一种基于区块链和竞拍博弈的网络资源安全共享方法技术

本发明专利技术提供了一种基于区块链和竞拍博弈的网络资源安全共享方法，建立基于区块链技术的移动边缘计算网络资源安全共享模型，并根据带宽资源分配用户收益，子载波和功率联合分配效益，计算和存储资源分配用户收益提出了资源分配的优化模型；基于优化模型，提出对频谱和计算资源进行联合分配的方法，包括：(1)采用竞拍的方法对频谱资源进行分配；(2)采用拉格朗日算法对子载波和容量进行分配；(3)采用竞拍博弈模型对计算和存储资源进行分配。

A secure sharing method of network resources based on blockchain and bidding game

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链和竞拍博弈的网络资源安全共享方法
本专利技术涉及信息通信
，主要涉及一种基于区块链和竞拍博弈的网络资源安全共享方法。
技术介绍
随着物联网特别是智能物联网(AIoT)的发展，各种新型智能设备不断涌现，产生了海量的数据。比如，监控摄像头已经无处不在(据统计，在伦敦每14个人就有一个监控摄像头)，每天产生大量的视频数据。而每辆自动驾驶汽车每天更是会产生多达5TB的数据。把所有这些数据都传输到云上进行处理是今天的云和网络无法承受的。其次，新的场景和应用需要对数据在本地进行处理。比如，自动驾驶和工业自动化对数据处理的实时性有很高的要求。数据传输带来的网络延迟往往无法满足实时性的要求，如果网络发生故障可能带来灾难性后果。再如，人们对个人隐私越来越关注，而很多数据(视频、图片、音频等)都包含大量的个人隐私。保护个人隐私的最好的方法就是在本地进行数据处理，不把个人数据传到网络上去。另外，同样重要的是，硬件的快速发展使得智能边缘计算成为可能。随着AI算法的日益成熟，人们开始设计制造专用的AI芯片，特别是专门用于深度学习模型推理的AI芯片，这些AI芯片不仅数据处理能力强大，而且尺寸小、功耗低、价格便宜，可以应用到各种边缘设备上，为智能边缘计算提供了坚实的硬件基础。然而单个边缘云服务能力有限，需要多个分布式边缘云协同工作，才能提升网络接入和服务能力。但是，目前各个边缘云属于不同的运营商、企业或第三方，而且各个企业的边缘云的数据都是为某个行业或应用服务，因此，各个边缘云形成数据孤岛，不能实现跨行跨网跨界融合，因此，为各个数据孤岛建立桥梁，实现不同数据的资源共享，成为物联网发展必须解决的重大问题。因此，本专利技术提出一种基于区块链和竞拍博弈的移动边缘计算的可信资源安全共享模型，解决移动边缘计算网络中各个边缘云的“孤岛”问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种基于区块链和竞拍博弈的网络资源安全共享方法，有效的解决了移动边缘计算网络中各个边缘云的“孤岛”问题，实现了边缘云之间的资源共享，提高了资源利用率。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于区块链和竞拍博弈的网络资源安全共享方法，包括如下步骤：步骤1、建立基于区块链技术的移动边缘计算网络资源安全共享模型；所述模型分为云层、边缘云层和终端接入层；所述云层为核心网CN，包括一组大型服务器，用于提供整个系统的核心云资源；边缘云层包括MEC服务器和资源代理服务器RPS；所述MEC服务器是由电信运营商部署在网络边缘的小型云计算资源池，用于补充中心服务器，以便任务可以在离用户较近的地方进行处理；所述终端接入层包括基站和智能终端设备；所述基站为只能终端设备提供网络接入服务；步骤2、采用区块链实现边缘云层数据共享，具体包括：步骤2.1、交易流程；所述交易流程包括基于闪电网络的线下交易和线上交易；所述线下交易流程包括：①资源申请方和资源提供方创建通道；②当双方进行交易时，资源申请方发送一个不完整交易给资源提供方；③资源提供方接收到不完整交易后，发送与之对应的不完全交易给资源申请方；④资源提供方提供服务；所述线上交易流程包括：①资源申请方在选择了交易对象后，预存相应的金额到区块链上；②资源申请方创建交易，并将预存金额交易发送给peer节点上链，其中peer节点表示资源代理服务器；③Peer节点将预存交易写入全球账簿；④peer节点通知资源申请方交易完成；⑤资源申请方通知资源提供方付款完成；⑥资源提供方从全球账簿中检查交易是否完成，完成则提供服务；步骤2.2、数据上链流程；步骤2.2.1、资源申请方申请交易上链；步骤2.2.2、peer节点收到交易后，调用上链链码，将交易广播到多个背书节点；步骤2.2.3背书节点对交易进行检查验证，并签名，返回给交易提案的peer节点；步骤2.2.4交易提案的peer节点收集背书，并检查收集到的背书是否足够，收集到足够背书后，将包含被书的交易提交给排序节点；步骤2.2.5排序节点对所有收到的交易，按规定的顺序排序，然后打包在区块中进行分发。一旦排序节点收集的块的大小足够，或者达到了最大的时间，将把这些块广播到主节点；步骤2.2.6主节点对区块进行验证并记录到全球账簿，并同步到其他所有的peer节点；步骤2.3、检测流程步骤2.3.1、资源申请方付款完成后，通知peer节点付款完成，同时发送待处理数据到资源提供方；peer节点读取全球账簿，检查付款是否完成；付款完成时调用交易监测链码；付款未完成，则降低资源申请方优先级；当资源申请方优先级降为0时，不再为其分配资源；步骤2.3.2、资源提供方接收资源申请方的数据，并对数据进行处理；步骤2.3.3、数据处理完成后，资源提供方将数据处理结果返回给资源申请方，同时，通知peer节点交易完成；步骤2.3.4、资源申请方在接收到处理好的数据后，通知peer节点，交易完成；步骤2.3.5、Peer节点收到资源发送方和资源申请方的交易完成通知后，结束交易；只收到资源提供方的交易完成消息，但没收到资源申请方的交易成功消息时，则向资源申请方发送询问是否交易完成；如果申请方回复交易完成，则结束交易；若回复交易未完成，则在区块链中广播该资源提供方出现故障，将它从区块链中去除；资源提供方故障修复完成需重新申请加入；一种基于权利要求1所述的移动边缘计算网络资源安全共享模型的资源联合分配方法，包括：基于用户频谱资源竞拍收益、用户任务卸载至边缘云处理节省的时延和功耗效益以及用户竞拍计算和存储资源收益建立资源联合分配的优化模型如下：(1)所述带宽资源竞拍问题的效益函数为：其中mij是一个二值变量，表示基站j是否将资源分配给终端用户i，mij∈{0,1}，当mij＝1时，表示分配资源，mij＝0表示不分配资源；wij表示申请带宽资源的数量；表示占用带宽的时间；表示用户i向基站j申请带宽资源时单位时间的投标价格；是用户i向基站j申请带宽资源单位时间的中标价格，γ表示带宽资源竞拍收益的归一化系数；(2)所述用户任务卸载至边缘云处理节省的时延和功耗效益函数为：其中，ti＝Di/fi表示在本地执行所需要的时间，Di为任务计算量，fi为智能终端的主频率；为将任务卸载到MEC执行所需要的时间，是数据从用户i传输到基站j所需的上行通信时延，Si为用户i申请存储资源大小，rij用户i到基站j的传输速率；数据处理时延，fik表示资源提供者k为用户i分配的计算资源大小；α为时间效益归一化系数；Ei＝ui*Di表示在本地执行终端设备消耗的能耗，其中，ui＝10-11fi2；表示将任务卸载到MEC执行终端设备消耗的能耗，其中，cijn为用户i到基站j在子载波n的信道容量，pijn为用户i到基站j在信道n的功率；β表示能耗效益归一化系数；(3)所述计算和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区块链和竞拍博弈的网络资源安全共享方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤1、建立基于区块链技术的移动边缘计算网络资源安全共享模型；/n所述模型分为云层、边缘云层和终端接入层；所述云层为核心网CN，包括一组大型服务器，用于提供整个系统的核心云资源；边缘云层包括MEC服务器和资源代理服务器RPS；所述MEC服务器是由电信运营商部署在网络边缘的小型云计算资源池，用于补充中心服务器，以便任务可以在离用户较近的地方进行处理；所述终端接入层包括基站和智能终端设备；所述基站为只能终端设备提供网络接入服务；/n步骤2、采用区块链实现边缘云层数据共享，具体包括：/n步骤2.1、交易流程；所述交易流程包括基于闪电网络的线下交易和线上交易；/n所述线下交易流程包括：/n①资源申请方和资源提供方创建通道；/n②当双方进行交易时，资源申请方发送一个不完整交易给资源提供方；/n③资源提供方接收到不完整交易后，发送与之对应的不完全交易给资源申请方；/n④资源提供方提供服务；/n所述线上交易流程包括：/n①资源申请方在选择了交易对象后，预存相应的金额到区块链上；/n②资源申请方创建交易，并将预存金额交易发送给peer节点上链，其中peer节点表示资源代理服务器；/n③Peer节点将预存交易写入全球账簿；/n④peer节点通知资源申请方交易完成；/n⑤资源申请方通知资源提供方付款完成；/n⑥资源提供方从全球账簿中检查交易是否完成，完成则提供服务；/n步骤2.2、数据上链流程；/n步骤2.2.1、资源申请方申请交易上链；/n步骤2.2.2、peer节点收到交易后，调用上链链码，将交易广播到多个背书节点；/n步骤2.2.3背书节点对交易进行检查验证，并签名，返回给交易提案的peer节点；/n步骤2.2.4交易提案的peer节点收集背书，并检查收集到的背书是否足够，收集到足够背书后，将包含被书的交易提交给排序节点；/n步骤2.2.5排序节点对所有收到的交易，按规定的顺序排序，然后打包在区块中进行分发。一旦排序节点收集的块的大小足够，或者达到了最大的时间，将把这些块广播到主节点；/n步骤2.2.6主节点对区块进行验证并记录到全球账簿，并同步到其他所有的peer节点；/n步骤2.3、检测流程/n步骤2.3.1、资源申请方付款完成后，通知peer节点付款完成，同时发送待处理数据到资源提供方；peer节点读取全球账簿，检查付款是否完成；付款完成时调用交易监测链码；付款未完成，则降低资源申请方优先级；当资源申请方优先级降为0时，不再为其分配资源；/n步骤2.3.2、资源提供方接收资源申请方的数据，并对数据进行处理；/n步骤2.3.3、数据处理完成后，资源提供方将数据处理结果返回给资源申请方，同时，通知peer节点交易完成；/n步骤2.3.4、资源申请方在接收到处理好的数据后，通知peer节点，交易完成；/n步骤2.3.5、Peer节点收到资源发送方和资源申请方的交易完成通知后，结束交易；只收到资源提供方的交易完成消息，但没收到资源申请方的交易成功消息时，则向资源申请方发送询问是否交易完成；如果申请方回复交易完成，则结束交易；若回复交易未完成，则在区块链中广播该资源提供方出现故障，将它从区块链中去除；资源提供方故障修复完成需重新申请加入。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链和竞拍博弈的网络资源安全共享方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、建立基于区块链技术的移动边缘计算网络资源安全共享模型；
所述模型分为云层、边缘云层和终端接入层；所述云层为核心网CN，包括一组大型服务器，用于提供整个系统的核心云资源；边缘云层包括MEC服务器和资源代理服务器RPS；所述MEC服务器是由电信运营商部署在网络边缘的小型云计算资源池，用于补充中心服务器，以便任务可以在离用户较近的地方进行处理；所述终端接入层包括基站和智能终端设备；所述基站为只能终端设备提供网络接入服务；
步骤2、采用区块链实现边缘云层数据共享，具体包括：
步骤2.1、交易流程；所述交易流程包括基于闪电网络的线下交易和线上交易；
所述线下交易流程包括：
①资源申请方和资源提供方创建通道；
②当双方进行交易时，资源申请方发送一个不完整交易给资源提供方；
③资源提供方接收到不完整交易后，发送与之对应的不完全交易给资源申请方；
④资源提供方提供服务；
所述线上交易流程包括：
①资源申请方在选择了交易对象后，预存相应的金额到区块链上；
②资源申请方创建交易，并将预存金额交易发送给peer节点上链，其中peer节点表示资源代理服务器；
③Peer节点将预存交易写入全球账簿；
④peer节点通知资源申请方交易完成；
⑤资源申请方通知资源提供方付款完成；
⑥资源提供方从全球账簿中检查交易是否完成，完成则提供服务；
步骤2.2、数据上链流程；
步骤2.2.1、资源申请方申请交易上链；
步骤2.2.2、peer节点收到交易后，调用上链链码，将交易广播到多个背书节点；
步骤2.2.3背书节点对交易进行检查验证，并签名，返回给交易提案的peer节点；
步骤2.2.4交易提案的peer节点收集背书，并检查收集到的背书是否足够，收集到足够背书后，将包含被书的交易提交给排序节点；
步骤2.2.5排序节点对所有收到的交易，按规定的顺序排序，然后打包在区块中进行分发。一旦排序节点收集的块的大小足够，或者达到了最大的时间，将把这些块广播到主节点；
步骤2.2.6主节点对区块进行验证并记录到全球账簿，并同步到其他所有的peer节点；
步骤2.3、检测流程
步骤2.3.1、资源申请方付款完成后，通知peer节点付款完成，同时发送待处理数据到资源提供方；peer节点读取全球账簿，检查付款是否完成；付款完成时调用交易监测链码；付款未完成，则降低资源申请方优先级；当资源申请方优先级降为0时，不再为其分配资源；
步骤2.3.2、资源提供方接收资源申请方的数据，并对数据进行处理；
步骤2.3.3、数据处理完成后，资源提供方将数据处理结果返回给资源申请方，同时，通知peer节点交易完成；
步骤2.3.4、资源申请方在接收到处理好的数据后，通知peer节点，交易完成；
步骤2.3.5、Peer节点收到资源发送方和资源申请方的交易完成通知后，结束交易；只收到资源提供方的交易完成消息，但没收到资源申请方的交易成功消息时，则向资源申请方发送询问是否交易完成；如果申请方回复交易完成，则结束交易；若回复交易未完成，则在区块链中广播该资源提供方出现故障，将它从区块链中去除；资源提供方故障修复完成需重新申请加入。


2.一种基于权利要求1所述的移动边缘计算网络资源安全共享模型的资源联合分配方法，其特征在于：基于用户频谱资源竞拍收益、用户任务卸载至边缘云处理节省的时延和功耗效益以及用户竞拍计算和存储资源收益建立资源联合分配的优化模型如下：
(1)所述带宽资源竞拍问题的效益函数为：



其中mij是一个二值变量，表示基站j是否将资源分配给终端用户i，mij∈{0,1}，当mij＝1时，表示分配资源，mij＝0表示不分配资源；wij表示申请带宽资源的数量；表示占用带宽的时间；表示用户i向基站j申请带宽资源时单位时间的投标价格；是用户i向基站j申请带宽资源单位时间的中标价格，γ表示带宽资源竞拍收益的归一化系数；
(2)所述用户任务卸载至边缘云处理节省的时延和功耗效益函数为：



其中，ti＝Di/fi表示在本地执行所需要的时间，Di为任务计算量，fi为智能终端的主频率；为将任务卸载到MEC执行所需要的时间，是数据从用户i传输到基站j所需的上行通信时延，Si为用户i申请存储资源大小，rij用户i到基站j的传输速率；数据处理时延，fik表示资源提供者k为用户i分配的计算资源大小；α为时间效益归一化系数；Ei＝ui*Di表示在本地执行终端设备消耗的能耗，其中，ui＝10-11fi2；表示将任务卸载到MEC执行终端设备消耗的能耗，其中，cijn为用户i到基站j在子载波n的信道容量，pijn为用户i到基站j在信道n的功率；β表示能耗效益归一化系数；
(3)所述计算和存储资源分配问题，其效益函数为：



其中，mik是一个二值变量，表示计算资源提供者k是否将资源分配给终端用户i，mik∈{0,1}，当mik＝1时，表示分配资源，mik＝0表示不分配资源；fik表示资源提供者k为用户i分配的计算资源大小；数据处理时延；表示用户i向资源提供者k申请单位计算资源单位时间的投标价格；表示用户i向资源提供者k申请...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓荣，张秀贤，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32