一种面向车联网的异构运营商区块链频谱动态共享方法技术

一种面向车联网的异构运营商区块链频谱动态共享方法，基于异构运营商频谱区块链系统，步骤为：对系统进行初始化，联盟节点收集具有频谱要求的所有车辆用户和多个无线服务提供商的基站的信息；每个车辆用户和WSP都有一对公钥和私钥，当车辆用户和WSP进行频谱交易时将使用它们；开始频谱分配，车辆用户选择初始订阅WSP，联盟节点整合多个WSP的频谱资源，采用进化博弈的方法完成多WSP的频谱分配；在快速收敛的条件下，保证了频谱资源分配的合理性和公平性；区块生成与利润分配，将频谱交易数据打包成区块，交易结果以各联盟节点的分布式账本的形式分布存储。智能合约自动分配与频谱对应的利润。

【技术实现步骤摘要】
一种面向车联网的异构运营商区块链频谱动态共享方法
本专利技术属于车联网
，涉及车联网下的基于演化博弈频谱共享区块链框架的构建的相关方法，尤其是面向车联网的异构运营商区块链频谱动态共享方法。
技术介绍
随着5G时代的到来，车联网已逐渐普及，车联网用户之间的通信和信息服务将更加频繁，车载单元(OBU)数量的显著增加将产生更多的通信需求。如何在有限的无线频谱资源下，以高服务质量(QoS)保证来支持大量的车载用户是一个具有挑战性的问题。然而，一方面，无线服务提供商(WSP)的基站位置不均匀，不同区域的密度也不同。对于5G覆盖率降低的单个WSP来说，很难满足所有地区密集的车辆用户需求。随着频谱资源的稀缺和多个无线服务提供商(WSP)辅助的IoV(IOV一般指车联网。车联网的内涵主要指：车辆上的车载设备通过无线通信技术，对信息网络平台中的所有车辆动态信息进行有效利用，在车辆运行中提供不同的功能服务)环境中的通信问题将逐渐变得更加迫切。无线频谱资源的动态分配与调度是无线频谱共享与管理中的一个重要问题。然而，WSP缺乏一个中立的机构或可信的媒介，使得WSP之间缺乏信任，使得WSP之间的频谱资源分配难以实现。随着科学技术的发展和进步，越来越多的研究者认识到进化博弈论是解决资源匹配或分配问题的有效工具，它以生物学中的自然选择理论为基础。进化博弈论不同于传统博弈论。进化博弈理论不要求参与者完全理性，也不要求完全信息，它只允许参与者在当前时刻选择最佳策略。借助进化博弈论，系统将以分布式的方式逐步趋于稳定和收敛。此外，对于区块链，它也引起了许多学者和开发者的极大关注。根据美国国家标准与技术研究院(NIST)，区块链是以分布式方式(即没有中央存储库)实现的不可变数字账本系统，通常没有中央权威机构。区块链以其安全性、可信任性和去中心化等优点，在物联网领域得到了广泛的应用。ChengN,ZhangN等人在《IEEETransactionsonVehicularTechnology》上发表的论文的OpportunisticSpectrumAccessforCR-VANETs:AGame-TheoreticApproach使用博弈论建模车联网中的频谱接入过程。Pengfei,Wang,Boya等人在《IEEETransactionsonWirelessCommunications,2018.》CellularV2XCommunicationsinUnlicensedSpectrum:HarmoniousCoexistenceWithVANETin5GSystems使用匹配与优化理论来解决车联网频谱资源分配过程。YuxiangFu；KeijiYoshikawa等人在2018IEEE88thVehicularTechnologyConference(VTC-Fall)发表了OptimalPrimaryExclusiveRegionDesignforCognitiveRadioVANETsonMultipleRoads，使用随机几何在车联网频谱分配应用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，在多运营商WSP共存的场景的基础上提供了一种面向车联网的异构运营商区块链频谱动态共享方法。本专利技术目的是通过以下技术方案实现的，一种面向车联网的异构运营商区块链频谱动态共享方法，基于异构运营商频谱区块链系统：车辆用户，车辆用户需要频谱资源进行应用或使用，须选择一个WSP进行订阅，并在WSP的基站中选择最接近其位置的基站，使用集合来表示车辆用户的集合，即无线服务提供商WSP：有N个竞争的WSP，在一个区域具有不同的位置和不同数量的基站；且每个WSP保持的频段是固定的；使用N＝{n1,n2,…,nN}代表WSP集合；基站：每个基站都属于一个WSP，为车辆用户提供频谱资源。每个基站具有固定的带宽；当更多的用户访问基站时，每个用户获得的频谱资源就会减少；用户能选择其他基站进行访问，但是只能访问当前订阅的WSP拥有的基站；用户通信的干扰来自同一WSP区域内的其他基站；此处使用表示第n个WSP的第j个基站；联盟节点：联盟节点是每个区域的总体管理者，负责该区域中车辆用户，基站和WSP之间的信息交互；异构运营商频谱区块链系统由若干联盟节点组成；每个区域均由联盟节点管理；联盟节点之间没有中心，并且每个联盟节点存储所有区域中的频谱资源使用情况；如有需要，您可以在所需的时间点查询频谱交易，并且每个联盟节点设有分布式分类帐；联盟节点表示为集合运营商区块链频谱动态共享方法包括以下步骤：步骤1：对系统进行初始化，联盟节点收集具有频谱要求的所有车辆用户和多个无线服务提供商(WSP)的基站的信息；每个车辆用户和WSP都有一对公钥和私钥，当车辆用户和WSP进行频谱交易时将使用它们；步骤2：开始频谱分配，车辆用户选择初始订阅WSP，联盟节点整合多个WSP的频谱资源，采用进化博弈的方法完成多WSP的频谱分配，实施例中的图4就是演化博弈对应的分配结果；在快速收敛的条件下，保证了频谱资源分配的合理性和公平性；步骤3：区块生成与利润分配，将频谱交易数据打包成区块，交易结果以各联盟节点的分布式账本的形式分布存储。智能合约自动分配与频谱对应的利润。在多个WSP共存的区域。该区域的车辆用户选择一个运营商来订阅和访问运营商的最接近其当前位置的基站。所述模型考虑到车辆的移动性和通信需求，是一种在不同WSP之间分配频谱资源的进化博弈方案，使模型更具实用性。所述方案能够整合多个WSP的频谱资源，并利用进化博弈方案动态分配和共享频谱资源。为了更准确地描述车辆使用者的需求；系统利用联盟节点和区块链框架，协助完成多个WSP频谱资源的分配、共享和存储分配结果，使频谱交易的结果在分布式环境下具有可访问性、可跟踪性。构建的演化进化博弈模型可以分为以下几部分：种群：每个集合的用户选择一个WSP进行订阅，这些用户的集合称为种群。因为有N个WSP，所以有N个不同的种群。策略空间：对于每个种群中的用户，他们决定接下来要访问哪个WSP以获得更好的服务。因此，他们的策略空间表示为种群状态：对于演化博弈，当前选择不同策略的用户份额表示为显然，有收益函数：每个策略的收益函数用于量化用户通过使用当前总体状态下的策略空间可获得的满意度或收益。使用表示该区域中第n个WSP的基站密度，而使用λu表示车辆用户的密度；车辆用户选择了订阅的WSP之后，用户选择从该WSP访问当前当前位置最接近的基站；然后可以将当前时间t的车辆用户的预期信噪比(SINR)表示为：表示WSPn的基站发射功率，α是路径损耗指数；σ2表示加性高斯白噪声(AWGN)功率密度，是瑞利衰落的影响，而hi表示车辆用户i与t时间WSPn(即)的访问基站之间的距离；噪声源分为两部分，第一部分是同一WSP的其他基站对车辆用户造成的干扰，第二部分是高斯白噪声；通过定义信噪比，在时间t处通过Shannon公式获得车辆用户的预期用户费率：...

【技术保护点】
1.一种面向车联网的异构运营商区块链频谱动态共享方法，其特征在于：基于异构运营商频谱区块链系统：/n车辆用户，车辆用户需要频谱资源进行应用或使用，须选择一个WSP进行订阅，并在WSP的基站中选择最接近其位置的基站，使用集合来表示车辆用户的集合，即

【技术特征摘要】
1.一种面向车联网的异构运营商区块链频谱动态共享方法，其特征在于：基于异构运营商频谱区块链系统：
车辆用户，车辆用户需要频谱资源进行应用或使用，须选择一个WSP进行订阅，并在WSP的基站中选择最接近其位置的基站，使用集合来表示车辆用户的集合，即
无线服务提供商WSP：有N个竞争的WSP，在一个区域具有不同的位置和不同数量的基站；且每个WSP保持的频段是固定的；使用N＝{n1,n2,…,nN}代表WSP集合；
基站：每个基站都属于一个WSP，为车辆用户提供频谱资源。每个基站具有固定的带宽；当更多的用户访问基站时，每个用户获得的频谱资源就会减少；用户能选择其他基站进行访问，但是只能访问当前订阅的WSP拥有的基站；用户通信的干扰来自同一WSP区域内的其他基站；此处使用表示第n个WSP的第j个基站；
联盟节点：联盟节点是每个区域的总体管理者，负责该区域中车辆用户，基站和WSP之间的信息交互；异构运营商频谱区块链系统由若干联盟节点组成；每个区域均由联盟节点管理；联盟节点之间没有中心，并且每个联盟节点存储所有区域中的频谱资源使用情况；如有需要，您可以在所需的时间点查询频谱交易，并且每个联盟节点设有分布式分类帐；联盟节点表示为集合
构运营商区块链频谱动态共享方法包括以下步骤：步骤1：对系统进行初始化，联盟节点收集具有频谱要求的所有车辆用户和多个无线服务提供商(WSP)的基站的信息；每个车辆用户和WSP都有一对公钥和私钥，当车辆用户和WSP进行频谱交易时将使用它们；
步骤2：开始频谱分配，车辆用户选择初始订阅WSP，联盟节点整合多个WSP的频谱资源，采用进化博弈的方法完成多WSP的频谱分配；在快速收敛的条件下，保证了频谱资源分配的合理性和公平性；
步骤3：区块生成与利润分配，将频谱交易数据打包成区块，交易结果以各联盟节点的分布式账本的形式分布存储；智能合约自动分配与频谱对应的利润。


2.根据权利要求1所述的面向车联网的异构运营商区块链频谱动态共享方法，其特征在于：在多个WSP共存的区域。该区域的车辆用户选择一个运营商来订阅和访问运营商的最接近其当前位置的基站。
所述模型考虑到车辆的移动性和通信需求，是一种在不同WSP之间分配频谱资源的进化博弈方案，使模型更具实用性。所述方案能够整合多个WSP的频谱资源，并利用进化博弈方案动态分配和共享频谱资源。为了更准确地描述车辆使用者的需求；
系统利用联盟节点和区块链框架，协助完成多个WSP频谱资源的分配、共享和存储分配结果，使频谱交易的结果在分布式环境下具有可访问性、可跟踪性。

【专利技术属性】
技术研发人员：周海波，胡逗，朱云韬，余凯，钱博，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32