22、工业4.0中面向IIoT的整体DLT架构探索

工业4.0中面向IIoT的整体DLT架构探索

在工业4.0的大背景下，分布式账本技术（DLT）因其去中心化、安全、隐私保护、可追溯性和互操作性等优势，被认为是推动工业发展的理想技术。然而，当前区块链技术并不适合资源受限的工业物联网（IIoT）环境，主要问题包括现有共识算法吞吐量低、资源消耗高、能源效率低、可扩展性差以及存储交易延迟大等。此外，区块链还需要巨大的存储容量和网络带宽。

1. 相关工作

为了解决IIoT中区块链面临的问题，已有不少相关研究提出了不同的架构方案：
- Seok等人 ：提出了一种用于IIoT的区块链架构，改进了挖矿过程中常用的加密哈希算法的性能，降低了区块链的计算负担和延迟，同时减少了挖矿过程的巨大能源需求。
- Liu等人 ：引入了一个轻量级、面向IIoT的区块链系统。他们提出了更高效的基于工作量证明（PoW）的共识机制，采用声誉系统降低能源消耗；引入更轻量级的数据结构来简化广播内容，减少网络带宽；设计了新颖的“无关块卸载过滤器”来减小账本大小。
- Yu等人 ：利用边缘和云技术为IIoT创建了分层架构，包括IIoT设备层、边缘层和云区块链层。各层分工明确，声称通过在各层之间分配负载来提高区块链的可扩展性和效率。
- DAG架构 ：提出了一种用于IIoT的紧凑有向无环图（DAG）架构，块以按级别和宽度排序的DAG结构组织，该结构是三层架构的一部分，声称比典型区块链提供更高的吞吐量。

2. 工业4.0案例场景

智能制造业要求消除离线操作，互联的工