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当期目录

      
    专题:区块链赋能物联网
    基于区块链与边缘计算的物联网数据管理
    程冠杰,黄诤杰,邓水光
    2020, 4(2):  1-9.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00165
    摘要 ( 160 )   在线阅读 ( 64 )   PDF下载 (1591KB) ( 142 )   可视化   
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章

    智能设备的普及带动了物联网技术的应用和发展,而随之产生的海量物联网数据给传统集中式数据管理带来诸多挑战,如性能、隐私与安全的挑战。因此,提出了一种基于区块链与边缘计算的物联网数据管理架构来支持分布式的物联网数据管理,可以为物联网数据提供分布式存储和访问控制。同时设计了一种内置加密方案来保护数据的安全和隐私,并保障数据的所有权。通过引入边缘计算,解决了区块链系统的可扩展性瓶颈问题。给出了基于该架构的数据存储和数据访问流程,并详细说明了基于智能合约技术的系统实现算法。实验结果表明,与传统基于云的数据管理系统相比,基于该架构实现的物联网数据管理系统的性能更好。

    区块链在物联网系统中的应用探讨
    高镇,崔琪楣,张雪菲,王晓飞
    2020, 4(2):  10-17.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00170
    摘要 ( 158 )   在线阅读 ( 41 )   PDF下载 (2169KB) ( 171 )   可视化   
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章

    区块链技术近年来受到广泛关注,很多行业都在尝试基于区块链技术解决信息系统中传统中心化方案存在的可靠性与安全等难题。而将区块链网络与行业实体相关联必须依托物联网技术,因此,结合区块链和物联网技术解决不同领域中的多方协作问题是当前的研究热点。另一方面,物联网自身发展也受到中心化架构的限制,如何利用区块链技术解决现有物联网系统的不足也是一个重要问题。尽管当前区块链技术的相关应用非常多,但其中一些应用实际上并不适合采用区块链技术。首先介绍了区块链技术的应用逻辑,然后基于典型案例分析介绍区块链结合物联网的适用场景,最后讨论了4个区块链与物联网结合的共性问题。

    优化可扩展的拜占庭容错共识算法
    韩嗣诚,朱晓荣,张秀贤
    2020, 4(2):  18-25.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00166
    摘要 ( 58 )   在线阅读 ( 9 )   PDF下载 (1195KB) ( 64 )   可视化   
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章

    区块链是一个去中心化的账本,可为交易中互不信任的双方提供信任,其最初作为支撑比特币的底层框架,近年来逐渐成为具有颠覆价值的新兴技术。共识算法是区块链的核心技术之一,没有共识算法就无法实现分布式节点间的状态一致。简单介绍了一种目前联盟链中常用的共识算法——实用拜占庭容错(PBFT,practical Byzantine fault tolerance)算法,并在其基础上优化算法机制,增加可扩展性,提出了一种改进的算法。经改进后,降低了算法的复杂度,并且允许共识节点加入和退出系统。仿真结果表明,改进后的算法可显著减少交易共识完成的时间和节点间的通信次数,从而在支持更多节点、减少系统通信开销和 CPU 计算资源消耗的同时,增大了整个系统的吞吐量。

    基于区块链的动态频谱共享接入技术
    王威,李祖广,吴启晖
    2020, 4(2):  26-34.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00168
    摘要 ( 118 )   在线阅读 ( 15 )   PDF下载 (3458KB) ( 166 )   可视化   
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    引入智能合约的区块链技术具有使能智能结算、价值转移和资源共享等优势,为动态频谱共享系统中存在的安全与信任机制匮乏等问题提供了新的解决方案。从频谱共享系统的实际需求出发,首先对区块链技术在频谱共享中的应用进行了概述,并探讨了区块链应用于大规模频谱共享系统急需解决的关键问题,然后深入分析了解决上述问题所面临的挑战,并提出了相应的关键技术及解决思路。

    区块链跨链技术分析
    郭朝,郭帅印,张胜利,宋令阳,王晖
    2020, 4(2):  35-48.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00162
    摘要 ( 89 )   在线阅读 ( 15 )   PDF下载 (1590KB) ( 137 )   可视化   
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    随着区块链技术的发展,区块链项目也越来越多。由于区块链的封闭性,导致不同区块链形成一个个价值“孤岛”,不同区块链之间的信息交互与价值转移问题亟待解决。跨链技术解决了不同链间资产与数据等跨链操作问题,在过去几年里已经有许多尝试和发展,跨链的主要模式包括哈希锁定、公证人机制、侧链与中继技术等。介绍了目前主要跨链技术的基本原理,总结分析了各个跨链技术的优势与劣势。

    基于区块链的安全车联网数字取证系统
    李萌,司成祥,祝烈煌
    2020, 4(2):  49-57.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00169
    摘要 ( 73 )   在线阅读 ( 16 )   PDF下载 (1090KB) ( 93 )   可视化   
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    车联网大数据的出现对更好地理解车联网特点、掌握车联网用户需求和提升车联网服务质量具有极大的推动作用,然而恶意用户甚至不法分子利用车联网进行非法行为,造成车联网服务质量下降以及车联网事故难以定责。同时,在车联网数字取证过程中,还存在一些安全和隐私问题,如数据提供者的身份隐私和数据访问者的请求权限问题。因此,提出了一种基于区块链的安全车联网数字取证方案。首先数据请求者在一个证书中心注册后获得匿名证书,用于后续的数据上传。然后数据访问者注册后获得公私钥对和用户密钥,分别用于数据请求和数据解密,只有其属性满足特定要求才能解密得到正确证据。接下来可信度较高的若干个机构联合建立一个区块链,记录车联网取证过程中所有的数据上传交易和数据访问交易。最后,对方案的安全和隐私进行分析,并在以太坊平台上对其性能进行实验分析。

    基于区块链智能合约的物联网恶意节点检测和定位
    黄豪杰,吴晓晓,李刚强
    2020, 4(2):  58-69.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00172
    摘要 ( 72 )   在线阅读 ( 19 )   PDF下载 (1638KB) ( 92 )   可视化   
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    随着物联网中分布式设备数量的爆发式增长,设备之间的协作和优化算法的安全问题成为物联网系统研究的前沿问题。物联网中的分布式算法依赖于单个智能体的本地计算和近邻间通信来迭代地解决一类广泛的、受约束的优化问题,但是容易遭受来自内部恶意节点的数据注入攻击。针对现有的检测方法大部分为本地运行,并且存在数据封闭、单点故障、检测过程不透明等问题,考虑使用区块链技术和智能合约对网络中存在的恶意节点进行检测。所提方法基于区块链技术的去中心化和多地备份特性实现了数据共享,避免了单点故障问题。另外,利用智能合约的合约代码、执行过程及结果公开透明且合约代码与结果不可篡改等特性保证检测过程可追溯和可验证。最后,采用平均共识算法并基于树莓派平台对所提方法进行验证分析。

    基于区块链的分布式物联网设备身份认证机制研究
    谭琛,陈美娟,Amuah Ebenezer Ackah
    2020, 4(2):  70-77.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00167
    摘要 ( 82 )   在线阅读 ( 19 )   PDF下载 (1409KB) ( 119 )   可视化   
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    为了解决物联网集中式平台在设备身份认证过程中兼容性低、抗攻击能力弱等问题,提出了一种基于区块链的分布式物联网设备身份认证架构。将数字身份等信息存入新型区块数据结构中,并根据密码学相关知识提出了分布式物联网设备身份认证机制,设计了设备数字证书颁发和身份认证的详细流程。从各实体间的权力约束、设备隐私性保护、抵御攻击能力等方面对所提机制进行了安全性分析,并对比分析了安全属性、计算开销和存储开销3个方面的性能。结果表明,所提出的身份认证机制可以抵御多种恶意攻击,能够实现高度安全的分布式物联网身份认证,并且在性能方面具有一定优势。

    一种基于区块链的物联网架构
    陈诗鹏,陈彬,代明军,王晖
    2020, 4(2):  78-83.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00171
    摘要 ( 86 )   在线阅读 ( 28 )   PDF下载 (1740KB) ( 134 )   可视化   
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    基于传统互联网的物联网架构面临着数据隐私安全问题、中心服务器单点问题等,构建数据安全的生态系统是未来物联网发展面临的一个挑战,区块链技术所具备的去中心化自治、防篡改、安全性等特性为应对这一挑战提供了新的思路。提出了一种基于区块链技术的物联网架构作为去信任网络的基础平台,为物联网提供信息安全的网络服务。基于区块链技术的去中心化特性,该架构可以替换传统物联网的客户端—服务器(C-S,client-server)集中式通信模型,解决了传统物联网中的单点负载以及数据安全问题。

    理论与技术
    面向6G物联网的智能反射表面设计
    王兆瑞,刘亮,李航,崔曙光
    2020, 4(2):  84-95.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00160
    摘要 ( 128 )   在线阅读 ( 23 )   PDF下载 (1465KB) ( 112 )   可视化   
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    在未来6G无线蜂窝通信网络中,基站需要为分布在各个角落的海量物联网设备提供无缝连接。受限于位置因素,很多物联网设备与基站之间的通信链路由于障碍物的阻挡变得不可靠,这对于在6G时代实现物联网万物互联是一大阻碍。为了解决该难题,分析了在6G物联网中使用智能反射表面这一新技术以增加用户信号在基站端强度的可能性。具体而言,在考虑信道估计开销的前提下,聚焦物联网设备上行通信传输功率最小化问题。一方面,在配备中小规模天线的基站系统中,提出了迭代算法以联合优化用户传输功率、智能反射表面反射系数和基站波束成形。另一方面,在配备大规模天线的基站系统中,提出了具有闭式表达式的用户传输功率、智能反射表面反射系数和基站波束成形设计以降低其应用复杂度。仿真结果验证了智能反射表面在6G物联网中增加网络连接能力的巨大潜力。

    工业物联网中基于边缘计算的跨域计算资源分配与任务卸载
    周鹏,徐金城,杨博
    2020, 4(2):  96-104.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00143
    摘要 ( 79 )   在线阅读 ( 17 )   PDF下载 (2683KB) ( 118 )   可视化   
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    在工业物联网中,现场设备的计算能力有限,基于边缘计算的任务卸载可以有效缓解现场设备的计算压力,提供低时延计算服务。此外,由于网络中不同区域的边缘服务器负载不同,需要合理安排任务卸载以及分配边缘服务器计算资源,从而降低任务完成时延,实现负载均衡。因此,研究了工业物联网中基于边缘计算的任务卸载和资源分配,提出了一种工业物联网中计算任务跨域卸载模型,并构建了一个最小化任务完成时间的混合整数非线性优化问题。将该问题分解为资源分配与任务卸载两个子问题,基于两个子问题特征,通过迭代交替求解,得到资源分配最优解与任务卸载策略。实验结果表明,与不跨域方法相比,所提方法有效地减轻了边缘服务器的负载不均衡,减少了任务完成时延。

    基于毫米波感知的小型无源物体定位追踪
    王宁,赵科,周安福,马华东,刘建华,杨宁
    2020, 4(2):  105-112.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00145
    摘要 ( 59 )   在线阅读 ( 16 )   PDF下载 (1132KB) ( 53 )   可视化   
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    由于毫米波的敏感性极强,物体的微小移动也可以被毫米波所感知,体现为频谱变化,借助此优势提出了一种基于毫米波感知的小型无源物体定位追踪方法,可以实现对目标物体的高精度定位与追踪。与传统的有源物体定位追踪相比,在无源物体定位追踪中,由于目标物体无法主动发射信号且目标物体较小,因此,需要有效的机制区分、分离目标物体的反射信号和背景环境的反射信号,采用多种方法去除背景噪声和突发噪声,实现了良好的定位追踪效果。实验结果表明,所提方法可以追踪一支笔的运动轨迹,其平均误差为0.32 cm。

    基于顾问引导搜索的虚拟网络映射算法
    刘文覃,庄雷,和孟佯,田帅魁,宋玉,王国卿
    2020, 4(2):  113-121.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00140
    摘要 ( 18 )   在线阅读 ( 6 )   PDF下载 (1395KB) ( 25 )   可视化   
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    针对虚拟网络映射问题,提出了一种基于顾问引导搜索的虚拟网络映射算法。综合考虑节点CPU、节点度、邻接带宽资源,结合元启发式顾问引导搜索算法进行虚拟网络映射。实验结果表明,与EAJTA-VNE算法和ANT-VNE 算法相比,所提 CGS-VNE 算法在虚拟网络请求资源需求较低、资源需求中等、资源需求较高等环境下均有较高的请求接受率和收益成本比,缩短了映射时间。

    服务与应用
    基于OLAP技术的物联网客户数据平台构建
    郭悦,龙岳,张勋,屈阳
    2020, 4(2):  122-128.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00141
    摘要 ( 46 )   在线阅读 ( 12 )   PDF下载 (990KB) ( 35 )   可视化   
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章

    现阶段物联网客户业务飞速发展,行业中逐渐暴露出客户运营能力较弱的管理问题,这导致客户分析处理(AP,analytical processing)值普遍较低、盈利低、运营成本高,因此,急需增强物联网海量数据分析能力,为业务发展提供数据指引。以提升客户价值为目标,利用大数据技术、多维分析技术、海量查询技术,对物联网企业客户进行画像,实现运营服务精细化、高效化的客户运营平台构建,从技术实现方面探讨了如何进行数据运营平台的构建。

    工业互联网无线室内定位技术概述
    常娥,冷卫杰
    2020, 4(2):  129-135.  doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00144
    摘要 ( 97 )   在线阅读 ( 34 )   PDF下载 (4332KB) ( 106 )   可视化   
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章

    工业制造的蓬勃发展不断推动我国制造领域的技术变革,智慧工厂成为推动工业转型的关键。而智能化生产离不开精确的位置识别技术,为人员、物料、设备甚至车辆提供准确的位置信息。从工业无线定位的技术需求入手,对多种定位技术进行详细地分析和对比,梳理当前定位技术的局限性,最终提出未来工业无线定位技术的发展趋势。

版权信息
主管单位:工业和信息化部
主办单位:人民邮电出版社
学术指导:中国电子学会   中国通信学会
主  编:尹 浩
执行主编:朱洪波
编辑部主任:易东山
地  址:北京市丰台区成寿寺路11号
     邮电出版大厦8层
邮政编码:100078
电  话:010-81055683
     010-81055483
电子邮件:wlwxb@bjxintong.com.cn
国际标准刊号:ISSN 2096-3750
国内统一刊号:CN 10-1491/TP
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