張勁勇

【摘要】在當前國內5G技術快速發(fā)展的背景下，5G技術給通信領域帶來較大的技術發(fā)展機遇。5G可以提高通信的傳輸效率，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，5G相比4G，大幅度的提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率。而且5G技術延遲率較低，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性較高，可以被應用到工業(yè)物聯(lián)網的建設、車聯(lián)網的搭建中，豐富了移動通信技術應用的場景和范圍。

【關鍵詞】5G;物聯(lián)網;區(qū)塊鏈

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：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技術是基于4G技術的升級、更新，設計工作者更多的在設計環(huán)境中考慮人與物，物與物之間的連接。全球電信通訊聯(lián)盟中的5G技術指標包含了提高速率、超大容量、極低延遲的特征，這三大特征會承接大數(shù)據(jù)終端，起到高速傳輸數(shù)據(jù)作用。相比普通的4G網絡來講，5G數(shù)據(jù)的傳輸效率是4G技術的10倍到100倍，而且5G技術的峰值傳輸速率會達到10G每秒，流量密度會提升1000倍，而且端到端的延遲效率會達到ms的級，頻譜效率提升了5～10倍。在500千米每小時的速度下，仍然可以保證用戶有較好的體驗，這些技術特點就對原有的通信基站提出了較高的要求。

1. 5G技術下的物聯(lián)網和區(qū)塊鏈技術研究

1.1 5G環(huán)境下的物聯(lián)網技術應用分析

5G網絡是當前最新型的通信技術，在面臨海量的設備連接條件下，社會公眾對于數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定性和效率都提出了更高的要求。5G技術應用推動了智慧互聯(lián)時代的發(fā)展，在萬物互聯(lián)的背景下，人與人之間的連接，人與物的連接逐步發(fā)展到物與物的連接，而且會存在大量的設備應用使用需求，來使各個設備之間相互銜接，構筑智慧城市。例如智慧監(jiān)控、智慧建筑、智慧樓車輛、無人駕駛、智慧交通、智慧醫(yī)療和遠程診斷、自動定位等各類智能化的應用，都需要5G技術。廣域物聯(lián)網主要是在工業(yè)和農業(yè)生產設備中安裝傳感器，例如在公路、橋梁、建筑、鐵路等設施中安裝傳感器，來掌握設備的運行狀況。電力網絡供水系統(tǒng)、油氣管道中應用5G技術，來實時地監(jiān)測設施的運行，以便管理人員可以及時地去發(fā)現(xiàn)設備的故障問題，保證生產設施的高效運轉。

1.2 物聯(lián)網技術的特征分析

互聯(lián)網使用低功耗無限的通信技術搭建5G網絡，5G技術低功率、成本較低，符合了物聯(lián)網發(fā)展應用需求。窄帶的物聯(lián)網絡技術覆蓋范圍較廣，是4G技術的100倍，而且物聯(lián)網功耗低，電池使用壽命可長達10年，這就降低了芯片成本。與目前的蜂窩通訊網絡連接相比，小區(qū)接入點可以達到5萬個，是目前4G技術的50倍，海量連接為未來物聯(lián)網的搭建而建立了技術基礎。

2. 區(qū)塊鏈在物聯(lián)網中應用分析

2.1 物聯(lián)網的數(shù)據(jù)管理問題分析

互聯(lián)網的整體構架會分為感知層、傳輸層和應用層，5G技術應用到物聯(lián)網架構中的網絡層，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。5G技術的高速率傳輸解決了物聯(lián)網架構中的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問題，隨著接入物聯(lián)網用戶的數(shù)量增加，預計在2025年會達到300億的級別，這種數(shù)據(jù)量會給5G技術的應用帶來廣泛的發(fā)展前景。數(shù)據(jù)的種類和數(shù)據(jù)傳輸質量的提升無法使用原先的4G技術，在發(fā)展中，處理龐大數(shù)據(jù)信息是物聯(lián)網發(fā)展的一個瓶頸問題。應用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心節(jié)點的處理數(shù)據(jù)的方式，不能夠去滿足海量數(shù)據(jù)處理要求。應用云技術仍然會需要面臨處置大量數(shù)據(jù)流的需求，而且數(shù)據(jù)中心的建設會投入大量的資金，也會容易受到外界不法分子攻擊，需要數(shù)據(jù)中心配備兩套設備，分別為主設備和備用設備，來保證系統(tǒng)的安全性。實現(xiàn)24小時不間斷的提供電力資源，避免出現(xiàn)系統(tǒng)癱瘓。

2.2 區(qū)塊鏈在物聯(lián)網中的應用分析

區(qū)塊鏈具有去中心化的特點，設備可自我調整提供技術支持，會實現(xiàn)互聯(lián)網中設備之間相互連接。讓物聯(lián)網內部的各類設備相互協(xié)調、區(qū)域中心化，可以將物聯(lián)網的應用層和平臺層，逐步下移。但這對數(shù)據(jù)的傳輸要求較高，不能夠使用傳統(tǒng)的低功耗、低速率的技術，來連接設備。同時，在物聯(lián)網進入設備時，保證設備的安全性和各個設備節(jié)點的互信，用區(qū)塊鏈來處理物聯(lián)網設備數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩詥栴}。分布式的區(qū)塊鏈技術可以避免不法分子攻擊系統(tǒng)，造成系統(tǒng)整體的癱瘓。

2.3 5G網絡對區(qū)塊鏈的支持

根據(jù)現(xiàn)有5G技術性能來講，會極大地提升區(qū)塊鏈性能，而且會拓展應用的范圍。其中，區(qū)塊鏈最核心的就是數(shù)據(jù)的同步傳輸，由于區(qū)塊鏈系統(tǒng)是點對點分布式連接。在各個節(jié)點中，信息要實現(xiàn)同步的更新，因而各節(jié)點間應用多播通信，將會產生大量的數(shù)據(jù)流量需求，消耗海量的網絡資源。應用4G網絡無法去承載物聯(lián)網數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，?G網絡的高效傳輸就能夠滿足區(qū)塊鏈這一特點，5G網絡的低延時也能夠實現(xiàn)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)同步更新的目的。

2.4 區(qū)塊鏈技術的演變

當前國內的區(qū)塊鏈技術已經演變到了私有鏈、側鏈，局部信息會在測鏈中流轉。應用雙向掛鉤雙向技術，區(qū)塊鏈技術可降低網絡中數(shù)據(jù)傳輸量的要求，而且會提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧魍ㄐ?。在近年，區(qū)塊鏈發(fā)展中也形成了一些創(chuàng)新型的技術，如私密交易、證據(jù)分離、新操作碼、簽名覆蓋金額技術。通過將這些技術組合，來引導區(qū)塊鏈，提高了區(qū)塊鏈運行的安全性，也能夠促使物聯(lián)網內部設備之間的連接。在一些互聯(lián)網，就會使用多種側鏈的基礎，而且這種技術會實現(xiàn)數(shù)據(jù)在整個網絡中的廣泛傳播。例如，數(shù)據(jù)可以在側鏈、私有鏈中流通，然后將區(qū)塊鏈內部的所有數(shù)據(jù)都匯集到主鏈上。應用5G同步的技術來實現(xiàn)各個數(shù)據(jù)的更新，建立分布式賬本，區(qū)塊鏈可保護用戶隱私和防護，也能夠使數(shù)百個區(qū)塊鏈可以相互連接。

3. 5G技術與智慧農場物聯(lián)網和區(qū)塊鏈建設分析

在智慧農場系統(tǒng)搭建中，物聯(lián)網集成計算機網絡技術、傳感器技術、通信技術來實現(xiàn)對整個農場的數(shù)字化、可視化的管理。智慧農場系統(tǒng)會包含遠程診斷自動控制、災難預警、質量追溯等功能，也會實現(xiàn)對農場內部管理人員的管理，以及對設備實施管控動態(tài)的監(jiān)督，監(jiān)控農場內部農作物、牲畜的生長狀況，來實現(xiàn)對農場環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測監(jiān)控。智慧農場及末端的數(shù)據(jù)采集器是傳感器，在一些生產物聯(lián)網內部，也是通過傳感器來搜集數(shù)據(jù)。例如在智慧農場的鏈條上，包含了飼料的采購、社畜的防疫、物資的運輸、農作物產品的加工和銷售。將農作物產品的質量追溯和消費者的用戶評價納入進去，來構建完善的智慧農場系統(tǒng)。在智慧農場的鏈條中，每一個部分都是相互獨立，將這些部分定義為區(qū)塊。應用5G技術，來將各個區(qū)塊連接，實現(xiàn)各區(qū)塊之間的互信。所有區(qū)塊鏈都需要用5G技術來獲取數(shù)據(jù)，區(qū)塊鏈之間彼此相互銜接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的流轉。業(yè)務交付和價值交付形成立體區(qū)塊鏈空間，各區(qū)塊應用5G技術連接，集中區(qū)塊可以分為主區(qū)塊和子區(qū)塊，各區(qū)塊內部的信息在同一個區(qū)域可以相互訪問。各設備要連接基站，實現(xiàn)區(qū)域內部和基站之間的網絡化連接，互聯(lián)網的終端會包含技術環(huán)境、周邊環(huán)境和動態(tài)情況。在智慧農場運營中需要采購產品，應用物聯(lián)網來建立采購平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的追蹤溯源，將信息放在虛擬的云池上，并提供公鑰和私鑰，讓物聯(lián)網內部的每一個環(huán)節(jié)，都能夠實現(xiàn)調用數(shù)據(jù)信息的目的。通過調用數(shù)據(jù)，實現(xiàn)5G技術的快速連接，能夠讓每一個節(jié)點都通過5G網絡快速地傳到主區(qū)塊鏈上，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新同步。例如，物流信息可以應用車載的傳感器向物聯(lián)網，提供24小時的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)包含了地域天氣、車流、溫度等數(shù)據(jù)信息，這些信息通常分為公開和私有信息。在農場管理方面，可以及時地查看農產品的物流信息、加工信息和銷售數(shù)據(jù)。

4. 物聯(lián)網與區(qū)塊鏈融合的解決方案研究

4.1 加快應用場景抽象化

在物聯(lián)網應用的場景，很多設備都是來源于不同的廠家，而且設備的型號不一致，這樣會造成數(shù)據(jù)傳輸效果不佳。因此，就要對這些設備進行抽象，以及將所采集到的數(shù)據(jù)進行分類。一般情況下，物聯(lián)網端的數(shù)據(jù)會呈現(xiàn)偏后端，各個設備之間兼容效果較弱，就要在搭建物聯(lián)網系統(tǒng)中，充分地考慮各個設備兼容性。然而，要想實現(xiàn)市場上各個設備之間兼容是一個龐大的工程，在設計硬件系統(tǒng)時，要實現(xiàn)硬件的更新。在將設備數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽^(qū)塊鏈平臺中，就不需要將數(shù)據(jù)存儲應用嵌入式設備。在搭建物聯(lián)網架構時，采集的數(shù)據(jù)要確保沒有人工的干涉，才能夠保持數(shù)據(jù)傳輸比較準確，給各個設備提供數(shù)據(jù)的接口，實現(xiàn)區(qū)塊鏈各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)訪問。應用標準層，是當前物聯(lián)網中需要亟待解決的一個問題，也是未來的萬物互聯(lián)的基礎設施。

4.2 實現(xiàn)價值轉移的共識機制

考慮到物聯(lián)網的計算能力有限，因而就要排除比特幣的使用共識機制。應用區(qū)塊鏈中常用的授權股權證明機制，來作為基本的共識算法。應用該算法期間，物聯(lián)網內部的區(qū)塊鏈可使用投票系統(tǒng)，來選擇區(qū)塊的生產者。一旦當選之后，任何人就可以參與到區(qū)塊的生產運作中，物聯(lián)網中的資源不是免費，包含了多筆物聯(lián)網合約的交易，系統(tǒng)將獎勵打包給區(qū)塊鏈生產者，這樣就實現(xiàn)了數(shù)據(jù)價值的轉移。在未來，基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網生態(tài)系統(tǒng)，需要有不同參與方來提供資源，以獲得價值回報。

4.3 去中心化的安全性

區(qū)塊鏈與物物聯(lián)網結合，形成的新物聯(lián)網，在隱私防護安全控制方面，要求較高應用區(qū)塊鏈的技術，可以實現(xiàn)物聯(lián)網去中心化。當物聯(lián)網中的有些節(jié)點產生故障，不會去干擾其他節(jié)點的運行，這時就實現(xiàn)了區(qū)塊鏈的高效傳輸?shù)哪康摹?/p>

5. 結束語

在當前5G技術的環(huán)境下，要大力地拓展5G的應用范圍，將5G技術運用到工業(yè)生產、農業(yè)、金融業(yè)等各行各業(yè)中來，實現(xiàn)各行各業(yè)快速發(fā)展。區(qū)塊鏈與物聯(lián)網技術相融合，來搭建智慧的物聯(lián)網系統(tǒng)。5G技術為物聯(lián)網的傳輸提供了基礎的數(shù)據(jù)支持，使數(shù)據(jù)傳輸更加安全穩(wěn)定。區(qū)塊鏈的應用也使數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩宰兊酶?，在未?G技術市場應用范圍前景廣闊，會為互聯(lián)網的發(fā)展提供基礎的技術支持。

參考文獻：

[1]沈浩.價值互聯(lián)網：區(qū)塊鏈技術賦能傳媒產業(yè)[J].新聞與寫作，2020（1）：1-1.

[2]焦英楠，陳英華.基于區(qū)塊鏈技術的物聯(lián)網安全研究[J].軟件，2018，039（002）：88-92.

[3]周琎.區(qū)塊鏈技術在物聯(lián)網領域的應用研究[J].信息系統(tǒng)工程，2019，303（03）：119.

[4]李海楓，龍梅.5G技術促進區(qū)塊鏈在物聯(lián)網中應用的探討[J].廣西通信技術，2018，131（02）：34-36.

[5]周汶楷.淺析區(qū)塊鏈技術在物聯(lián)網中的應用分析[J].中文信息，2019，000（007）：6.

[6]楊遲遲.物聯(lián)網+區(qū)塊鏈技術的先行者[J].信息化建設，2019（06）：78.