5G、区块链与智慧计量

作者：读裁者黄远辉，专注人文历史、质量标准、知识产权。

一、Gartner技术成熟曲线

Gartner公司（中文名称：高德纳咨询公司）是全球最具权威的IT研究与顾问咨询公司，成立于1979年，总部设在美国康涅狄克州斯坦福，研究范围覆盖全部IT产业，在各IT产业的研究、发展、评估、应用、市场等领域，为客户提供客观、公正的论证报告及市场调研报告，协助客户进行市场分析、技术选择、项目论证、投资决策。Gartner公司自1995年起每年都针对各种技术和应用创建 90 多张技术成熟度曲线（Hype曲线），用来帮助客户跟踪技术的成熟度和未来潜力。

Gartner公司把一个新技术从出现到最后得到应用的全过程分为五个阶段。科技诞生的促动期 (Technology Trigger)：在此阶段，随着媒体大肆的过度报道，非理性的渲染，产品的知名度无所不在，然而随着这个科技的缺点、问题、限制出现，失败的案例大于成功的案例。过高期望的峰值（Peak of Inflated Expectations）：早期公众的过分关注演绎出了一系列成功的故事，同时也有众多失败的例子。对于失败，有些公司采取了补救措施，而大部分却无动于衷。泡沫化的底谷期 (Trough of Disillusionment)：在历经前面阶段所存活的科技经过多方扎实有重点的试验，成功存活的经营模式逐渐成长。稳步爬升的光明期 (Slope of Enlightenment)：在此阶段，有一新科技的诞生，在市面上受到主要媒体与业界高度的注意。实质生产的高峰期 (Plateau of Productivity)：在此阶段，新科技产生的利益与潜力被市场实际接受，实质支援此经营模式的工具、方法论经过数代的演进，进入成熟的阶段。

图1 Hype曲线，来源：百度百科

按照Hype曲线，我们天天挂在嘴上的技术，比如5G、自动驾驶、人工智能等，一般是处于技术周期的第二阶段（爬坡）；我们以前经常听到的很多技术，比如3D打印、VR、大数据、区块链等，这两年好像没有怎么听到了，这些技术已进入Hype曲线的第三个阶段（低谷）；随着这些技术的成熟，他们将进入最关键的第四阶段（发展），各方面的应用已经相对成熟；最后这些技术将进入第五阶段，这些技术已开始盈利。

图2 2018年Hype曲线，来源：Gartner

图3 2019年Hype曲线，来源：Gartner

2018 年，Gartner公司预测的五大技术趋势分别为：民主化人工智能(包括通用人工智能、L4-L5 级自动驾驶、AI 即服务平台等技术)、数字化生态系统(包括物联网、知识图谱、区块链等技术)、生物黑客(包括脑机接口、生物芯片等技术)、透明的沉浸式体验(包括智能家居、边缘 AI 等技术)、无处不在的基础设施(包括 5G、深度神经网络、量子计算等技术)。2018年，5G 技术仍然处在技术曲线中的"技术萌芽期"阶段。2019 年，5G 技术迅速攀升到"技术膨胀期"，成为"引领未来"的新兴技术。其中也有一些技术的关注度在下降，比如：L4 级别自动驾驶，逐渐进入到"泡沫破裂低谷期"，实现时间超10年以上。

阿里达摩院曾发布一份科技趋势报告，解读了2019年十大科技趋势。趋势一：城市实时仿真成为可能，智能城市将诞生。趋势二：语音AI在特定领域将会通过图灵测试。趋势三：AI专用芯片将挑战GPU的绝对统治地位。趋势四：超大规模的图神经网络系统将为机器赋予常识。趋势五：计算体系结构将被重构。趋势六：5G网络将催生全新的应用场景。趋势七：数字身份将成为第二张身份证。趋势八：自动驾驶将进入冷静发展期。趋势九：区块链技术将回归理性，商业化应用会加速。趋势十：各种数据安全保护技术将加速涌现。

二、5G技术的爆发

5G（5th Generation Mobile Networks）就是第五代移动通信系统，相比3G、4G具有无可比拟的优势。1G 实现了基本的移动通话；2G 实现了收发短信、语音通话和手机上网；3G 可以收发图片、彩信；4G能看视频、看直播、视频聊天等。5G 不再局限于移动互联网，还能支持物联网，实现AR、VR、自动驾驶、人工智能等技术的应用，让我们真的进入到万物互联（IoT，Internet of Things）的时代。5G时代，网速相比4G提高1-2个数量级，不仅可以满足IoT的使用，而且对于大多数家庭来讲，不再需要拉宽带，互联网和移动通信网络实现了真正的融合。

图4 NSA与SA的区别，来源：网络

NSA（Non-Standalone，非独立组网）指的是5G和4G LTE的联合组网，其组网的最大特点就是能够充分利用现有4G设备进行5G网络部署，使运营商可以共用4G、5G网络，最大程度上节省前期建设投资。SA（Standalone，独立组网）组网基站等基础设施都是独立的，可以将5G网络潜能发挥到最大，但是前期投入的资金非常大。5G方案以华为和高通为代表，华为提出的5G方案是在6000MHz，技术相对成熟，可以充分利用现有的4G资源实现大面积覆盖，全球多个国家已实现商用，但是带宽窄，速度受限。目前，华为的基带芯片巴龙5000支持NSA和SA两种网络，并且在2020年初就可以使用。高通的5G方案直接飙升到28千MHz（即所谓的毫米波），与目前所有的无线通信频率均不冲突，带宽足够宽，但是技术复杂，传输距离短。高通的X50基带芯片目前只支持NSA，不支持SA。2018年5月，5G 编码标准投票，华为的 Polar 码以一票之差输给高通的 LDPC 码（这两种码是 5G 的数据和控制编码），Polar 码的特点是效率高，而 LDPC 的特点是稳定性高。如此一来，高通在 5G 时代可以继续向各大手机厂商收取专利费，按照规定国内的手机厂商每卖出一台4000元左右的手机，如果使用了高通的 5G技术，需要向高通交130元左右的专利费。高通的商业模式是"专利绑定芯片"和"按照整机价格收取专利费"，实现轻资产运营，只负责研发，不负责制造，全面占领知识产权、技术标准等领域，实现全球通信技术的霸权。

5G是如何进行无线通信的呢？4G一般是每公里建一个基站，负责方圆一公里范围内的手机和基站通信。5G则是在百米范围内建基站（5G基站平均距离在200～300米），负责方圆百米范围内手机和基站的通信。手机和基站的距离缩短，有三个好处：首先是建筑物干扰的问题得到了很好的解决；其次是每个人能够分到的带宽就可以增加两个数量级；最后，由于基站的通信范围从一公里减少到百米，功率降低两个数量级，基站周围的电磁波辐射大大降低。科普一下，根据我国的《电磁辐射防护标准》规定了手机频段的辐射照射限值为一天24小时任意连续6分钟的平均功率密度为40微瓦/平方厘米，美国的是600微瓦/平方厘米，中国的标准比美国更严。实际在执行的时候，运营商考虑到信号的叠加，工程施工控制在8微瓦/平方厘米以内。这个标准数值是什么概念呢？吹风机的辐射可以达到100 微瓦/平方厘米；电磁炉的辐射量能达到 580 微瓦/平方厘米，家庭中常用的无线路由器，在1米范围内产生的辐射量也有60微瓦/平方厘米以上。中国工程院院士邬贺铨称，很多人会误认为基站有电磁辐射危险，其实5G基站和4G基站的辐射都是小于40微瓦/平方厘米，5G网络比4G速度更快，不是靠增强通信基站的信号发射功率，而是靠扩容传输带宽。电磁辐射强度是与距离的平方成反比，发射基站越高，对人体的影响就越小。基站的密度越大，手机接收的信号越强，手机的辐射也相应减少。

三、区块链技术的突破

区块链的底层逻辑我在《区块链技术在信用、知识产权、溯源等场景中的应用与思考》一文中已有详细描述，请关注回看。区块链有公链、私链、联盟链之分，比特币等数字加密货币就是典型的公链。公链是一个开放的生态，它会随着节点的加入而进行自我的演化和迭代。直到目前，除了数字加密货币以外，公链还没有找到特别适合落地的应用场景。私链是有主权，比如一个公司或者组织的区块链，就相当于一个公司或组织内部的分布式账本，访问权限是在这个公司或组织手里。因此，私链其实是反区块链的，区块链的理念是以开放体系的共识来构筑信用体系，一旦私有化、中心化，就相当于失去了区块链本身的性质。联盟链又是什么呢？现在商业开发的区块链大多数属于联盟链。比如，香港金融管理局联合12家跨国银行进行的一个区块链项目，叫贸易联动（eTrade Connect），就是一个典型的联盟链；又比如蚂蚁金服推动了一个联盟链项目叫"商品溯源"，让所有的海淘商品都上链，一罐奶粉从奶牛场开始，到奶粉，到装罐，到物流，所有环节的数据都经过验证，取得数字签名以后被存储入区块链，消费者拿到这个商品手机扫一扫二维码，就可以知道这个商品的全生命周期。

吴军博士提出，区块链技术发展到今天，总共经历了三代技术的更新。第一代区块链成功的项目是比特币。比特币的成功，让大家开始买币、炒币，也让很多数学家、码学家加入了这个行业，共同改进区块链技术，让区块链变得更加严密和安全。耗时长、成本高是第一代区块链技术的难题。

第二代区块链成功的项目是以太坊。以太坊首先解决了矿机争抢比特币的问题，而且相比第一代的比特币，以太坊大大提高了验证的效率，以前验证一笔交易可能要几个小时，现在可以降到几分钟。以太坊还升级了比特币的协议模式，让数字货币的开发变得更容易。今天整个虚拟货币市场，大概有2000到3000亿美元，以太坊的货币，就占到了15%的市场份额。第三代区块链诞生了一种新的财富分配方式。第三代区块链技术有两个新的成果，一个是智能合约的诞生，智能合约可以跟踪所有跟合同有关的执行情况，可以约束各种违反合同的不法行为。第二个成果是，区块链技术诞生了一种新的融资方式和财富分配方式，早期资金的募集方式，大多都是以贷款的形式实现的。后来，有了风险投资后，人们又是以股权分配的形式来融资。现在，有了虚拟货币，人们可以通过发币来募集资金。当项目做成后，虚拟货币也会升值，和股权分配是一个道理。

《区块链革命》的作者，"数字经济之父"唐塔普斯科特在极客公园举办的Rebuild 2018大会介绍了区块链会带来的五种商业模式。第一，区块链协作，用区块链创造真正的共享经济，唐塔普斯科特认为这种模式有可能在中国最先应用。第二，知识产权创造，通过区块链把知识产权内容变成知识产权资产，知识产权创作者可以把他们的作品上传到区块链上，当有人下载了他的作品，他能直接赚取知识产权使用费。第三，区块链可以重新定义中间商，降低交易成本。唐塔普斯科特认为，通过区块链技术，可以在资产中介方面创造新的价值。第四，区块链可以为供应链提供服务，实时同步数据。现在有超过5000亿的商品都是通过供应链来销售的。第五，模拟真实世界，在不同的设备上完成互联互通。

关于区块链的共识机制，我觉得物理学家张首晟教授（大家公认最有可能获诺奖的美国华裔科学家，可惜于2018年12月1日抑郁自杀）的解释很有意思，他引入了一个物理学概念叫熵增（薛定谔在《生命是什么》一书中的核心观点就是：生命以负熵为生），这个概念表达的是，物理世界总是走向无序，生命世界则相反，总是在走向有序，也就是把熵减少。在共识机制上，人们意见分歧越大，熵就越大。达成共识就是把熵减少，形成有序状态。区块链的算法，虽然看起来是浪费了很多能量（我们知道挖矿需要消耗巨大的能量），"其实得到了一种更宝贵的财富，也就是共识。"从这个意义来说，区块链的共识系统有点像生命系统，也就是自己在走向有序，熵在减少。张首晟教授把区块链的时代称为，"我们的信念建筑在一个数学算法上，我们相信数学""这就能导致一个新的互联网的革命，一个合久必分的时代就又会到来"。在区块链技术中，我们都知道加密是特别重要的一个环节，比特币中便是使用了椭圆曲线密码技术，以太坊中也是使用的椭圆曲线DSA（DSA是基于整数有限域离散对数难题的，其安全性与RSA相比差不多），更为一般的HTTPS中使用的TLS也是基于椭圆曲线实现的密码交换。区块链技术用到的椭圆加密方法，又是以费马大定理为基础的，而费马大定理的证明又与伽瓦罗的群论息息相关，关于数学等以后有机会再细说。

随着5G、区块链技术的成熟，各种应用场景的出现，我们已经快步走进大数据时代。大数据时代大家最关心的是什么呢？当然是数据的安全、稳定和可靠。我们在使用各种APP服务的时候，同意各种服务协议时，其实已经让渡了自己的私人数据和隐私。我们也许会问，这些数据的所有权属于谁，法律规定数据属于用户，但是真正从数据获益的却是公司。还有就是价格歧视问题，据说你用不同的手机（苹果或安卓）在网上购物，甚至你在不同小区（豪宅区、平民区、城中村）在网上购物或者订购机票时，电商公司都能通过大数据判断出你的身份和价格敏感度，如果你是土豪或者对价格不敏感，那么不好意思你要交点土豪税。怎么解决这些问题，吴军博士认为，区块链可能是一个技术解决手段，区块链可以让用户保留对个人信息的控制权。

四、5G、区块链与智慧计量

图5 《量天度地衡万物——中国计量简史》，关增建著

先推荐一本书《量天度地衡万物：中国计量简史》，关增建教授在序言中提到，计量事关国计民生，兼具自然科学和社会科学双重属性，是维持国家机器正常运转并确保其经济和科学技术得以持续稳定发展的基础。对计量的重要性，我们的祖先早有认识，并为推进计量科技的发展和计量管理做出过卓有成效的实践。早在公元前4世纪，秦国的秦孝公就大力支持商鞅变法，首开以国家力量从法律层面推行统一的度量衡制度之先河，这为秦国的强盛以及最后统一中国奠定了经济和技术基础。古代学者对计量的重要性有充分论述，孔子就曾把"谨权量"作为其治国方略之一大加宣讲。回顾古代中国，历朝历代，没有不重视计量问题的。在中国，计量史的前身是度量衡史，而度量衡史的研究由来已久，比如清末吴大潋的《权衡度量实验考》，据古代器物推算当时度量衡单位量值，颇有参考价值。1937年，吴承洛在商务印书馆出版的《中国度量衡史》一书是中国历史上第一部度量衡史专著。关增建教授认为，中国有高质量的度量衡史，但在21世纪之前却从未有过系统的计量史。中国古代计量的内涵远非度量衡所能包容，应还包括时间计量和空间计量。

计量作弊一直是市场监管的难题，悠悠五千年的文明古国，却一直管不好一杆秤，也是奇了怪。随着现在市场升级改造的深入，智慧计量纳入了市场升级改造的重点，通过互联网+智能秤的方式，在一定程度上解决了计量作弊的难题。由企业研发的智能秤及核心数据采集系统，可以将市民消费过程中使用电子秤产生的数据信息实时上传到市场监管服务平台终端，平台通过对市民消费数据的统计分析，可展示本地区每个市场的运营统计数据、每台电子秤的运行状态和消费数据；可查看海鲜市场销量排名、海鲜种类排名及销售趋势，实现了对本地区消费市场的智能化监管，解决市场监管力量不足、监管覆盖不全等问题。市民消费时如果发现商品出现问题，还可以自动生成红单，上传到市场监管部门，为市民消费保驾护航。

智能秤的技术目前已趋于成熟，市场升级改造过程中也已全面铺开，但是随着5G时代的到来，区块链技术的成熟，如何实现智慧计量的智慧，还有待进一步提升。智能秤说到底还只是实现了秤与互联网的连接，有一定的智能计量的问道，但还达不到智慧计量的程度。我们前面花了大篇幅的内容来说5G、区块链技术，就是为智慧计量的应用场景找到理论基础，据统计在万物互联（IoT）时代，将会有500多万亿的设备接入互联网，4G时代的带宽是远远达不到万物互联（IoT）需求的，因此我们要大力发展5G、6G（美国已启动项目，听说华为也已启动），增强带宽承载能力和上网速度。智能秤以后一定会变得越来越便携，可以随时通过移动端口联网实现数据查询、数据上传、实时监督，不需要再固定在每个档口，每一个商店、超市、市场，甚至街边小摊，都可以使用智能秤，如此一来，我们的各个商品（不限于农贸市场）销售数据将更全面、更准确，为我们准确把握国民经济发展提供大数据支撑。

除了实现数据的实时监控，还有一个非常重要的问题就是数据的隐私和安全，现在很多数据（比如登记注册、执法办案、信用监管等数据）都统一集中到中心化的后台，存在人工篡改的风险，甚至会造成恶劣的影响。区块链技术可以很好地解决数据信用和篡改问题，因此智慧计量系统非常有必要引入区块链技术（这个在技术应用和改造上已完全没有问题），增强数据的可靠性和去中心化，真正管好我们几千年以来的都没有管好的这杆秤。