一种基于车联网区块链的智能交通灯配时方法技术

本发明专利技术提出一种基于车联网区块链的智能交通灯配时方法，所述交通灯上安装有路测单元，所述方法包括基于区块链实现未身份认证数据安全转发验证阶段和根据城市道路流量感知设计相位轮询交通灯配时模型阶段；所述方法基于区块链身份认证和远程证明保护车辆私人信息并维护数据转发安全，不会因为恶意节点造成交通拥堵及其更严重的后果，同时，该方法提供了非常接近现实交通的车流估计，根据红灯和绿灯下的车流变化规律，探究了整体交通对每条道路及每个交通灯的影响，使用相位轮询模型设计了一种道路交通分析方法，使得路口交通灯合理分配时间，缓解了城市交通拥堵，增加了道路车流速度。

An intelligent traffic light timing method based on the Internet of vehicles block chain

【技术实现步骤摘要】
一种基于车联网区块链的智能交通灯配时方法
本专利技术涉及通信与交通控制
，特别是涉及一种基于车联网区块链的智能交通灯配时方法。
技术介绍
现阶段，交通信息安全和交通拥堵问题已成为急需解决的问题。在日益复杂的交通状况下，恶意车辆的虚假信息将给交通带来难以估量的损失，同时，不合理的规划也会导致交通拥堵的加剧。如果能设计一种兼顾数据传输安全和交通灯配时的方案，将保护车辆私人信息并杜绝恶意车辆的虚假数据以减缓交通拥堵情况。目前的V2V、V2I中的区块链被使用过度，对区块链的使用范围及使用方法不甚明确。交通灯配时多以理想车流建模，在考虑交通状况时仅仅规划了当前路段，缺乏对全局的掌控，忽略了一个路口要受到无数条道路和无数个交通灯的影响，缺少各种因素共同作用分析机制。急需设计一种方法，在全局交通影响下兼顾数据转发安全和交通灯配时，保护信息安全并改善交通拥堵，并建立基于现实的交通感知方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决不均衡城市交通的交通灯安全配时问题，提出了一种基于车联网区块链的智能交通灯配时方法。本专利技术采用区块链完成数据包传递的加密，同时隐藏用户信息以保护个人隐私，减少恶意车辆影响，并根据市内车流情况设计了交通灯配时方法，加强稀疏路口的通行能力，同时兼顾所有的路口优化，给出车流预测方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种基于车联网区块链的智能交通灯配时方法，所述交通灯上安装有路测单元，所述方法包括基于区块链实现未身份认证数据安全转发验证阶段和根据城市道路流量感知设计相位轮询交通灯配时模型阶段；所述基于区块链实现未身份认证数据安全转发验证阶段，具体为：步骤1.1、当前车辆将当前信息数据和用户身份数据打包传输给接收者；步骤1.2、接收车辆或交通灯收到数据包后，根据标识码和密码解密身份密钥，根据信用度大小判断选择接收信息或远程认证；步骤1.3、利用信令开销最小化将路上车辆分簇并选出簇头，将簇头作为信用度计量节点C进行区块链远程认证数据提取；步骤1.4、对区块链节点进行完整性度量，接收车辆或交通灯对接收到的数据进行完全测量，从而获得可信验证平台下的标识集合和集成集合，然后将身份证明和完整性证据发送到簇头节点C，由该节点C进行远程证明；步骤1.5、对区块链节点进行远程证明，C点将车辆的证据发布到整个区块链网络，簇内每个车辆都将验证身份和集成证据，从而得出车辆到C点的决策；步骤1.6、区块链中区块的生成和发布，在簇内车辆中随机选择一辆车作为记账节点，该记账节点根据步骤1.5获取的决策收集分析获得整个网络的验证结论，并得到一个新的区块，最后，该记账节点将新的区块发布到整个网络，并更新区块链；所述根据城市道路流量感知设计相位轮询交通灯配时模型阶段，具体为：路口交通灯模型规划：根据路口交通逻辑设计相位轮询模型，各相位持续时间与该相位范围内所有的道路车流和交通灯规划有关，同时建立相位轮询时间和道路潜在通行能力的离散分布模型；道路当前车流模型规划：交通灯为红灯时，第一个车队不足以到达路口时不会改变道路的车流分布状态，否则，车队将在路口上造成积压，这将导致车道上部分车队汇合，最终得到间距-车队-间距-车队-间距-……的车流分布；道路潜在通行能力计算：每个相位的潜在通行能力为当前道路的通行能力和其它道路的潜在影响之和；交通灯信号配置：当路口的相位中的部分车流稀疏时，各个路口按比例减少其绿灯时间，并在每一次轮询后重新规划。进一步地，所述步骤1.2具体为：接收车辆或交通灯使用标识码和密码解密车辆身份秘钥，并进行验证签名，当验证签名正确后，当前车辆和接收车辆或交通灯将建立会话秘钥，即建立起当前车辆和接收车辆或交通灯的通信，对信息数据进行处理；如果不能验证，则说明该接收车辆节点的信用度不满足要求，需进行远程认证。进一步地，所述步骤1.5具体为：1)根据用户身份内核PIDAIK实现车辆节点和C点的识别，验证身份是否合法，并得出结论statem；2)根据可信验证平台和C点的集成状态对车辆节点进行识别，以验证身份是否被篡改，并得出结论staten；3)根据前两步结论计算出车辆节点到C点的决策结论。进一步地，交通灯对车辆的数据包转发过程为不使用区块链的数据传输过程。进一步地，在路口交通灯模型规划中，设一个2×2的十字路口，车辆分为南北直行、南北左转、东西直行和东西左转四个相位，所述四个相位和交通灯构成一个相位轮询模型；所有相位的持续时间t范围为t∈[0,N]，N为普通交通灯的持续时间，每个相位的持续时间根据四条道路的潜在通行能力按比例配时，使用潜在通行能力的原因是任意路口的交通灯规划都会对整个城市交通带来影响，潜在通行能力则更能反应出整个城市交通对规划道路的影响；十字路口的一个轮询周期将会给规划道路带来离散车流分布Qn＝[Qn1,Qn2,Qn3,Qn4]，Qn为四个连续相位的预计车流，其中每个元素代表不同轮询相位给道路带来的车流量，不同车道分配的两个连续元素有值，剩余两个连续元素无值。进一步地，在道路当前车流模型规划中，根据城市交通情况，每条道路的车流分为若干车队，每个车队的个体保持最小跟随距离并保持相同速度前行；当路段交通灯指示为红灯时，交通灯内置的运算模块将感知路段的车流，设三个轮询时间为tw，ty，tz，v为道路限速；车队s1符合时，则该车队s1不会在路口造成积压；同理，车队sm符合时，该车队sm不必和前车队汇合，否则两个车队将汇合；此时道路的车流根据车队汇合情况估计，道路上各车队的距离序列为[a1,a2,···,am]，当其中某个元素为0时，即将两个车队合并，车队长度直接累加即可，最终得到间距-车队-间距-车队-间距-……的车流分布，第一个间距可为0，之后均不可为0。进一步地，道路潜在通行能力Pn计算由当前道路的通行能力Px和其它道路的潜在影响Py共同作用，即Pn＝Px+Py；当前道路的通行能力不仅与车队流量有关，更与车队的通过状态有关；当前轮询时间为tx时，在(0,tx)内，根据车队“全部通过”、“部分通过”、“全部不通过”这三种状态得到道路真实流量与时间的关系，即：因此当前道路的通行能力为：本专利技术所述方法基于区块链身份认证和远程证明保护车辆私人信息并维护数据转发安全，不会因为恶意节点造成交通拥堵及其更严重的后果，同时，该方法提供了非常接近现实交通的车流估计，根据红灯和绿灯下的车流变化规律，探究了整体交通对每条道路及每个交通灯的影响，使用相位轮询模型设计了一种道路交通分析方法，使得路口交通灯合理分配时间，缓解了城市交通拥堵，增加了道路车流速度。附图说明图1是本专利技术的场景示意图；图2是基于区块链的车辆数据传输示意图；图3是基于区块链车辆数据传输流程图；图4是交通相位轮询图；图5是道路车队图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于车联网区块链的智能交通灯配时方法，其特征在于，所述交通灯上安装有路测单元，所述方法包括基于区块链实现未身份认证数据安全转发验证阶段和根据城市道路流量感知设计相位轮询交通灯配时模型阶段；/n所述基于区块链实现未身份认证数据安全转发验证阶段，具体为：/n步骤1.1、当前车辆将当前信息数据和用户身份数据打包传输给接收者；/n步骤1.2、接收车辆或交通灯收到数据包后，根据标识码和密码解密身份密钥，根据信用度大小判断选择接收信息或远程认证；/n步骤1.3、利用信令开销最小化将路上车辆分簇并选出簇头，将簇头作为信用度计量节点C进行区块链远程认证数据提取；/n步骤1.4、对区块链节点进行完整性度量，接收车辆或交通灯对接收到的数据进行完全测量，从而获得可信验证平台下的标识集合和集成集合，然后将身份证明和完整性证据发送到簇头节点C，由该节点C进行远程证明；/n步骤1.5、对区块链节点进行远程证明，C点将车辆的证据发布到整个区块链网络，簇内每个车辆都将验证身份和集成证据，从而得出车辆到C点的决策；/n步骤1.6、区块链中区块的生成和发布，在簇内车辆中随机选择一辆车作为记账节点，该记账节点根据步骤1.5获取的决策收集分析获得整个网络的验证结论，并得到一个新的区块，最后，该记账节点将新的区块发布到整个网络，并更新区块链；/n所述根据城市道路流量感知设计相位轮询交通灯配时模型阶段，具体为：/n路口交通灯模型规划：根据路口交通逻辑设计相位轮询模型，各相位持续时间与该相位范围内所有的道路车流和交通灯规划有关，同时建立相位轮询时间和道路潜在通行能力的离散分布模型；/n道路当前车流模型规划：交通灯为红灯时，第一个车队不足以到达路口时不会改变道路的车流分布状态，否则，车队将在路口上造成积压，这将导致车道上部分车队汇合，最终得到间距-车队-间距-车队-间距-……的车流分布；/n道路潜在通行能力计算：每个相位的潜在通行能力为当前道路的通行能力和其它道路的潜在影响之和；/n交通灯信号配置：当路口的相位中的部分车流稀疏时，各个路口按比例减少其绿灯时间，并在每一次轮询后重新规划。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于车联网区块链的智能交通灯配时方法，其特征在于，所述交通灯上安装有路测单元，所述方法包括基于区块链实现未身份认证数据安全转发验证阶段和根据城市道路流量感知设计相位轮询交通灯配时模型阶段；
所述基于区块链实现未身份认证数据安全转发验证阶段，具体为：
步骤1.1、当前车辆将当前信息数据和用户身份数据打包传输给接收者；
步骤1.2、接收车辆或交通灯收到数据包后，根据标识码和密码解密身份密钥，根据信用度大小判断选择接收信息或远程认证；
步骤1.3、利用信令开销最小化将路上车辆分簇并选出簇头，将簇头作为信用度计量节点C进行区块链远程认证数据提取；
步骤1.4、对区块链节点进行完整性度量，接收车辆或交通灯对接收到的数据进行完全测量，从而获得可信验证平台下的标识集合和集成集合，然后将身份证明和完整性证据发送到簇头节点C，由该节点C进行远程证明；
步骤1.5、对区块链节点进行远程证明，C点将车辆的证据发布到整个区块链网络，簇内每个车辆都将验证身份和集成证据，从而得出车辆到C点的决策；
步骤1.6、区块链中区块的生成和发布，在簇内车辆中随机选择一辆车作为记账节点，该记账节点根据步骤1.5获取的决策收集分析获得整个网络的验证结论，并得到一个新的区块，最后，该记账节点将新的区块发布到整个网络，并更新区块链；
所述根据城市道路流量感知设计相位轮询交通灯配时模型阶段，具体为：
路口交通灯模型规划：根据路口交通逻辑设计相位轮询模型，各相位持续时间与该相位范围内所有的道路车流和交通灯规划有关，同时建立相位轮询时间和道路潜在通行能力的离散分布模型；
道路当前车流模型规划：交通灯为红灯时，第一个车队不足以到达路口时不会改变道路的车流分布状态，否则，车队将在路口上造成积压，这将导致车道上部分车队汇合，最终得到间距-车队-间距-车队-间距-……的车流分布；
道路潜在通行能力计算：每个相位的潜在通行能力为当前道路的通行能力和其它道路的潜在影响之和；
交通灯信号配置：当路口的相位中的部分车流稀疏时，各个路口按比例减少其绿灯时间，并在每一次轮询后重新规划。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1.2具体为：
接收车辆或交通灯使用标识码和密码解密车辆身份秘钥，并进行验证签名，当验证签名正确后，当前车辆和接收车辆或交通灯将建立会话秘钥，即建立起当前车辆和接收车辆或交通灯的通信，对信息数据进行处理；如果不能验证，则说明该接收车辆节点的信用度不满足要求，需进行远程认证。


3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桐，杨光新，李升波，孙琪，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23