基于区块链的无人艇首领节点动态选举系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于区块链的无人艇首领节点动态选举系统、方法和介质。其中系统包括：节点权重初始化单元，被配置为：向所述区块链中的各个节点加载并写入动态选举智能合约中的权重记录列表，以初始化所述各个节点的权重；节点质询及提交单元，被配置为：基于动态选举智能合约中的权重记录列表，查询交易对方节点的节点地址，以提交当前节点向所述对交易方节点提交的数据；领导节点选举单元，被配置为：更新所述各个节点的领导权重和所述权重记录列表，以确定新的首领节点；以及领导权重广播单元，被配置为：向所述各个节点广播所述新的首领节点的状态信息。首领节点的状态信息。首领节点的状态信息。

【技术实现步骤摘要】
基于区块链的无人艇首领节点动态选举系统和方法


[0001]本专利技术涉及区块链领域，尤其是涉及一种基于区块链的无人艇首领节点动态选举系统、方法和介质。

技术介绍

[0002]近年来，无人设备逐渐进入智能化，在得到快速发展的同时也逐渐受到国家的重视。尤其是在水下无人艇方面，区别于载人的舰艇设备，无人艇在设计中可以突破人的生理极限，提高机动性能。并且因为设计成本的降低，可以快速出动多艘无人艇设备，由其中某些设备主导共同执行某一任务，提升任务执行效率和完成度。
[0003]但是由于在水下的一些极恶劣条件，设备间的通信难度急剧增大，会出现设备断线率和故障率高的问题，使得在集群中体现为无法连接的情况。在需要多台设备共同执行某一任务的情况下，集群中的动态变化会极大的干扰行动完成。如主要决策设备出现连续掉线、损毁，那么集群就无法进行决策部署，更无法对其他设备节点进行任务分配，从而极大地干扰任务的正常执行，甚至产生重大不利后果。因此，在这种设备集群存在快速动态变化的情况下，保证任务执行过程中关键首领节点离开网络后的快速可靠更替对集群是非常重要的。
[0004]目前并未有针对无人舰艇集群动态选举的研究和技术，现有针对无人设备集群动态选举方案大多为针对无人机的理论技术。专利CN201910599810.6,一种无人机自组网动态加权簇首选举方法，涉及自组网领域，为解决现有无人机算法簇首变更率快，网络拓扑频繁变化的问题，包括步骤一：将所有无人机进行编号：步骤二：首先求得每个节点当前节点电池能量、节点相关度、节点移动性、节点距离总和，然后得到每个节点的权值：步骤三：选择权值最大的节点为第一个分簇簇首，其有效通信距离内的节点为簇内成员，除去第一个簇的簇首和簇成员以外，其余的节点再次选举最大权值担任第二簇的簇首，其簇首有效通信距离内的节点为簇内成员，以此类推，直至所有节点均分簇完毕。本专利技术有效降低无人机自组网的簇首变更率，增强网络性能，均衡无人机的能量消耗。专利CN201911274036.8，一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法。本专利技术公开了一种基于无线自组织网络的分布式簇头选举方法，该选举方法基于最高节点度数算法，在网络初始化时各个节点对其他节点信息未知的情况下使用。在密集场景下，网络拓扑过于复杂，难以通过单一指标一次完成分簇，因此专利技术将簇头选举过程划分为三个阶段，每个阶段选择一定数量的簇头，通过三次选举的节点成为最终簇头。经过仿真测试，该选举方法成簇速度快，且网络连通率达到100％，分簇的结果为后续分簇的优化、网络切片及通信资源分配的优化提供了必要的准备。
[0005]上述方案无法适用于在恶劣环境下工作的无人艇集群。区别于其他无人设备，无人艇通常工作环境是在水下，无法通过有线等方式进行沟通连接，而常规无线通讯方式在水下信号衰减速率快；且水下环境不明，设备受损率高。因此无人艇集群的选举算法应该具有抗恶劣环境的通讯能力，并可以动态的自适应网络并进行调整。而已有的技术方案都对
通信环境有高度依赖，且无法应对首领节点频繁是失效的问题。
[0006]首领节点失效后的动态选举能力差。已有选举方案无法应用于首领节点的动态调整。在无人器终端由于运算能力不足、容量和计算能力受限的情况下，首领节点容易被发生失联、反复连接等情况。常见的分布式决策方案在领导节点断连时会重新发起选举流程，频繁断连势必会增加重新选举概率，增加运算负担和通讯成本；对于网络问题反复连接的节点，选举依旧会因为节点的运算优势当选，但在选举结束后，该节点并不能保证任务的正常进行。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于区块链的无人艇首领节点动态选举方案，以解决现有技术中存在的上述技术问题。该方案利用区块链技术构建支持设备节点动态变化的首领选举方案，保证选举方案的灵活性和过程的可信可靠。本方案利用区块链的共识机制，提供了选举过程的不可篡改性保障和选举过程中共识信息传递的充分鲁棒；利用智能合约作为可信方，降低了分布式环境下选举发起频繁的问题；提出间隔等待的选举方案，防止节点因外界或者自身原因反复连接而出现选举震荡的问题。
[0008]本专利技术第一方面提供了一种基于区块链的无人艇首领节点动态选举系统，所述系统包括：节点权重初始化单元，被配置为：向所述区块链中的各个节点加载并写入动态选举智能合约中的权重记录列表，以初始化所述各个节点的权重；节点质询及提交单元，被配置为：基于动态选举智能合约中的权重记录列表，查询交易对方节点的节点地址，以提交当前节点向所述对交易方节点提交的数据；领导节点选举单元，被配置为：更新所述各个节点的领导权重和所述权重记录列表，以确定新的首领节点；以及领导权重广播单元，被配置为：向所述各个节点广播所述新的首领节点的状态信息。
[0009]根据本专利技术第一方面提供的系统，所述各个节点均包括：质询子模块，被配置为，向其他节点提交数据；回复子模块，被配置为，回复所述其他节点的请求；以及广播子模块，被配置为，广播节点状态信息。
[0010]根据本专利技术第一方面提供的系统，所述节点质询及提交单元还被配置为，计算质询提交和质询回复的数量偏差，并基于所述数量偏差来确定提交所述数据的结束时间。
[0011]根据本专利技术第一方面提供的系统，所述领导节点选举单元还被配置为，基于所述结束时间内的所述交易来更新所述各个节点的领导权重和所述权重记录列表。
[0012]本专利技术第二方面提供了一种基于区块链的无人艇首领节点动态选举方法，所述方法包括：步骤S1、向所述区块链中的各个节点加载并写入动态选举智能合约中的权重记录列表，以初始化所述各个节点的权重；步骤S2、基于动态选举智能合约中的权重记录列表，查询交易对方节点的节点地址，以提交当前节点向所述对交易方节点提交的数据；步骤S3、更新所述各个节点的领导权重和所述权重记录列表，以确定新的首领节点；以及步骤S4、向所述各个节点广播所述新的首领节点的状态信息。
[0013]根据本专利技术第二方面提供的方法，所述各个节点均具备质询功能、回复功能和广播功能，所述质询功能为向其他节点提交数据；所述回复功能为回复所述其他节点的请求；以及所述广播功能为广播节点状态信息。
[0014]根据本专利技术第二方面提供的方法，所述方法还包括：计算质询提交和质询回复的
数量偏差，并基于所述数量偏差来确定提交所述数据的结束时间。
[0015]根据本专利技术第二方面提供的方法，所述方法还包括：基于所述结束时间内的所述交易来更新所述各个节点的领导权重和所述权重记录列表。
[0016]本专利技术第三方面提供了一种存储有指令的非暂时性计算机可读介质，当所述指令由处理器执行时，执行根据本专利技术第二方面的基于区块链的无人艇首领节点动态选举方法的步骤。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的无人艇首领节点动态选举系统，其特征在于，所述系统包括：节点权重初始化单元，被配置为：向所述区块链中的各个节点加载并写入动态选举智能合约中的权重记录列表，以初始化所述各个节点的权重；节点质询及提交单元，被配置为：基于所述动态选举智能合约中的权重记录列表，查询交易对方节点的节点地址，以提交当前节点向所述对交易方节点提交的数据；领导节点选举单元，被配置为：更新所述各个节点的领导权重和所述权重记录列表，以确定新的首领节点；以及领导权重广播单元，被配置为：向所述各个节点广播所述新的首领节点的状态信息。2.根据权利要求1所述的基于区块链的无人艇首领节点动态选举系统，其特征在于，所述各个节点均包括：质询子模块，被配置为，向其他节点提交数据；回复子模块，被配置为，回复所述其他节点的请求；以及广播子模块，被配置为，广播节点状态信息。3.根据权利要求1所述的基于区块链的无人艇首领节点动态选举系统，其特征在于，所述节点质询及提交单元还被配置为，计算质询提交和质询回复的数量偏差，并基于所述数量偏差来确定提交所述数据的结束时间。4.根据权利要求3所述的基于区块链的无人艇首领节点动态选举系统，其特征在于，所述领导节点选举单元还被配置为，基于所述结束时间内的所述交易来更新所述各个节点的领导权重和所述权重记录列表。5.一种基于区块链的无人艇首领节点动态选...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亮，吴槟，郭明瑞，王亚宁，张鹏，张驰，雷富强，程骏超，甄君，侯柏韬，余星鑫，薛瑞，
申请(专利权)人：中国科学院信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：