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物聯網以及物聯網與區塊鏈的應用

來源: SCRYINFO 作者:SCRYINFO
在上一講中,我們講到了5G與區塊鏈,在舉例時,我們提到過很多次物聯網。區塊鏈,5G和物聯網如同科技鐵三角一般,不管是結合起來,還是作為獨立技術......
在上一講中,我們講到了5G與區塊鏈,在舉例時,我們提到過很多次物聯網。區塊鏈,5G和物聯網如同科技鐵三角一般,不管是結合起來,還是作為獨立技術發展,都是至關重要的。

目前,我們還不能談論區塊鏈、5G和物聯網三者,誰能給誰帶來什么?誰將促使誰走向普世價值的體現?因為它們之間互相影響。當三者結合起來時又將碰撞出怎么樣的火花呢?這個我們還無從得知。

一、物聯網是什么?

作為新興高技術產業的重要組成部分,物聯網已被世界各國當作應對經濟危機、振興經濟的重點技術之一。

在1999年,在物品編碼(RFID)技術上Auto-ID公司首次提出了物聯網的概念。那什么是物聯網呢?

物聯網(英語:Internet of Things,縮寫IoT)是互聯網、傳統電信網等信息承載體,讓所有能行使獨立功能的普通物體實現互聯互通的網絡。

如果你覺得這樣不夠形象,那我們來看看生活中有哪些物聯網的例子,或許你會理解的更加深刻。就說共享單車吧,近幾年來,共享單車最高潮時超過了40家企業,可謂是百家爭鳴。短短幾年時間內,幾千萬輛單車快速涌進了我們的生活。

共享單車是典型的物聯網應用場景

在使用共享單車時,我們只需要掃一掃二維碼,就可以解鎖,非常方便。我們甚至還可以在APP上看到哪里有單車。可是這究竟是如何實現的呢?其實看似普通的單車上面的智能鎖可不簡單,這個是核心關鍵,它包括了GPS定位模塊,GPRS通訊模塊,主控芯片以及電控鎖模塊等。

好了,話不多說,下面就講講解鎖時的“幕后操作”。

1、用戶找到一輛單車,掃了二維碼,這時APP就可以獲取到單車ID,然后發送開鎖信息給云服務器,云服務器再把開鎖信息發給單車。
一切正常的話,單車通過GPRS通訊模塊收到解鎖命令后,就會進行解鎖。用戶也會收到解鎖成功的消息,并進入計費狀態。

2、騎行過程中,通過GPS模塊會上報用戶的位置。可是這時用的是手機的GPS還是單車的,就不清楚了,因為APP上看不到行駛軌跡。但猜應該是手機的可能性比較大,畢竟這樣可以節省單車的電量。

3、還車時,也差不多。用戶關閉車鎖,單車檢測到后發送消息給云服務器,云服務器停止計費,并把計費信息和已鎖好的信息發送給用戶,在APP上,就可以看到了。
整個過程就這樣結束了!

GPRS模塊提供的數據業務,相當于是讓單車連上了網,以此發送信息。再后來,共享單車用上了NB-IoT技術來管理單車。NB-IoT是一種廣域網連接技術,是基于蜂窩窄帶物聯網的英文縮寫(NarrowBand Internet of Things)。用上NB-IoT后,用戶最直觀的感受就是,掃單車時解鎖更快了,支付也更快了,用戶體驗大幅提升!

(這里是2017年ofo與中國電信及華為合作的一個成功案例:https://www.huawei.com/minisite/iot/cn/smart-bike-sharing.html)

二、物聯網的聯接方式

物聯網需要通過無線傳輸方式來連接傳感器和網關,其聯接方式是多樣化的。其實上面我們已經提到了兩種。一種是GPRS(常被描述成2.5G),另一種是NB-IoT,也就是窄帶物聯網技術。

下面將介紹其中部分技術。

1、NFC(英語:Near-field communication,NFC)讓兩個電子設備在相距幾厘米之內進行通信,由非接觸式射頻識別(RFID)演變而來

2、藍牙(英語:Bluetooth),是一種通用的短距離無線電技術。最新的藍牙5.0在2016年6月發布。在有效傳輸距離上將是4.2LE版本的4倍(理論上可達300米)

3、Wi-Fi被廣泛用于許多物聯網應用案例,最常見的是作為從網關到連接互聯網的路由器的鏈路。傳輸距離一般在百米左右,如果加強天線或者增設熱點的話,覆蓋面積將會更大,甚至是整幢辦公大樓都不成問題。

目前處于發證階段的Wi-Fi 6,能夠支持更多的鏈路數據,能夠允許一次傳輸更大量的數據。另外,它還增加了帶寬,降低了延遲,提升了速度。由此,Wi-Fi 6 更適用于多設備的場景,例如智能家居、企業,或是其它設備密集型的場景。

值得一提的是,蘋果最新發布的iPhone 11沒支持5G,但支持Wi-Fi 6。

4、ZigBee,也稱紫蜂,是一種低速短距離傳輸的無線網上協議,傳輸范圍一般介于10~100m之間,在增加發射功率后,可增加到1~3km。

5、NB-IoT是窄帶物聯網(Narrowband Internet of Things)的簡稱,NB-IoT特別著重在室內的覆蓋率、低成本、長電池壽命以及高連接密度。一個基站就可以比傳統的2G、藍牙、WiFi多提供50-100倍的接入終端,并且只需一節電池設備就可以工作十年。傳輸距離可達10Km以上。

物聯網的連接方式當然不止這些,還有LoRa、2G/3G/4G以及已經商用的5G等等。

三、物聯網的應用場景

根據GSMA的《全球移動趨勢》,截至2025年,物聯網設備數量將達到250 億個。物聯網的未來也許會有很多我們現在看來意想不到的場景,但放眼現在,我們日常生活中,除了共享單車,物聯網都有哪些常見的應用場景呢?

1、生活中的場景

1)智能牙刷
你是否是一個智能牙刷用戶呢?現在的智能牙刷,嵌入了一些傳感器,它們可以記錄你刷牙的頻率、遺漏點、施加的壓力、刷牙時間等數據,并進行分析,然后你可以在手機APP上查看這些信息,了解自己的刷牙習慣,并根據APP給出的建議進行改善。

2)智能手環
智能手環隨著人們對于健康的注重,近幾年也興起了。眾多廠商都會發布自己的智能手環,其功能也是愈來愈豐富。智能手環可以幫助跟蹤你的睡眠模式、心率、活動模式、鍛煉統計數據、消耗的卡路里等等,借助這些數據以及APP給出的建議,你可以輕松監控和計劃你的健身目標。

3)嬰兒監護器
對所有的新生兒父母來說,能隨時隨地看到家寶寶的活動是必不可少的。有了嬰兒監護器,無論你此時在何處,都可以通過手機APP實時監控寶寶的日常活動。嬰兒監護器貼心的為你提供了有關寶寶呼吸統計數據、睡眠姿勢、睡眠時間、體溫等信息。讓你在外時不再時刻擔心寶寶的健康安全。

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可以識別不同使用者的聲音,并為他們提供定制化的食物和料理方案。它還有兩款食物管理應用程序,其中一款叫做 Meal Planner,可以提供食譜,同時考慮食物偏好和飲食限制。另一款應用,讓用戶能夠找到很好的便宜貨,并將它們直接加入到購物車。

以上還只是生活中物聯網應用場景中的一小部分。單單是目前已經進入我們生活的智能家居,就有很多。除了生活中應用,我們還應關注的,是一些物聯網下催生出的業務類型、解決方案。

2、物聯網與農業

到2050年,全球人口將達到近100億,屆時全球范圍內農業產出必須實現翻倍,否則可能會面對發生大規模饑荒的風險。這是一項嚴峻的挑戰,但似乎已經有了解決方案。

為了養活這么多人,農業必須擁抱物聯網。針對極端天氣條件和氣候變化帶來的挑戰以及集約化耕作方式帶來的環境影響,以此滿足對更多食物的需求。

基于物聯網的數字智能農業將使農場主和農民能夠在減少浪費的同時還能提高生產力,從肥料的使用量到農用車輛的行駛里程。

1) 牲畜監控

牧場主可以使用無線物聯網應用程序收集有關牲畜的健康、活力、位置等數據。這些數據通過以下兩種方式為他們節省資金:

· 它有助于識別生病的牲畜,使它們可以從畜群中識別出來,防止疾病的傳播。
· 這降低了勞動力成本,因為牧場主可以知道牲畜的所在位置。

2)精準農業的作物和土壤監測

· 感知土壤水分和養分。
· 控制用水量以促進植物生長。
· 根據土壤化學確定肥料配方和用量。
· 確定種植和收獲的最佳時間。
· 報告天氣狀況。

結合了物聯網的數字農業為提高全球糧食生產的效率、質量和可持續性創造了良好契機。物聯網不僅可以幫助農場主和農民收集、傳輸和分析農田數據,通過邊緣計算實時對數據做出簡單分析,并做出相應決策,讓更快速地處理數據成為可能(農場通常處于偏遠的位置和惡劣的環境中,可能存在帶寬和網絡連接方面的問題,所以這里用到了邊緣計算)。

不僅如此,還能將數據上傳至高性能計算數據中心,供分析和部署 AI 之用。而隨著人口的快速增長,如果他們以這種方式進行農業生產,才能滿足今后對農產品的更大需求。

3、物聯網與區塊鏈如何促進食品安全

美國疾病控制和預防中心(Center for Disease Control and prevention,CDC)預計,每年有4800萬人因食品傳染而患病,其中12.8萬人住院治療,3000人死亡。

我們來看一個真實的案例。在2017年3月,巴西最大的肉類加工公司發生了一起重大丑聞。在巴西聯邦警察的一次行動中,該公司被指控篡改肉制品保質期,在當地銷售并且還出口。該公司過了數周時間才對該指控做出回應,因為難以快速獲得回應指控所必需的數據。

隨著全球化的發展,不同國家食品來來往往。食品安全問題會帶來許多嚴重后果。因此,有必要制定國際標準,以確保食品安全和食品鏈有序。ISO 22000食品安全認證通過制定食品安全標準,并保證所有食品都要經過此認證,以此來保證食品安全。但近幾年來能夠真正有效解決食品鏈的現存問題并嚴格遵守ISO 22000等認證的有效舉措寥寥無幾。

解決復雜的食品鏈問題面臨巨大挑戰,但我們有理由相信,物聯網和區塊鏈技術的結合將在很大程度上降低這些挑戰的難度,并最終有效解決這一問題。

區塊鏈和物聯網如何在食品鏈中發揮作用?

為了實現整個食品生態系統的透明,我們現在把其中所有實體都連接起來。如此一來,我們需要深入研究食品鏈的參與者,了解他們的活動以及每個環節的規則,這些參與者包括:

· 農民
· 食品生產商
· 倉庫和配送中心
· 食品運輸商
· 商場和超市
· 消費者
· 監管者
· 認證機構及遵守的準則

從技術角度來看,物聯網是解決方案核心。目前,有許多資產跟蹤傳感器可以通過藍牙、超寬帶(Ultra-Wide Band,UWB)、Wi-Fi、LPWA、LTE、NB-物聯網、5G、衛星、紅外、超聲波、NFC和RFID來連接和傳輸數據。這種組合允許提供資產即時信息跟蹤。利用物聯網訪問數據時,可考慮將這些數據存儲在區塊鏈網絡中。

再來看區塊鏈,區塊鏈為我們保證了信息的可靠性以及成員之間的信任,而這種信任以前是不存在的;現在有了區塊鏈技術,我們能夠在許多生態系統中共享多種類型的信息。

我們把視角回到農業,在【物聯網與農業】那一段,我們已經給出了答案。食品生產商在整個鏈條中扮演著重要角色,是整個過程的核心。因為他們參與了動物生命開始到結束的每一件事,包括肉類的加工和包裝等。和農業上的舉措很相似,通過物聯網與區塊鏈技術的結合才可以保證信息的透明、可追溯,快速解決問題,并達成共識。而對于監管者來講,采用物聯網和區塊鏈技術,可以使得提供的數據更加透明、數據分析能夠更快速響應,此外還能在許多方面進行改進,如食品原產地認證等。

整個食品鏈的其他參與者也是如此,區塊鏈可以為參與者提供共享信息,物聯網可以通過傳感器實時監測食品安全信息,工程師則可以隨時隨地通過APP訪問這些數據,實現更方便的管理。物聯網與區塊鏈的結合不僅可以解決許多問題,甚至可以帶來食品行業的變革。

參考:
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、物聯網(維基百科)
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、《全球移動趨勢 | 哪些因素在推動移動產業前進?》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、世界人口將繼續增長,到2050年將達近百億(世界銀行)
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]馬克西米利亞諾·桑托斯 & 埃尼奧·莫拉. 基于區塊鏈的物聯網項目開發[M]. 董寧 王冰 朱軒彤譯注. 機械工業出版社,2019

關鍵詞: 物聯網  區塊鏈  區塊鏈應用  
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