区块链与5G、物联网融合技术在物流行业的应用*

2020-08-13

广东通信技术 2020年7期

1 前言

区块链技术具有去中心化、开放性、透明性、匿名性、数据不可篡改性和自治性六大特征，为过去信息安全性低、信息连续性差、信息采集成本高、推广渠道限制多、信息不对称问题突出等状况提出了可靠解决途径。物联网技术将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间信息交换和通信，与区块链在技术上具有很高的契合度，为物联网面临的大数据管理、信任、安全和隐私等问题提供了新的思路和解决方法[1]。5G网络具有高速率、大容量、低时延三大特性，配合物联网终端、边缘计算MEC节点，将结合eMBB、mMTC、uRLLC三大应用场景深入渗透，成为各行业转型升级的关键技术。物流主要包括物体的运输、仓储、包装、搬运装卸、流通加工、配送以及相关的物流信息等环节，而现代智慧物流的每个环节都有离不开物联网技术的应用，如加入区块链技术，可以大幅度提升物流系统中各方交易的透明度、有效防止商品信息被篡改、实现商品全程溯源，真正给予物流领域颠覆性的改革。

本文将重点从物流行业发展趋势出发，讨论区块链与5G、物联网融合技术在物流行业中的应用价值，并提出基于“区块链+ 5G +物联网+物流”的端到端、闭环平台架构方案。

2 物流发展阶段研判

物流行业的发展从1927年现代物流诞生以来，主要经历传统物流、智慧物流两个阶段，即将迈入价值物流阶段，其行业的发展也与物联网、移动通信网、区块链等技术应用一样，将会经历沉淀、触发、膨胀等时期，详见图1。

第一阶段：传统物流。主要处于沉淀期、触发期，此阶段物流行业技术应用上以简单的网络通讯、人工账本及互联网应用为主，行业存在交易信息不对称、信息真假难辨、信用系统尚未成体系、支付结算体系风险巨大、人工手段效率低/成本高等痛点。

第二阶段：智慧物流。主要处于期望膨胀期、回退期、复苏期，此阶段物流行业可提供增值服务、主动服务，技术应用上全面依托4G移动互联网、窄带物联网等，具有信息化、体系化、智能化、可视化等特征。虽然较传统物流在效率及感知上有了质的提升，但整体架构仍存在设备安全、个人隐私、架构僵化、通信兼容、多主体协同等痛点。

第三阶段：价值物流。主要处于复苏期及成熟期，此阶段通过区块链、5G网络、物联网等新一代信息通信技术融合应用加速行业复苏，实现数据存证、价值流动、智能合约，进入价值物流时代，提供定制服务、智能服务，实现物流数据资产化及去中心化管理，并可结合电商、仓储等实现多行业生态联盟。

图1 物流发展阶段示意

目前，整个物流行业正处于第二、第三阶段交汇处，对于目前仍未进入智慧物流的传统物流企业或仅有物联网初步应用的物流企业，有一步到位引入区块链、5G、物联网融合技术进入价值物流时代的弯道超车机遇，基于新技术应用跨越式发展。

3 区块链与5G、物联网融合技术

新一代信息通信技术，包括以5G、物联网为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施，以数据中心、云计算/边缘计算为代表的算力基础设施，其共同构成新型基础设施中信息基础设施，奠定新时代社会发展的软实力，也在新冠疫情防控中发挥了巨大作用[2]。如图2，这些技术将融合发展，相辅相成，最终形成面向未来智慧社会的一体化解决方案。

图2 新一代信息通信技术融合发展

在智慧物流时代，物联网与物流行业融合的复杂性，造成物联网应用成本高，安全和隐私问题突出，过度中心化架构制约效率，同时物联网产业以基础设施建设和局部应用创新等业态为主，与物流行业融合的巨大价值尚未被深度挖掘，迫切需要5G网络与区块链技术做为推力。

一方面，5G技术将基于云计算和边缘计算，通过万物互联，把智能感应、数据分析和深度学习的能力整合在一起， 5G 低时延和海量连接特性让物流行业车、仓、人、货物之间互联互通，实现更高效的互动，全面实现云时代的移动智能物联，可为智慧物流构建高效率的公共服务和社会运作体系。

另一方面，区块链多中心、可追溯、防纂改、实时共享的技术优势为物联网生态的建立和完善提供了最佳的选择和重要支撑，并与物联网个体以及金融、保险等资源互为融合，增加信任，保护隐私，重构线上和线下开放式的价值信用体系，极大地拓展了物联网的增值服务和产业增量空间，实现从信息互联到价值互联的巨大转变。

综上，5G、物联网、区块链技术融合应用，为价值物流时代提供丰富的场景想象空间，可以打造多方共识的点对点价值物流共享平台，降本增效，有效解决智慧物流阶段的痛点。

4 价值物流时代平台架构建设

本文提出了一种价值物流共享平台架构，提供基于“区块链+5G+物联网+物流”的端到端、闭环架构，由物联网信息采集体系（AaaS）、5G通信体系（IaaS）、区块链数据平台（DaaS）、远程控制平台（PaaS）、应用层（SaaS）组成。其中：

（1）5G通信体系（IaaS）及物联网信息采集体系（AaaS），通过5G网络配合物联网终端、边缘计算MEC节点，将虚拟化CT基础资源（计算、网络、存储）聚合形成资源池，构成一个区块链信息采集及上链闭环，解决数据采集“开始一公里”数据授信瓶颈，通过边缘计算使得每个物联网终端成为区块链上链存证节点。

（2）区块链数据平台（DaaS），即区块链数据支持层，硬件由各类数据中心服务器组成，软件基于区块链智能合约、Token激励、授信共识及数据存证等功能实现，从而为物流产业链条上各相关方提供信息可信服务。

（3）远程控制平台（PaaS），可视可控终端平台，除了提供基础计算能力，还具备了业务的开发运行环境，提供各类IT组件，满足物流行业相关企业将相应功能模块嵌入软件或硬件，以提高平台效率，可为业务创新提供快速、低成本的区块链应用环境。

（4）应用层（SaaS），侧重于应用功能需求实现，打通与金融、保险、电商等更多行业的连接，为价值物流产业链相关方提供基于区块链技术授信存证的一揽子解决方案（溯源、存证、金融仓储等）。

上述平台架构是一个统一的技术支撑体系，配合统一区块链存证、追溯体系，统一信息标准体系，统一运维保障体系，统一信息安全体系，即构建成一个完整的区块链ICT平台架构体系。

由此，5G网络、边缘计算、物联网终端、区块链节点的一体化承载体，为信息采集、存证服务提供完整的端到端、闭环解决的方案，在物流过程中采用区块链技术记录并处理相关数据，并通过5G网络回传及5G边缘计算节点上链存证，可提供一份安全不可篡改的电子信用档案，重塑物流行业信任机制，同时通过智能合约实现物流公司与发货人，与承运方、仓储方等物流各环节合作单位之间的智能管理，如图3所示。

针对价值物流时代可能出现的物联网终端功耗大、网络采集/存储数据迅速膨胀、区块链交易效率低、分区容忍度低等潜在风险，价值物流共享平台架构提出如下解决思路：

（1）物联网回传加密方案，通过5G网络边缘服务器MEC上链，不增加IoT终端负担；

图3 价值物流共享平台架构

（2）系统架构设计支持重型节点、轻型节点（只做校验），如使用简单支付交易方式(SPV)、默克尔树压缩交易记录等技术；

（3）采用主链+侧链跨链技术，划区划片管理提升交易效率；

（4）系统设计支持链上链下、离线价值互访，支持多个集群。

另一方面，文中所设计的平台架构支持中远期与金融/保险/电商平台等对接、基于Token价值互访的平滑演进能力，脱敏后的物流信息数据全网共享，实现物流透明化、全产业链共享信息，还可结合AI、大数据分析等技术融合应用，如图4所示。总体来看，建议按“私有链—>联盟链”两个阶段有序推进，其中：

图4 价值物流与多行业生态联盟示意图

（1）区块链价值物流平台建设（私有链）：传统物流、智慧物流场景中，物流供应链运输需要经过运输公司、银行等多个主体，这些主体之间的信息化系统即使有5G移动互联网、物联网技术应用，很多是彼此独立、互不相通的。一方面，存在数据伪造的问题，另一方面，因为数据的不互通，出现状况时，应急处置无法及时响应。区块链价值物流平台传感器收集的数据通过公/私钥方式，由5G网络的边缘计算节点写入区块链，形成闭环，成为无法篡改的电子证据，提升物流各环节造假者抵赖的成本，厘清责任边界，同时还能追本溯源，及时了解物流进展，增强多方协作。

（2）价值物流与多行业生态联盟（联盟链）：基于Token价值互访，拓展“区块链+5G+物联网”融合技术在物流行业及其上下游产业链/监管部门/金融保险部门的应用；一方面与电商平台共建“电商、物流、仓储、配送”全行业授信的联盟链机制/体系；另一方面整合物流平台数据，打造价值物流平台，建统一入口，连接到各金融/保险公司等金融行业，并通过监控体系对各方支付费用实施监控并能够产生预警；同时，打通与物流、仓储/运输等下企业授信数据连接，整合数据，为金融/保险公司或电商等其它行业提供脱敏数据，并接入金融、保险，基于Token实现价值互访、通过智能合约实现放贷及投保，接入，挖潜物流行业潜在价值。