一种区块链无线网络的随机接入动态控制方法技术

本发明专利技术公开了一种区块链无线网络的随机接入动态控制方法，包括区块链无线接入网接入点、物联网设备、区块链矿工网络和核心网。新近提出的哈希接入依靠区块链技术为区块链无线接入网(B

【技术实现步骤摘要】
一种区块链无线网络的随机接入动态控制方法


[0001]本专利技术涉及物联网无线通信
，尤其是一种区块链无线网络的随机接入动态控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着物联网技术的飞速发展，物联网网络规模持续扩大，逐渐形成一个包含不同运营商和制造商设备的巨大的异质网络。异构程度日益加剧的物联网场景带来最直接的问题便是网络中海量物联网设备缺乏高度的合作信任，自私设备更是成为燎原星火式网络隐患，其对现有主导运营商或制造商与可信设备的物联网架构的限制愈发显著。
[0003]区块链与物联网技术的结合为此类问题提供了新的解决思路。新近提出的哈希接入协议依靠哈希函数的单向传递性和区块链不可篡改的特点，强制每一台设备在发送数据包之前计算出合法的哈希值，确保了每一台设备都必须遵循哈希接入协议，有效地避免了自私设备无视退避机制的自私行径。从更高层面看，哈希接入为区块链无线接入网(B
‑
RAN)这种包含多运营商、多设备商的多边协作平台的底层接入提供了设备与设备以及设备与运营商之间的相互信任。在设备数井喷式增加、网络复杂度不断提升的今天，这种底层信任无疑具有巨大的经济潜力。
[0004]然而，目前的哈希接入协议尚未为接入难度参数提供任何的优化策略，随着设备数呈指数式增长，海量物联网设备接入请求将会使无线接入网络面临严重的网络拥塞问题。另一方面，机器类通信的蓬勃发展，数据包传输呈现小流量、偶发性和时延要求不一的特点，这进一步增加了B
‑
RAN的负载控制压力。因此，接入难度参数优化策略必将成为限制哈希接入机制发展的瓶颈问题。本专利技术针对这一问题，提出了一种高效可行的区块链无线网络的随机接入动态控制方法，可以在设备数偶发性增长的同时，自适应调整接入难度参数，使网络始终能达到最佳的吞吐性能，同时可以有效地降低接入时延。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是，在设备数目或接入请求增长的同时依然能保证取得最优吞吐量，本专利技术提出了一种区块链无线网络的随机接入动态控制方法，能够根据网络设备数量和网络信道数目自适应调整接入难度参数，使得网络吞吐量始终能保持最优，同时能够降低接入时延。这种自适应难度调整策略可以有效应对网络设备数量以及数据包接入请求偶发性增长所导致的网络拥塞难题。
[0006]一种区块链无线网络的随机接入动态控制方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，基站通过查询、统计前若干个时隙的负载接入状态预估当前时隙到达k个数据包到达率λ
k
；
[0008]步骤2，利用数据包到达率λ
k
计算最低接入难度参数下的临界数据包传输成功概率q
s
，其计算公式为：
[0009][0010]其中，L为物联网设备最大缓存队列，λ0为当前时隙无数据包到达的概率，M为网络信道数，n为网络中设备数，将物联网设备缓冲队列状态的转移视为马尔可夫过程，而Q矩阵为其状态转移的马尔可夫一步转移矩阵，其设备稳态队列π满足π
‑
πQ＝0，Q
L+1
为Q矩阵变式。
[0011]步骤3，将最低接入难度参数下的临界数据包传输成功概率q
s
与当前网络负载容量下的临界传输成功率阈值进行对比，判定当前网络负载状况；
[0012]所述当前网络负载容量下的临界传输成功率阈值采用下式计算：
[0013][0014]若当前计算出的临界数据包传输成功概率q
s
大于等于当前临界传输成功率阈值即则网络处于轻载状态；
[0015]若当前计算出的临界数据包传输成功概率q
s
小于当前临界传输成功率阈值即则网络处于过载状态。
[0016]基站根据当前判定的网络状态选择最佳接入难度参数h
＊
：若网络轻载，则调整最佳接入难度参数h
＊
为最低值，h
＊
＝1，保证数据包的快速接入；若网络过载，则根据当前网络中存在的设备数量动态调整难度参数，最佳接入难度参数满足下列关系式：
[0017][0018]进一步的，步骤2中矩阵Q
L+1
为马尔可夫一步转移矩阵的变式，其可由下列形式表示：
[0019][0020]其中，q
t
为数据包成功接入的概率；q
t
满足关系式：其中h表示哈希接入难度参数。
[0021]通过设置哈希接入难度参数h＝1，计算最低接入难度参数下的临界数据包传输成功概率q
s
。
[0022]进一步的，步骤3中，哈希接入难度参数h的调整区间为[1,+∞),大负载情况下采用二分法计算求解隐式方程得到最佳接入难度参数h
＊
。
[0023]有益效果：本专利技术提出的一种区块链无线网络的随机接入动态控制方法，基站可以根据过往物联网设备接入状况，快速、有效且准确地判断出当前网络负载情况，且可以根
据网络饱和程度选择最佳的接入难度：在网络轻载时，选择最低的接入难度；网络过载时，选择使得系统临界饱和的接入难度，这样网络始终能达到最大的吞吐量。虽然本专利技术是针对最大化网络吞吐量对接入难度参数做的优化，但是对降低接入时延亦有明显效果。本专利技术所提出的区块链随机接入动态控制方法对于解决B
‑
RAN网络内接入请求偶发性波动大导致的网络拥塞和信道闲置等问题都具有十分积极的影响，十分适合大规模物联网场景的部署，具有很高的经济价值。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的算法流程图。
[0025]图2是本专利技术实施案例的吞吐量对比图。
[0026]图3是当前网络流量随时间变化时的吞吐量对比图和时延对比图。
[0027]图3(a)是当前网络流量随时间的变化图。
[0028]图3(b)是采用本专利技术方法的网络与采用固定难度的网络在面对负载动态变化时的吞吐量对比图。
[0029]图3(c)是采用本专利技术方法的网络与采用固定难度的网络在面对负载动态变化时的接入时延对比图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。
[0031]本专利技术的一种区块链无线网络的随机接入动态控制方法，无线接入网络采用区块链增强的物联网接入架构，包括区块链无线接入网接入点、物联网设备、区块链矿工网络和核心网；
[0032]区块链无线接入网接入点依据所统计的过往接入数据，按照本专利技术提出的负载控制策略自适应调整接入难度参数；区块链矿工网络以及核心网用于维护区块链分类账。
[0033]所述的区块链无线接入网接入点采用哈希接入协议向物联网设备提供短数据包接入服务，即物联网设备在数据包到来后，需先结合当前时间戳、设备标识和接入合约进行一次哈希计算，当且仅当所得数低于目标哈希值则进行数据包传输。
[0034]本专利技术的一种区块链无线网络的随机接入动态控制方法，包括如下步骤：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种区块链无线网络的随机接入动态控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，基站通过查询、统计前若干个时隙的负载接入状态预估当前时隙到达k个数据包到达率λ
k
；步骤2，利用数据包到达率λ
k
计算最低接入难度参数下的临界数据包传输成功概率q
s
，其计算公式为：其中，L为物联网设备最大缓存队列，λ0为当前时隙无数据包到达的概率，M为网络信道数，n为网络中设备数，将物联网设备缓冲队列状态的转移视为马尔可夫过程，而Q矩阵为其状态转移的马尔可夫一步转移矩阵，其设备稳态队列π满足π
‑
πQ＝0,Q
L+1
为Q矩阵变式；步骤3，将最低接入难度参数下的临界数据包传输成功概率q
s
与当前网络负载容量下的临界传输成功率阈值进行对比，判定当前网络负载状况；所述当前网络负载容量下的临界传输成功率阈值采用下式计算：若当前计算出的临界数据包传输成功概率q
s
大于等于当前临界传输成功率阈值即则网络处于轻载状态；若当前计算出的临界数据包传输成功概率q
s
小于当前临界传输成功率阈值即...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌昕彤，谢辉，伍美凝，乐煜炜，王家恒，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：