一种基于区块链和边缘计算的车辆群智感知激励系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于区块链和边缘计算的车辆群智感知激励系统及方法。本系统包括路边单元模块、车辆用户模块、任务分配模块、用户选择模块、质量验证模块、报酬分发模块、区块链存储模块；路边单元模块连接任务分配模块，车辆用户模块连接用户选择模块，任务分配模块连接用户选择模块，用户选择模块连接质量验证模块，质量验证模块连接报酬分发模块，报酬分发模块连接区块链存储模块。方法根据用户过去完成任务情况，设定用户信誉值；将任务划分为子任务；用户选择是否参与任务；根据质量验证模块验证用户任务完成情况；根据报酬分发模型确定用户所得报酬并发放报酬；根据区块链存储模型，将交易记录和信誉值变化打包在区块中，并链接到区块链上。

说明书

技术领域

本发明属于智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)领域，其涉及一种基于区块链和边缘计算的车辆群智感知激励系统及方法。

背景技术

日渐发达的交通网络给交通管理带来了严重的负荷。相较智能手机，车辆拥有更丰富的传感器、更强大的存储和通信功能。借助于各种车载传感器和通信设备，车辆与路边单元构成了车载网络，车辆可以发布和接收消息，这些消息可以帮助车辆及时了解交通状况。

群智感知是指人们通过已有的移动设备形成交互式的、参与式的感知网络，并将感知任务发布给网络中的个体或群体来完成，从而帮助专业人员或公众收集数据、分析信息和共享知识。一方面，出于对隐私信息泄露的担忧，群智感知系统中用户节点的参与度不高。另一方面，由于车辆网络的高移动性，相邻的车辆通常是陌生人并且不能彼此完全信任，当网络中存在恶意车辆时，用户隐私信息容易泄露，虚假信息攻击影响实时路况监控，交通管理将变得更加困难。

区块链技术有效地解决了上述群智感知中的问题。区块链是一种分布式的数字账本，可以增强交易的安全性，保证数据的可靠性和不可篡改性。尽管PoW(ProofofWork，PoW)共识机制耗费大量的计算能力，但是引入边缘计算后，可以为区块链提供一定程度的存储和计算资源，分担计算任务，高带宽和低延迟使服务更加高效可靠，并显著降低了运营成本。

发明内容

针对现有群智感知系统中存在的缺陷，为了提高用户的参与度并保证数据质量，本发明的目的是提供一种基于网联汽车协同的群智感知激励相同及方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于区块链和边缘计算的车辆群智感知激励策略，系统包括路边单元模块，车辆用户模块，任务分配模块，用户选择模块，质量验证模块，报酬分发模块，区块链存储模块；所述路边单元模块连接任务分配模块，所述车辆用户模块连接用户选择模块，所述任务分配模块连接用户选择模块，所述用户选择模块连接质量验证模块，所述质量验证模块连接报酬分发模块，所述报酬分发模块连接区块链存储模块。优选地，由路边单元(RoadsideUnit， RSU)对所负责的路段区域发布任务，任务划分成子任务后，该区域上的车辆用户会按照信誉度依次收到子任务，车辆用户根据自身消耗情况选择是否参与任务。用户提交任务后，RSU 会对数据进行验证，更新参与任务的用户的信誉值，通过验证的用户将得到报酬，所有的交易记录由区块链保存。

优选地，所述路边单元模块中，每个路边单元仅负责给定位置范围内的任务发布及数据接收，不同位置区域由不同的路边单元负责。

优选地，所述车辆用户模块包括身份信息单元、位置信息单元、消耗系数单元、信誉值单元。

优选地，路边单元模块作为任务发布者，保存路边单元的基本信息，负责任务管理；车辆用户模块用于保存车辆用户的基本信息；任务分配模块，用于根据任务需求将任务单元分割为子任务单元，分配给用户；用户选择模块，用于衡量预估报酬和任务消耗的大小，用户可以选择参与或者放弃任务；质量验证模块，用于计算数据可信度，判断用户能否获得报酬；报酬分发模块，用于确定价格，发放报酬；区块链存储模块，用于将交易记录和信誉值变化打包在区块块中，链接到区块链上。

优选地，所述任务分配模块包括任务单元和子任务单元；所述任务单元与子任务单元连接；任务单元，由RSU发布；子任务单元，由任务单元根据需求划分而成。

优选地，用户信誉值会在用户参与任务后更新。具体地，新区块连接到区块链中后，分布式共识机制使得所有RSU都能得到最新的用户信誉值；在新的任务中，信誉值高的用户会被优先分配到子任务，得到的报酬较高，系统以此来保证用户提交数据的质量。

一种基于区块链和边缘计算的车辆群智感知激励方法，采用上述系统进行操作，操作步骤如下：

S100.作为任务发布者，保存路边单元的基本设施信息；

S200.作为任务参与者，保存车辆用户的基本信息，包括身份信息，位置信息，消耗系数，信誉度值；

S300.公开任务要求和报酬，将任务划分为子任务，根据用户信誉度分配子任务；

S400.通过比较能耗大小和预估的报酬大小，用户选择完成或放弃任务；

S500.根据任务要求，验证用户任务完成情况；

S600.为通过质量验证的用户发放报酬；

S700.将交易记录和信誉值变化打包在区块中，连接到区块链上。

在步骤S500中需要计算任务的信任偏移值，判断是否受到恶意节点攻击。

所述步骤S500的具体步骤为：

S510.计算任务的合计可信度；

S520.计算任务的信任偏移值，若信任偏移值为正，则继续进程，若值为负，则重新执行任务分配步骤300；

S530.对车辆用户提交的信息进行验证，判断用户得到报酬还是受到惩罚。

所述步骤S700的具体步骤为：

S710.RSU将信任偏移值作为赌注，所有的RSU连续更改随机数并计算哈希值；

S720.赢得选举的RSU生成区块并发布至网络中；

S730.所有RSU都存储相同版本的区块链，达成分布式共识。

与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出的实质性特点和显著优点：

1.本发明基于网联汽车协同的群智感知激励系统，建立用户的信誉度，并在用户参与任务后更新数值，任务分配和报酬大小受信誉值影响；对于感知任务，将任务分割为子任务， RSU会依次选取信誉值最大的用户参与处理子任务，信誉值高的用户能获得更高的报酬，以达到鼓励高信誉值用户参与的效果；

2.本发明对于数据的验证，利用了贝叶斯公式和信任偏差值，前者能将距离作为重要参数，计算数据的可信度，后者能体现冲突消息的数量比例；

3.本发明区块链的应用进一步保障了数据的可信度和交易的公开性。

附图说明

图1为本发明基于网联汽车协同的群智感知激励策略的示意图。

图2为车辆用户模块的结构示意图。

图3为图1中任务分配模块的具体示意图。

图4为图1中数据验证模块的流程示意图。

图5为图1中区块链存储模块的流程示意图

图6为生成块格式的具体示意图。

具体实施方式

下面就优选实施例结合附图，对本发明作进一步的说明。

实施例一

参见图1，一种基于区块链和边缘计算的车辆群智感知激励系统，包括路边单元模块100，车辆用户模块200，任务分配模块300，用户选择模块400，质量验证模块500，报酬分发模块600，区块链存储模块700；所述路边单元模块100连接任务分配模块300，所述车辆用户模块200连接用户选择模块400，所述任务分配模块300连接用户选择模块400，所述用户选择模块400连接质量验证模块500，所述质量验证模块500连接报酬分发模块600，所述报酬分发模块600连接区块链存储模块700。

本实施例基于网联汽车协同的群智感知激励系统，建立用户的信誉度，并在用户参与任务后更新数值，任务分配和报酬大小受信誉值影响；对于感知任务，将任务分割为子任务， RSU会依次选取信誉值最大的用户参与处理子任务，信誉值高的用户能获得更高的报酬，以达到鼓励高信誉值用户参与的效果。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

所述路边单元模块100中，每个路边单元仅负责给定位置范围内的任务发布及数据接收，不同位置区域由不同的路边单元负责。

所述车辆用户模块200包括身份信息单元201，位置信息单元202，消耗系数单元203，信誉值单元204。

本实施例路边单元模块100作为任务发布者，保存路边单元的基本信息，负责任务管理；车辆用户模块200用于保存车辆用户的基本信息；任务分配模块，用于根据任务需求将任务单元分割为子任务单元，分配给用户；用户选择模块，用于衡量预估报酬和任务消耗的大小，用户可以选择参与或者放弃任务；质量验证模块，用于计算数据可信度，判断用户能否获得报酬；报酬分发模块，用于确定价格，发放报酬；区块链存储模块，用于将交易记录和信誉值变化打包在区块块中，链接到区块链上。

实施例三

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

一种基于区块链和边缘计算的车辆群智感知激励方法，采用上述系统进行操作，操作步骤如下：

S100.作为任务发布者，保存路边单元的基本设施信息；

S200.作为任务参与者，保存车辆用户的基本信息，包括身份信息，位置信息，消耗系数，信誉值；

S300.公开任务要求和报酬，将任务划分为子任务，根据用户信誉值分配子任务；

S400.通过比较消耗大小和预估的报酬大小，用户选择完成或放弃任务；

S500.根据任务要求，验证用户任务完成情况；具体步骤为：

S510.计算任务的合计可信度；

S520.计算任务的信任偏移值，若信任偏移值为正，则继续进程，若值为负，则重新执行任务分配步骤300；

S530.对车辆用户提交的信息进行验证，判断用户得到报酬还是受到惩罚；

S600.为通过质量验证的用户发放报酬；

S700.将交易记录和信誉值变化打包存放在区块中，链接到区块链上；具体步骤为：

S710.路边单元将信任偏移值作为赌注，所有的路边单元连续更改随机数并计算哈希值；

S720.赢得选举的路边单元生成区块并发布至网络中；

S730.所有路边单元都存储相同版本的区块链，达成分布式共识。

本实施例基于网联汽车协同的群智感知激励方法，建立用户的信誉度，并在用户参与任务后更新数值，任务分配和报酬大小受信誉值影响；对于感知任务，将任务分割为子任务， RSU会依次选取信誉值最大的用户参与处理子任务，信誉值高的用户能获得更高的报酬，以达到鼓励高信誉值用户参与的效果；本实施例对于数据的验证，利用了贝叶斯公式和信任偏差值，前者能将距离作为重要参数，计算数据的可信度，后者能体现冲突消息的数量比例；本实施例采用区块链的应用进一步保障了数据的可信度和交易的公开性。

实施例四

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

一种基于区块链和边缘计算的车辆群智感知激励策略，如图1所示，系统包括路边单元模块100，车辆用户模块200，任务分配模块300，用户选择模块400，质量验证模块500，报酬计算模块600，区块链存储模块700；所述路边单元模块100连接任务分配模块300，所述车辆用户模块200连接用户选择模块400，所述任务分配模块300连接用户选择模块400，所述用户选择模块400连接质量验证模块500，所述质量验证模块500连接报酬分发模块600，所述报酬分发模块600连接区块链存储模块700。

路边单元模块100，用于保存路边单元的基本设施信息。每个路边单元仅负责一定位置范围内的任务发布及数据接收，不同的路段由不同的RSU负责。

车辆用户模块200，如图2所示，包括身份信息单元201，位置信息单元202，消耗系数单元203，信誉值单元204，用于存储车辆用户的基本信息，包括身份信息，位置信息，消耗系数，信誉值；其中，信誉值会在参与的任务结束后更新。

任务分配模块300，用于将任务单元301、子任务单元302。所述任务单元301与子任务单元302连接，如图3所示。

RSU发布感知任务T，并将其分为n个子任务{T

当处理子任务时，RSU会依次选取信誉值最大的用户参与，信誉值越高的用户，提供数据的可靠性越高。

用户选择模块400，用户通过比较消耗大小和预估的报酬大小，选择完成或放弃任务。

用户U

C

RSU给第k子任务的报酬定为R

λ、μ是正常数，N(t)表示在时间t时用户参与处理任务的比例，B(t)表示在时间t内剩余的预算。一开始，子任务剩余较多时，报酬就会较高，以达到鼓励高信誉值用户参与的效果。随着参与的用户越多，任务完成度N(t)会越来越大，报酬会随之下降，达到一个稳定值。

用户U

质量验证模块500，如图4所示，根据任务要求，验证用户任务完成情况。

用户提交的关于第j个事件e

其中，

其中，

对于同一个事件，RSU可能会收到相互冲突的消息，在系统中，用加权的方式来获得信任值的偏移量。偏移量在-1和+1之间，与正评分的比例成正相关。信任的偏移值为：

o

当偏移值o

报酬分发模块600，对通过质量验证的用户发放报酬。

区块链存储模块700，如图5所示，RSU将所有这些偏移量和交易数据打包在区块块上，并将其添加到区块链中。

在该系统中，设计了一种PoW和权益证明矿工联合选举方法。o

Hash(ID

S

式中，O

生成块包含两个部分，如图6所示，Head部分储存了例如块的ID、RSU的ID、生成时间等基本信息、前一个块的哈希值、证明该块有效的随机数和哈希阈值，Body部分储存了车辆的ID、信誉值、信任值偏移量、报酬等信息。

一旦从矿工那里收到一个区块，RSU就需要检查随机数的有效性，然后将其添加到其区块链中。有时，RSU可能同时接收多个区块。分布式共识方案用于解决此问题，每个RSU选择一个分支，并在其后继续添加新块，数量最多的RSU认可的分支比其他分支增长更快。最终，最长的一个区块成为网络的分布式共识，而其他分支被丢弃。另外，每个RSU需要在废弃的分支中收集由它们自己生成的块，并在将来尝试将它们添加到区块链中。这样，所有RSU 都存储相同版本的区块链，从而确保网络的一致性。

综上所述，本发明上述实施例基于区块链和边缘计算的车辆群智感知激励系统及方法。本系统包括路边单元模块，车辆用户模块，任务分配模块，用户选择模块，质量验证模块，报酬分发模块，区块链存储模块；所述路边单元模块连接任务分配模块，所述车辆用户模块连接用户选择模块，所述任务分配模块连接用户选择模块，所述用户选择模块连接质量验证模块，所述质量验证模块连接报酬分发模块，所述报酬分发模块连接区块链存储模块。方法包括根据用户过去完成任务的情况，设定用户信誉值；将任务划分为子任务，根据用户信誉值大小分配子任务；用户通过比较自身能耗情况与报酬大小选择是否参与任务；根据质量验证模块，验证用户任务完成情况；根据报酬分发模型，确定用户所得报酬并发放报酬；根据区块链存储模型，将交易记录和信誉值变化打包在区块中，并链接到区块链上。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。