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物联网以及物联网与区块链的应用

来源: 2019.10.08 10:46:22
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在上一讲中,我们讲到了5G与区块链,在举例时,我们提到过很多次物联网。区块链,5G和物联网如同科技铁三角一般,不管是结合起来,还是作为独立技术发展,都是至关重要的。

目前,我们还不能谈论区块链、5G和物联网三者,谁能给谁带来什么?谁将促使谁走向普世价值的体现?因为它们之间互相影响。当三者结合起来时又将碰撞出怎么样的火花呢?这个我们还无从得知。

一、物联网是什么?

作为新兴高技术产业的重要组成部分,物联网已被世界各国当作应对经济危机、振兴经济的重点技术之一。

在1999年,在物品编码(RFID)技术上Auto-ID公司首次提出了物联网的概念。那什么是物联网呢?

物联网(英语:Internet of Things,缩写IoT)是互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络。

如果你觉得这样不够形象,那我们来看看生活中有哪些物联网的例子,或许你会理解的更加深刻。就说共享单车吧,近几年来,共享单车最高潮时超过了40家企业,可谓是百家争鸣。短短几年时间内,几千万辆单车快速涌进了我们的生活。

 

共享单车是典型的物联网应用场景

在使用共享单车时,我们只需要扫一扫二维码,就可以解锁,非常方便。我们甚至还可以在APP上看到哪里有单车。可是这究竟是如何实现的呢?其实看似普通的单车上面的智能锁可不简单,这个是核心关键,它包括了GPS定位模块,GPRS通讯模块,主控芯片以及电控锁模块等。

好了,话不多说,下面就讲讲解锁时的“幕后操作”。

1、用户找到一辆单车,扫了二维码,这时APP就可以获取到单车ID,然后发送开锁信息给云服务器,云服务器再把开锁信息发给单车。
一切正常的话,单车通过GPRS通讯模块收到解锁命令后,就会进行解锁。用户也会收到解锁成功的消息,并进入计费状态。

2、骑行过程中,通过GPS模块会上报用户的位置。可是这时用的是手机的GPS还是单车的,就不清楚了,因为APP上看不到行驶轨迹。但猜应该是手机的可能性比较大,毕竟这样可以节省单车的电量。

3、还车时,也差不多。用户关闭车锁,单车检测到后发送消息给云服务器,云服务器停止计费,并把计费信息和已锁好的信息发送给用户,在APP上,就可以看到了。
整个过程就这样结束了!

GPRS模块提供的数据业务,相当于是让单车连上了网,以此发送信息。再后来,共享单车用上了NB-IoT技术来管理单车。NB-IoT是一种广域网连接技术,是基于蜂窝窄带物联网的英文缩写(NarrowBand Internet of Things)。用上NB-IoT后,用户最直观的感受就是,扫单车时解锁更快了,支付也更快了,用户体验大幅提升!

(这里是2017年ofo与中国电信及华为合作的一个成功案例:https://www.huawei.com/minisite/iot/cn/smart-bike-sharing.html)

二、物联网的联接方式

物联网需要通过无线传输方式来连接传感器和网关,其联接方式是多样化的。其实上面我们已经提到了两种。一种是GPRS(常被描述成2.5G),另一种是NB-IoT,也就是窄带物联网技术。

下面将介绍其中部分技术。

1、NFC(英语:Near-field communication,NFC)让两个电子设备在相距几厘米之内进行通信,由非接触式射频识别(RFID)演变而来

2、蓝牙(英语:Bluetooth),是一种通用的短距离无线电技术。最新的蓝牙5.0在2016年6月发布。在有效传输距离上将是4.2LE版本的4倍(理论上可达300米)

3、Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例,最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。传输距离一般在百米左右,如果加强天线或者增设热点的话,覆盖面积将会更大,甚至是整幢办公大楼都不成问题。

目前处于发证阶段的Wi-Fi 6,能够支持更多的链路数据,能够允许一次传输更大量的数据。另外,它还增加了带宽,降低了延迟,提升了速度。由此,Wi-Fi 6 更适用于多设备的场景,例如智能家居、企业,或是其它设备密集型的场景。

值得一提的是,苹果最新发布的iPhone 11没支持5G,但支持Wi-Fi 6。

4、ZigBee,也称紫蜂,是一种低速短距离传输的无线网上协议,传输范围一般介于10~100m之间,在增加发射功率后,可增加到1~3km。

5、NB-IoT是窄带物联网(Narrowband Internet of Things)的简称,NB-IoT特别着重在室内的覆盖率、低成本、长电池寿命以及高连接密度。一个基站就可以比传统的2G、蓝牙、WiFi多提供50-100倍的接入终端,并且只需一节电池设备就可以工作十年。传输距离可达10Km以上。

物联网的连接方式当然不止这些,还有LoRa、2G/3G/4G以及已经商用的5G等等。

三、物联网的应用场景

根据GSMA的《全球移动趋势》,截至2025年,物联网设备数量将达到250 亿个。物联网的未来也许会有很多我们现在看来意想不到的场景,但放眼现在,我们日常生活中,除了共享单车,物联网都有哪些常见的应用场景呢?

 

1、生活中的场景

1)智能牙刷
你是否是一个智能牙刷用户呢?现在的智能牙刷,嵌入了一些传感器,它们可以记录你刷牙的频率、遗漏点、施加的压力、刷牙时间等数据,并进行分析,然后你可以在手机APP上查看这些信息,了解自己的刷牙习惯,并根据APP给出的建议进行改善。

2)智能手环
智能手环随着人们对于健康的注重,近几年也兴起了。众多厂商都会发布自己的智能手环,其功能也是愈来愈丰富。智能手环可以帮助跟踪你的睡眠模式、心率、活动模式、锻炼统计数据、消耗的卡路里等等,借助这些数据以及APP给出的建议,你可以轻松监控和计划你的健身目标。

3)婴儿监护器
对所有的新生儿父母来说,能随时随地看到家宝宝的活动是必不可少的。有了婴儿监护器,无论你此时在何处,都可以通过手机APP实时监控宝宝的日常活动。婴儿监护器贴心的为你提供了有关宝宝呼吸统计数据、睡眠姿势、睡眠时间、体温等信息。让你在外时不再时刻担心宝宝的健康安全。

4)智能冰箱
在CES 2018上,三星推出了智能冰箱Family Hub smart refrigerator,植入在智能冰箱中的Bixby可以识别不同使用者的声音,并为他们提供定制化的食物和料理方案。它还有两款食物管理应用程序,其中一款叫做 Meal Planner,可以提供食谱,同时考虑食物偏好和饮食限制。另一款应用,让用户能够找到很好的便宜货,并将它们直接加入到购物车。

以上还只是生活中物联网应用场景中的一小部分。单单是目前已经进入我们生活的智能家居,就有很多。除了生活中应用,我们还应关注的,是一些物联网下催生出的业务类型、解决方案。

2、物联网与农业

到2050年,全球人口将达到近100亿,届时全球范围内农业产出必须实现翻倍,否则可能会面对发生大规模饥荒的风险。这是一项严峻的挑战,但似乎已经有了解决方案。

 

为了养活这么多人,农业必须拥抱物联网。针对极端天气条件和气候变化带来的挑战以及集约化耕作方式带来的环境影响,以此满足对更多食物的需求。

基于物联网的数字智能农业将使农场主和农民能够在减少浪费的同时还能提高生产力,从肥料的使用量到农用车辆的行驶里程。

1) 牲畜监控

牧场主可以使用无线物联网应用程序收集有关牲畜的健康、活力、位置等数据。这些数据通过以下两种方式为他们节省资金:

· 它有助于识别生病的牲畜,使它们可以从畜群中识别出来,防止疾病的传播。
· 这降低了劳动力成本,因为牧场主可以知道牲畜的所在位置。

2)精准农业的作物和土壤监测

· 感知土壤水分和养分。
· 控制用水量以促进植物生长。
· 根据土壤化学确定肥料配方和用量。
· 确定种植和收获的最佳时间。
· 报告天气状况。

结合了物联网的数字农业为提高全球粮食生产的效率、质量和可持续性创造了良好契机。物联网不仅可以帮助农场主和农民收集、传输和分析农田数据,通过边缘计算实时对数据做出简单分析,并做出相应决策,让更快速地处理数据成为可能(农场通常处于偏远的位置和恶劣的环境中,可能存在带宽和网络连接方面的问题,所以这里用到了边缘计算)。

不仅如此,还能将数据上传至高性能计算数据中心,供分析和部署 AI 之用。而随着人口的快速增长,如果他们以这种方式进行农业生产,才能满足今后对农产品的更大需求。

3、物联网与区块链如何促进食品安全

美国疾病控制和预防中心(Center for Disease Control and prevention,CDC)预计,每年有4800万人因食品传染而患病,其中12.8万人住院治疗,3000人死亡。

我们来看一个真实的案例。在2017年3月,巴西最大的肉类加工公司发生了一起重大丑闻。在巴西联邦警察的一次行动中,该公司被指控篡改肉制品保质期,在当地销售并且还出口。该公司过了数周时间才对该指控做出回应,因为难以快速获得回应指控所必需的数据。

随着全球化的发展,不同国家食品来来往往。食品安全问题会带来许多严重后果。因此,有必要制定国际标准,以确保食品安全和食品链有序。ISO 22000食品安全认证通过制定食品安全标准,并保证所有食品都要经过此认证,以此来保证食品安全。但近几年来能够真正有效解决食品链的现存问题并严格遵守ISO 22000等认证的有效举措寥寥无几。

解决复杂的食品链问题面临巨大挑战,但我们有理由相信,物联网和区块链技术的结合将在很大程度上降低这些挑战的难度,并最终有效解决这一问题。

区块链和物联网如何在食品链中发挥作用?

为了实现整个食品生态系统的透明,我们现在把其中所有实体都连接起来。如此一来,我们需要深入研究食品链的参与者,了解他们的活动以及每个环节的规则,这些参与者包括:

· 农民
· 食品生产商
· 仓库和配送中心
· 食品运输商
· 商场和超市
· 消费者
· 监管者
· 认证机构及遵守的准则

从技术角度来看,物联网是解决方案核心。目前,有许多资产跟踪传感器可以通过蓝牙、超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)、Wi-Fi、LPWA、LTE、NB-物联网、5G、卫星、红外、超声波、NFC和RFID来连接和传输数据。这种组合允许提供资产即时信息跟踪。利用物联网访问数据时,可考虑将这些数据存储在区块链网络中。

再来看区块链,区块链为我们保证了信息的可靠性以及成员之间的信任,而这种信任以前是不存在的;现在有了区块链技术,我们能够在许多生态系统中共享多种类型的信息。

我们把视角回到农业,在【物联网与农业】那一段,我们已经给出了答案。食品生产商在整个链条中扮演着重要角色,是整个过程的核心。因为他们参与了动物生命开始到结束的每一件事,包括肉类的加工和包装等。和农业上的举措很相似,通过物联网与区块链技术的结合才可以保证信息的透明、可追溯,快速解决问题,并达成共识。而对于监管者来讲,采用物联网和区块链技术,可以使得提供的数据更加透明、数据分析能够更快速响应,此外还能在许多方面进行改进,如食品原产地认证等。

整个食品链的其他参与者也是如此,区块链可以为参与者提供共享信息,物联网可以通过传感器实时监测食品安全信息,工程师则可以随时随地通过APP访问这些数据,实现更方便的管理。物联网与区块链的结合不仅可以解决许多问题,甚至可以带来食品行业的变革。

参考:
1、The impact of 5G and IoT on blockchain technology(Innovation Enterprise)
https://channels.theinnovationenterprise.com/articles/impact-of-5g-iot-on-blockchain-technology
2、物联网(维基百科)
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91
3、Here's what's next for Samsung's Family Hub smart fridge(CNET)
https://www.cnet.com/news/heres-whats-next-for-samsung-family-hub-smart-fridge-ces-2018/
4、《全球移动趋势 | 哪些因素在推动移动产业前进?》GSMA Intelligence(GSMA)
https://www.gsma.com/asia-pacific/wp-content/uploads/2019/01/Global-Trends-2018-v4_en-US_zh-CN-web.pdf
5、世界人口将继续增长,到2050年将达近百亿(世界银行)
https://blogs.worldbank.org/zh-hans/opendata/worlds-population-will-continue-grow-and-will-reach-nearly-10-billion-2050
6、IoT Applications in Agriculture(IoT for All)
https://www.iotforall.com/iot-applications-in-agriculture/
7、[巴西]马克西米利亚诺·桑托斯 & 埃尼奥·莫拉. 基于区块链的物联网项目开发[M]. 董宁 王冰 朱轩彤译注. 机械工业出版社,2019

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文章标签: 区块链

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