信息的交换或身份的验证，延长了设备的使用寿命周期，节省了大量的设备维修费用。第四，区块链使用时间戳来识别和记录每个事务，通过为工业物联网数据添加时间维度，增强了数据的可追踪性。而且这种方法形成区块链的过程是不可逆转的，保证了数据的原创真实性。各方可以通过区块链获得一个透明、可靠、统一的信息平台，通过对全过程的跟踪，降低了成本，提高了管理效率，使商品流动与资本流动同步进行。当问题发生时，调取证据和追踪信息也更加容易。

四、区块链在工业物联网中的技术架构设想

1.NB-IoT体系下的技术架构

NB-IoT具备四大特点：广覆盖。在相同的频段下，NB-IoT比现有的网络提升了100倍的区域覆盖范围；支撑连接。NB-IoT的一个扇区能够支持10万个连接；低功耗。NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；低成本。单个接连模块的成本不超过5美元。然而，低功耗、低成本的特点也决定了终端设备本身的计算能力和存储容量较低，不能实时在线，也不能进行高速计算。针对NB-IoT的特点，可将之应用于终端设备固定的地点或场景，如：水表、电表、燃气表、路灯、井盖、垃圾筒等场景，它们的地点固定、数据量小、时延要求不高，但对工作时长、设备成本、覆盖等有较严格的要求。具体而言：（1）、在交易过程中，物联网终端被计算能力和存储容量限制，应只负责记录交易流程，不参与维护工作。（2）、物联网网关的运行能力较好，存储容量较大，除了负责管理终端，还必须验证结果、进行管理维护工作。（3）、不同公司企业应在区块链中提供各自的服务器来进行审核交易、结算帐单和维护管理等工作，如此形成一个“物联链”（blockchainofthings，BoT）。

2.eMTC体系下的技术架构

NB-IoT有一个能够与其并驾齐驱的竞争者，eMTC（enhancedMachine-TypeCommunica-tion）增强型机器类型通信。与NB-IoT相比，eMTC系统下的技术架构的终端芯片具有较高的计算能力和较高的生产成本，它的主要优势是速率更高、可移动性更好、可定位、可支持语音。所以，在具体的应用方向上，如果对语音、移动性、速率等有较高要求，可以选择eMTC技术。如：电梯、物流跟踪、智能交通、共享汽车和共享单车等，对数据量、移动性、时延有一定要求的行业，eMTC更胜一筹。目前，工业物联网通过使用智能传感和信息识别等计算机技术，实现了信息管理和设备通信，已经成为一个很大的产业蛋糕，与区块链技术的结合解决了工业物联网中的问题，它将会在未来10年乃至更长时间内呈现出指数倍数的发展速度。因此，我们对待工业物联网和区块链技术不妨更积极些，可以在国内进行适度推广国外的成功经验，以实现更快更好的发展。

参考文献：

[1]赵阔，邢永恒.区块链技术驱动下的物联网安全研究综述[J].信息网络安全，2017（5）.

[2]张建强，张高毓.区块链技术在物联网中的应用分析[J].电信科学，2018（S1）.

作者：范崇源 单位：江苏联合职业技术学院无锡机电分院