5G技术促进区块链在物联网中应用研究

2020-09-12 14:29:34 卫星电视与宽带多媒体 2020年13期

张劲勇

【摘要】在当前国内5G技术快速发展的背景下,5G技術给通信领域带来较大的技术发展机遇。5G可以提高通信的传输效率,提高数据传输的稳定性,5G相比4G,大幅度的提高了数据的传输速率。而且5G技术延迟率较低,数据传输稳定性较高,可以被应用到工业物联网的建设、车联网的搭建中,丰富了移动通信技术应用的场景和范围。

【关键词】5G;物联网;区块链

中图分类号:TN92                 文献标识码:A               文章编号:1673-0348(2020)013-034-03

Research on the Application of 5G Technology to Promote Blockchain in Internet of Things

Zhang Jinyong

(Maoming Vocational and Technical College, Maoming, Guangdong, 52500)

Abstract: In the context of the rapid development of domestic 5G technology, 5G technology has brought greater technological development opportunities to the communications field. 5G can improve the transmission efficiency of communication and improve the stability of data transmission. Compared with 4G, 5G greatly improves the data transmission rate. Moreover, the low latency of 5G technology and high data transmission stability can be applied to the construction of industrial Internet of Things and the construction of Internet of Vehicles, which enriches the application scenarios and scope of mobile communication technology.

Keywords: 5G; Internet of Things; blockchain

5G技术是基于4G技术的升级、更新,设计工作者更多的在设计环境中考虑人与物,物与物之间的连接。全球电信通讯联盟中的5G技术指标包含了提高速率、超大容量、极低延迟的特征,这三大特征会承接大数据终端,起到高速传输数据作用。相比普通的4G网络来讲,5G数据的传输效率是4G技术的10倍到100倍,而且5G技术的峰值传输速率会达到10G每秒,流量密度会提升1000倍,而且端到端的延迟效率会达到ms的级,频谱效率提升了5~10倍。在500千米每小时的速度下,仍然可以保证用户有较好的体验,这些技术特点就对原有的通信基站提出了较高的要求。

1. 5G技术下的物联网和区块链技术研究

1.1 5G环境下的物联网技术应用分析

5G网络是当前最新型的通信技术,在面临海量的设备连接条件下,社会公众对于数据的传输稳定性和效率都提出了更高的要求。5G技术应用推动了智慧互联时代的发展,在万物互联的背景下,人与人之间的连接,人与物的连接逐步发展到物与物的连接,而且会存在大量的设备应用使用需求,来使各个设备之间相互衔接,构筑智慧城市。例如智慧监控、智慧建筑、智慧楼车辆、无人驾驶、智慧交通、智慧医疗和远程诊断、自动定位等各类智能化的应用,都需要5G技术。广域物联网主要是在工业和农业生产设备中安装传感器,例如在公路、桥梁、建筑、铁路等设施中安装传感器,来掌握设备的运行状况。电力网络供水系统、油气管道中应用5G技术,来实时地监测设施的运行,以便管理人员可以及时地去发现设备的故障问题,保证生产设施的高效运转。

1.2 物联网技术的特征分析

互联网使用低功耗无限的通信技术搭建5G网络,5G技术低功率、成本较低,符合了物联网发展应用需求。窄带的物联网络技术覆盖范围较广,是4G技术的100倍,而且物联网功耗低,电池使用寿命可长达10年,这就降低了芯片成本。与目前的蜂窝通讯网络连接相比,小区接入点可以达到5万个,是目前4G技术的50倍,海量连接为未来物联网的搭建而建立了技术基础。

2. 区块链在物联网中应用分析

2.1 物联网的数据管理问题分析

互联网的整体构架会分为感知层、传输层和应用层,5G技术应用到物联网架构中的网络层,来实现数据的传输。5G技术的高速率传输解决了物联网架构中的数据传输瓶颈问题,随着接入物联网用户的数量增加,预计在2025年会达到300亿的级别,这种数据量会给5G技术的应用带来广泛的发展前景。数据的种类和数据传输质量的提升无法使用原先的4G技术,在发展中,处理庞大数据信息是物联网发展的一个瓶颈问题。应用传统的数据中心节点的处理数据的方式,不能够去满足海量数据处理要求。应用云技术仍然会需要面临处置大量数据流的需求,而且数据中心的建设会投入大量的资金,也会容易受到外界不法分子攻击,需要数据中心配备两套设备,分别为主设备和备用设备,来保证系统的安全性。实现24小时不间断的提供电力资源,避免出现系统瘫痪。

2.2 区块链在物联网中的应用分析

區块链具有去中心化的特点,设备可自我调整提供技术支持,会实现互联网中设备之间相互连接。让物联网内部的各类设备相互协调、区域中心化,可以将物联网的应用层和平台层,逐步下移。但这对数据的传输要求较高,不能够使用传统的低功耗、低速率的技术,来连接设备。同时,在物联网进入设备时,保证设备的安全性和各个设备节点的互信,用区块链来处理物联网设备数据传输的安全性问题。分布式的区块链技术可以避免不法分子攻击系统,造成系统整体的瘫痪。

2.3 5G网络对区块链的支持

根据现有5G技术性能来讲,会极大地提升区块链性能,而且会拓展应用的范围。其中,区块链最核心的就是数据的同步传输,由于区块链系统是点对点分布式连接。在各个节点中,信息要实现同步的更新,因而各节点间应用多播通信,将会产生大量的数据流量需求,消耗海量的网络资源。应用4G网络无法去承载物联网数据传输的需求,而5G网络的高效传输就能够满足区块链这一特点,5G网络的低延时也能够实现区块链数据同步更新的目的。

2.4 区块链技术的演变

当前国内的区块链技术已经演变到了私有链、侧链,局部信息会在测链中流转。应用双向挂钩双向技术,区块链技术可降低网络中数据传输量的要求,而且会提升数据传输的流通效率。在近年,区块链发展中也形成了一些创新型的技术,如私密交易、证据分离、新操作码、签名覆盖金额技术。通过将这些技术组合,来引导区块链,提高了区块链运行的安全性,也能够促使物联网内部设备之间的连接。在一些互联网,就会使用多种侧链的基础,而且这种技术会实现数据在整个网络中的广泛传播。例如,数据可以在侧链、私有链中流通,然后将区块链内部的所有数据都汇集到主链上。应用5G同步的技术来实现各个数据的更新,建立分布式账本,区块链可保护用户隐私和防护,也能够使数百个区块链可以相互连接。

3. 5G技术与智慧农场物联网和区块链建设分析

在智慧农场系统搭建中,物联网集成计算机网络技术、传感器技术、通信技术来实现对整个农场的数字化、可视化的管理。智慧农场系统会包含远程诊断自动控制、灾难预警、质量追溯等功能,也会实现对农场内部管理人员的管理,以及对设备实施管控动态的监督,监控农场内部农作物、牲畜的生长状况,来实现对农场环境的动态监测监控。智慧农场及末端的数据采集器是传感器,在一些生产物联网内部,也是通过传感器来搜集数据。例如在智慧农场的链条上,包含了饲料的采购、社畜的防疫、物资的运输、农作物产品的加工和销售。将农作物产品的质量追溯和消费者的用户评价纳入进去,来构建完善的智慧农场系统。在智慧农场的链条中,每一个部分都是相互独立,将这些部分定义为区块。应用5G技术,来将各个区块连接,实现各区块之间的互信。所有区块链都需要用5G技术来获取数据,区块链之间彼此相互衔接,实现数据的流转。业务交付和价值交付形成立体区块链空间,各区块应用5G技术连接,集中区块可以分为主区块和子区块,各区块内部的信息在同一个区域可以相互访问。各设备要连接基站,实现区域内部和基站之间的网络化连接,互联网的终端会包含技术环境、周边环境和动态情况。在智慧农场运营中需要采购产品,应用物联网来建立采购平台,实现数据的追踪溯源,将信息放在虚拟的云池上,并提供公钥和私钥,让物联网内部的每一个环节,都能够实现调用数据信息的目的。通过调用数据,实现5G技术的快速连接,能够让每一个节点都通过5G网络快速地传到主区块链上,并实现数据更新同步。例如,物流信息可以应用车载的传感器向物联网,提供24小时的数据传输,数据包含了地域天气、车流、温度等数据信息,这些信息通常分为公开和私有信息。在农场管理方面,可以及时地查看农产品的物流信息、加工信息和销售数据。

4. 物联网与区块链融合的解决方案研究

4.1 加快应用场景抽象化

在物联网应用的场景,很多设备都是来源于不同的厂家,而且设备的型号不一致,这样会造成数据传输效果不佳。因此,就要对这些设备进行抽象,以及将所采集到的数据进行分类。一般情况下,物联网端的数据会呈现偏后端,各个设备之间兼容效果较弱,就要在搭建物联网系统中,充分地考虑各个设备兼容性。然而,要想实现市场上各个设备之间兼容是一个庞大的工程,在设计硬件系统时,要实现硬件的更新。在将设备数据传输到区块链平台中,就不需要将数据存储应用嵌入式设备。在搭建物联网架构时,采集的数据要确保没有人工的干涉,才能够保持数据传输比较准确,给各个设备提供数据的接口,实现区块链各节点之间的数据访问。应用标准层,是当前物联网中需要亟待解决的一个问题,也是未来的万物互联的基础设施。

4.2 实现价值转移的共识机制

考虑到物联网的计算能力有限,因而就要排除比特币的使用共识机制。应用区块链中常用的授权股权证明机制,来作为基本的共识算法。应用该算法期间,物联网内部的区块链可使用投票系统,来选择区块的生产者。一旦当选之后,任何人就可以参与到区块的生产运作中,物联网中的资源不是免费,包含了多笔物联网合约的交易,系统将奖励打包给区块链生产者,这样就实现了数据价值的转移。在未来,基于区块链的物联网生态系统,需要有不同参与方来提供资源,以获得价值回报。

4.3 去中心化的安全性

区块链与物物联网结合,形成的新物联网,在隐私防护安全控制方面,要求较高应用区块链的技术,可以实现物联网去中心化。当物联网中的有些节点产生故障,不会去干扰其他节点的运行,这时就实现了区块链的高效传输的目的。

5. 结束语

在当前5G技术的环境下,要大力地拓展5G的应用范围,将5G技术运用到工业生产、农业、金融业等各行各业中来,实现各行各业快速发展。区块链与物联网技术相融合,来搭建智慧的物联网系统。5G技术为物联网的传输提供了基础的数据支持,使数据传输更加安全稳定。区块链的应用也使数据传输的安全性变得更高,在未来5G技术市场应用范围前景广阔,会为互联网的发展提供基础的技术支持。

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