22、区块链与物联网融合：应用、特性及能源优化

最新推荐文章于 2025-12-19 18:14:41 发布

DLC#

最新推荐文章于 2025-12-19 18:14:41 发布

阅读量64

点赞数

CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏：物联网节能拓扑控制文章标签：区块链物联网供应链透明度

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/f9g0h/article/details/152195178

物联网节能拓扑控制专栏收录该内容

22 篇文章 ¥499.90

订阅专栏¥69.90

会员秒杀 ¥9.9 重磅福利

超级会员免费看

区块链与物联网融合：应用、特性及能源优化

1. 物联网与区块链的应用场景

在当今数字化时代，物联网（IoT）和区块链技术的结合正展现出巨大的潜力，为多个领域带来了创新的解决方案。

1.1 制造业维护支持

制造商利用物联网传感器在实时环境系统中检查制造过程中机器的状况。基于物联网的系统能够实现预防性维护，在问题发生之前发现并解决问题。例如，通过实时监测机器的运行参数，如温度、振动等，提前预测可能出现的故障，从而安排维护计划，减少非计划停机时间和相关成本。

1.2 供应链透明度

物联网传感器用于在制造和其他行业的实时环境中跟踪和追溯货物。传统的供应链管理面临着可靠性、网络速度和信息安全等问题。而区块链技术的加入使得供应链中的信息共享更加安全准确，通过不可篡改的账本，所有利益相关者都能获取真实可靠的信息。例如，在农产品供应链中，通过区块链可以记录农产品的种植、采摘、运输等全过程信息，消费者可以通过扫描产品标签获取详细的溯源信息。

1.3 车内支付模型

车内支付系统通过汽车仪表盘上的显示屏提供各种支付相关服务。驾驶员可以在显示屏上选择支付选项，完成加油、停车和购买食品等自动交易。支付交易协议通过区块链机制进行注册和执行，确保交易的快速、安全和可追溯。例如，当驾驶员在加油站加油后，系统会自动从绑定的账户中扣除相应费用，并生成交易记录。
- 操作步骤：
1. 驾驶员在车内显示屏上选择支付服务。
2. 系统通过区块链机制验证支付信息。
3. 完成交易并记录交易历史。

1.4 车辆保险模型

传统的车辆保险保费通常基于平均估计计算。而连接到车辆的物联网设备可以实时跟踪行驶里程等信息，从而更精确地计算保费。结合区块链机制，不仅可以优化保费计算，还能支持审计过程，同时有助于跟踪驾驶员记录和车辆运动记录，预防欺诈和盗窃。例如，保险公司可以根据车辆的实际使用情况调整保费，对于驾驶习惯良好、行驶里程少的车主给予优惠。

1.5 基于自我主权身份（SSI）的身份认证

物联网网络的数字身份可以通过公钥证书或基于云的账户来保存。区块链技术应用于物理对象、人员或组织的身份识别，称为自我主权身份（SSI）。在这个系统中，任何连接的对象都可以在去中心化网络中安全地存储自己的身份信息。例如，在加油站进行交易时，连接的汽车可以通过车主姓名、车辆号码等凭证进行身份验证，区块链确保这些凭证的不可篡改和可认证。

2. 区块链与物联网网络的特性

区块链与物联网的结合具有多种特性，这些特性有助于解决物联网应用中的各种问题。

2.1 安全性

物联网解决方案提供商担心数据安全、信息交换和物理对象的完整性。区块链系统与物联网服务相结合，提供了更高的安全性和可靠性。它支持物联网设备网络中的各种挑战，如唯一ID、信任管理、信息跟踪问责和访问控制。例如，通过区块链的加密技术，保护物联网设备传输的数据不被非法获取和篡改。
- 操作步骤：
1. 物联网设备生成数据。
2. 数据通过区块链进行加密处理。
3. 加密数据在网络中传输和存储。
4. 授权方通过区块链验证和访问数据。

2.2 可扩展性

物联网节点中的传感器计算能力有限，难以满足可扩展性需求。区块链可以通过共识机制和特定的结构来解决这一问题。私有或联盟区块链对于供应链应用非常有益，因为节点数量有限，可以进行物联网数据过滤，提高可扩展性。此外，碎片化是一种新的方法，通过将信息内容分布到网络中的所有节点来促进可扩展性。例如，将供应链中的全球事件和本地事件分别记录在不同的区块链上，提高处理效率。
- 操作步骤：
1. 确定供应链中的事件类型（全球事件或本地事件）。
2. 根据事件类型选择相应的区块链进行记录。
3. 通过区块链的共识机制验证和处理交易。
4. 定期对区块链数据进行更新和维护。

2.3 不可变性和审计

区块链技术与物联网设备结合，可以创建一个不可变的交易生态系统，有助于产品追溯和认证过程。传感器提供的实时和不可变数据增加了信任，支持微观审计。例如，在农产品供应链中，通过区块链记录农产品的种植、施肥、采摘等信息，确保产品的质量和安全性。
- 操作步骤：
1. 物联网设备实时采集数据。
2. 数据被记录到区块链上，形成不可变的交易记录。
3. 审计人员可以通过区块链查询和验证交易记录。
4. 发现问题时，可以追溯到问题的源头。

2.4 有效性和效率

区块链有助于智能跟踪物理资产和货物，提高供应链的效率。授权合作伙伴可以通过区块链交换资产、产品和状态信息，企业可以更好地控制供应链生态系统。同时，区块链与物联网的结合还能保护机密数据，如设备故障预测和维护策略等。例如，企业可以通过区块链实时了解货物的运输状态，及时调整生产和销售计划。
- 操作步骤：
1. 企业在区块链上注册相关信息。
2. 物联网设备实时采集资产和货物的信息。
3. 信息通过区块链传输给授权合作伙伴。
4. 合作伙伴根据信息进行决策和操作。

2.5 可追溯性和互操作性

通过区块链技术和防篡改RFID标签，可以验证产品的来源和真实性。产品的历史和原始生产位置可以通过产品ID在系统中追溯。例如，在食品行业，消费者可以通过扫描食品包装上的二维码，获取食品的产地、生产日期、加工过程等信息。
- 操作步骤：
1. 在产品上安装RFID标签。
2. 将产品信息记录到区块链上。
3. 消费者通过扫描标签获取产品信息。
4. 系统通过区块链验证信息的真实性。

2.6 服务质量

传统系统依赖于维护一致的数据来源，而区块链系统可以在去中心化环境中提高物联网技术平台的服务质量。它可以保护元数据不被泄露，在云环境中通过分布式网络和容错账本提高数据来源的可靠性。同时，区块链还能支持大数据处理，解决数据控制、权限和货币化等问题。例如，在医疗行业，通过区块链可以确保患者的医疗数据安全共享，提高医疗服务的质量和效率。
- 操作步骤：
1. 确定需要处理的数据和业务流程。
2. 选择合适的区块链平台和共识机制。
3. 将数据上传到区块链上进行处理和存储。
4. 通过区块链的智能合约实现自动化业务流程。

3. 区块链与物联网融合的能源优化

区块链机制为物联网网络提供了可靠的数据通信平台，但同时也需要大量的计算资源来支持其安全性。为了优化能源消耗，需要采取一系列措施。

3.1 优化过程

区块链挖矿过程可以通过将任务分配到网络的边缘节点来优化。哈希计算任务可以分配给边缘节点附近的节点，加密的块哈希可以缓存在边界或边缘网关中。通过这种方式，可以优化网关的负载，节省网络能源。
- 操作步骤：
1. 确定边缘节点和相邻节点的能源状态和存储容量。
2. 根据节点状态分配哈希计算任务。
3. 在边缘网关中缓存加密的块哈希。
4. 在信息传输过程中，检查缓存的哈希值和流的认证信息。

3.2 基于区块链的资源管理

虽然区块链为物联网网络应用提供了安全和隐私保障，但也存在一些问题，如挖矿需要大量能源和共识机制带来的额外计算开销。可以通过提高共识过程的效率来解决这些问题。例如，使用马尔可夫决策过程（MDP）方法优化能源消耗模型，通过主控制节点将负载分配到相邻节点，选择合适的块大小和边缘节点网关，以减少系统成本和优化设备能源。
- 操作步骤：
1. 分析物联网网络的能源消耗和计算需求。
2. 选择合适的优化模型（如MDP）。
3. 主控制节点根据模型分配负载和选择节点。
4. 实时监测和调整系统参数，以达到最佳能源效率。

4. 区块链赋能的物联网网络能源优化

物联网网络在机器与人类、人类与人类、机器与机器之间高效工作，但需要确保数据的安全和认证。同时，节点的电池容量和计算资源有限，增加了系统的复杂性。通过将计算组件分配到网络中的有潜力节点，可以提高效率，减少设备网络的能源消耗。与集中式云计算相比，分布式计算具有更低的计算开销、更短的传输延迟和最佳的能源消耗。此外，分布式计算环境还能提高区块链验证过程的效率和稳定性。

操作步骤：
1. 评估物联网网络中的节点性能和资源状况。
2. 选择合适的节点分配计算任务。
3. 建立分布式计算环境，实现任务的并行处理。
4. 实时监测和调整计算任务的分配，以优化能源消耗。

综上所述，区块链与物联网的融合为多个领域带来了创新的解决方案，通过解决安全、可扩展性、能源优化等问题，推动了数字化转型的发展。未来，随着技术的不断进步，这两种技术的结合将在更多领域发挥重要作用。

以下是一个简单的mermaid流程图，展示区块链与物联网融合的能源优化过程：

graph LR
    A[物联网设备] --> B[边缘节点]
    B --> C[相邻节点]
    C --> D[边缘网关]
    D --> E[区块链网络]
    E --> F[数据处理与存储]
    F --> G[能源优化]

特性	描述
安全性	保护数据安全和物理对象完整性
可扩展性	解决物联网节点计算能力有限问题
不可变性和审计	创建不可变交易生态系统，支持审计
有效性和效率	提高供应链效率，保护机密数据
可追溯性和互操作性	验证产品来源和真实性，实现信息追溯
服务质量	提高物联网技术平台的服务质量

区块链与物联网融合：应用、特性及能源优化

5. 区块链与物联网融合的网络架构及任务分配

在区块链赋能的物联网网络中，网络架构的设计和任务分配对于实现能源优化和高效运行至关重要。网络中的节点来自不同的应用领域，如智能城市、数据采集系统和监测系统等，它们分布在本地网络中。

为了实现能源优化和高效的数据处理，计算任务会被分配给本地控制器进行数据共识和记录。网络中的应用可以按照单元进行划分，每个单元包含一组物联网设备节点。每个单元会有一个边缘节点控制器，称为边缘节点控制服务器（ENCS），以及一个本地节点控制服务器（LNCS），用于控制单元内的数据通信。

操作步骤：
1. 对物联网网络中的应用进行单元划分，确定每个单元的物联网设备节点。
2. 为每个单元配置ENCS和LNCS，明确其功能和职责。
3. 主控制节点根据单元内节点的性能和资源状况，将计算任务分配给ENCS和LNCS。
4. ENCS和LNCS负责协调单元内的物联网设备节点，完成数据采集、处理和传输任务。
5. 各单元的ENCS之间进行数据共享和交互，确保整个网络的信息流通和协同工作。

以下是一个mermaid流程图，展示区块链与物联网融合的网络架构及任务分配过程：

graph LR
    A[主控制节点] --> B[单元1]
    A --> C[单元2]
    A --> D[单元3]
    B --> B1[ENCS1]
    B --> B2[LNCS1]
    B1 --> B3[物联网设备节点1]
    B1 --> B4[物联网设备节点2]
    B2 --> B3
    B2 --> B4
    C --> C1[ENCS2]
    C --> C2[LNCS2]
    C1 --> C3[物联网设备节点3]
    C1 --> C4[物联网设备节点4]
    C2 --> C3
    C2 --> C4
    D --> D1[ENCS3]
    D --> D2[LNCS3]
    D1 --> D3[物联网设备节点5]
    D1 --> D4[物联网设备节点6]
    D2 --> D3
    D2 --> D4
    B1 <--> C1
    B1 <--> D1
    C1 <--> D1

6. 区块链与物联网融合的优势总结

区块链与物联网的融合为各个领域带来了显著的优势，以下是对这些优势的总结：

优势	描述
应用创新	在制造业维护、供应链管理、车内支付、车辆保险和身份认证等多个领域提供了创新的解决方案。
安全可靠	通过区块链的加密技术和不可篡改特性，保障了物联网数据的安全和隐私，提高了系统的可靠性。
可扩展性强	利用区块链的共识机制和碎片化方法，解决了物联网节点计算能力有限的问题，实现了供应链等应用的可扩展性。
效率提升	智能跟踪物理资产和货物，优化供应链流程，提高了业务效率，减少了非计划停机时间和相关成本。
可追溯性好	通过区块链记录产品的全生命周期信息，实现了产品的可追溯性，有助于保障产品质量和消费者权益。
能源优化	通过分布式计算和任务分配，优化了物联网网络的能源消耗，提高了能源利用效率。