一种基于区块链的非对称信息下的协作频谱感知方法技术

本发明专利技术属于通信领域，特别涉及一种基于区块链的非对称信息下的协作频谱感知方法，所述方法包括构建了以分布式记账本为基础的区块链架构，使得频谱感知、融合以及交易的信息都以此架构为基础来实现，从而确保协作频谱感知过程的安全性；提出采用合同理论的方法来设计作为交易两方信任纽带的智能合约，解决次要用户不了解协作感知用户的信噪比和抽样样本数的问题；本发明专利技术能够利用区块链的一些关键特性如不变性、透明性、去中心化和安全性，不仅保障了系统数据的安全，同时能有效解决数据融合时的非对称信息问题。的非对称信息问题。的非对称信息问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链的非对称信息下的协作频谱感知方法


[0001]本专利技术属于通信领域，特别涉及一种基于区块链的非对称信息下的协作频谱感知方法。

技术介绍

[0002]近年来，自动驾驶汽车，远程医疗，增强和虚拟现实等新应用的快速发展让我们见证了移动数据流量的指数增长。为了满足对无线电频谱的需求，一个有前景的技术，认知无线电，被广泛受到关注。在机会性频谱接入的基础上，主要用户向次要用户开放了一些当前未充分利用的许可频谱。次要用户必须执行频谱感应以探索频谱机会。由于噪声的不确定性和不利的信道效应(例如多径衰落和阴影)，基于单个次要用户的频谱感知可能并不可靠。为了提高感测精度，多个次要用户必须协同执行频谱感测。现有的合作频谱感知方案主要依靠融合中心的存在来聚合和融合来自各个次要用户的感知结果。为了激励各个次要用户参与感知活动，需要频谱接入的次要用户可以提供了一些奖励。运行在区块链分布式分类账上的智能合约能够比较好的适用于上述过程：次要用户可以发布其对感测服务的要求，并且如果附近的感知节点同意其合同条款可以订阅该合同。区块链可以促进两者交易，而无需涉及交易双方之间建立受信任的第三方或先验关系。区块链本质上是一个开放的分布式账本，具有一些关键特性，如不变性，透明性，去中心化和安全性。上述区块链的特性使其在通信领域中受益匪浅。
[0003]区块链本质上是一个开放的分布式账本，具有一些关键特性，如不变性，透明性，去中心化和安全性。区块链背后的主要思想是将交易的验证权限分配到节点社区，并使用加密技术来保证交易的不变性。区块链不仅可以用作分类账，还可以支持各种密码货币和智能合约，可以自主执行区块链网络节点之间达成的协议。上述区块链的特性使其在通信领域中受益匪浅。例如，利用加密算法，区块链已被用来保证物联网中数据的完整性，并且由于具有可追溯性，区块链已被用来设计用于移动边缘计算的协作视频流框架。此外，区块链被视为实现更有效的动态频谱管理的有前途的技术。根据联邦通信委员会的说法，可以使用区块链来减少动态频谱访问系统的管理费用，从而提高频谱效率。
[0004]目前协作频谱感知的现有研究主要集中于数据融合方拥有完整的网络信息，其中数据融合方知道感知节点的私有信息，比如信道条件、感知功耗。然而自私的协作用户大多数时候不愿意分享他们的私人信息。因此需要设计一个对于协作频谱感知用户有效的激励机制，来补偿和鼓励协作感知用户的感知消耗。合同理论有助于雇主和雇员之间的激励设计。同时也为信息不对称条件下的激励机制建模提供了可靠的工具。
[0005]合同理论已经被用于协作频谱感知中，这些激励机制建立在一个集中的架构之上。在集中激励机制中，存在着为次要用户收集数据进行数据融合，设计对协作感知用户的激励的第三个平台。集中式架构带来了两个安全挑战:(一)是由于外部攻击或内部故障导致的第三方平台故障会影响整个协作频谱感知系统；(二)由于次要用户和协作感知用户之间的信息不对称，不受信任的第三方平台可能通过虚假的感知结果和不合理的代理费获取
非法利润。
[0006]由此可见，如何基于区块链的安全、可追溯、不可篡改特性，研究出检测性能较好协作频谱感知方案是一项充满挑战且意义重大的任务。

技术实现思路

[0007]为了解决数据融合时信息的安全性和非对称性问题，本专利技术提出了一种基于区块链的协作频谱感知激励机制：首先，构建了以分布式记账本为基础的区块链架构，使得频谱感知、融合以及交易的信息都以此架构为基础来实现，从而确保协作频谱感知过程的安全性；然后，提出采用合同理论的方法来设计作为交易两方信任纽带的智能合约，解决次要用户不了解协作感知用户的信噪比和抽样样本数的问题。从而提高协作频谱感知的准确性。
[0008]针对协作频谱感知中数据融合时的非对称信息问题，本专利技术提出一种基于区块链的非对称信息下的协作频谱感知方法，包括如下步骤：
[0009]次要用户根据主要用户与协作感知用户之间的信噪比以及协作感知用户自身的抽样样本数，确定出协作感知用户的类型；
[0010]根据对应的协作感知用户类型，结合协作感知用户的个人理性约束和激励兼容约束，构建出最大期望效用函数模型；
[0011]利用优化求解方式对所述最大期望效用函数模型进行求解，计算出协作感知用户所对应的报酬；
[0012]次要用户根据协作感知用户的类型以及所对应的报酬制定出多类型的智能合约；
[0013]将制定出的智能合约发布到区块链平台，并由区块生成用户验证；将验证后的智能合约部署在区块链上；
[0014]根据协作感知用户类型选择出对应的智能合约，并按照该智能合约所确定出的报酬完成协作感知。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]本专利技术能够利用区块链的不变性、可追溯性等特性，不仅保证系统的数据安全，同时还能揭示每个协作感知用户的感知类型，在保证每个协作感知用户获得与自身感知类型适宜的报酬下，次要用户能得到更为准确的单个感知数据和融合后的数据。
附图说明
[0017]图1为传统的协作频谱感知图；
[0018]图2为本专利技术实施例中基于区块链的协作频谱感知流程图；
[0019]图3为本专利技术优选实施例中基于区块链的协作频谱感知流程图；
[0020]图4为本专利技术所提基于智能合约揭示融合类型原理图。
具体实施方式
[0021]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方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]图1是传统的协作频谱感知图，在现有的协作频谱感知过程中，协作感知用户得到的感知数据是以集中的方式进行数据融合，依赖于一个可信任的中心。信任中心一旦受到攻击，激励机制就会陷入混乱。此外，不诚实的用户可能为了自己的利益或其他目的而提供虚假甚至恶意的数据。
[0023]图2为本专利技术实施例中基于区块链的协作频谱感知流程图，如图2所示，所述协作频谱感知包括：
[0024]101、次要用户根据主要用户与协作感知用户之间的信噪比以及协作感知用户自身的抽样样本数，确定出协作感知用户的类型；
[0025]在本专利技术实施例中，次要用户通过制定合同，来揭示每个协作感知用户的类型，在不完全信息情况下，次要用户不知道协作感知用户的感知报告的数据类型，从协作感知用户的观察和统计信息获取协作感知用户属于某类型的概率，其中，从协作感知用户的观察和统计信息获取协作感知用户属于某类型的计算公式表示为：
[0026]θ
n
＝αS
n
+(1
‑
α)γ
n
[0027]其中，θ
n
表示协作感知用户n的感知性能类型；α表示权重系数；S
n
表示协作感知用户n自身的抽样样本数，γ
n
表示主要用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的非对称信息下的协作频谱感知方法，其特征在于，包括：次要用户根据主要用户与协作感知用户之间的信噪比以及协作感知用户自身的抽样样本数，确定出协作感知用户的类型；根据对应的协作感知用户类型，结合协作感知用户的个人理性约束和激励兼容约束，构建出最大期望效用函数模型；利用优化求解方式对所述最大期望效用函数模型进行求解，计算出协作感知用户所对应的报酬；次要用户根据协作感知用户的类型以及所对应的报酬制定出多类型的智能合约；将制定出的智能合约发布到区块链平台，并由区块生成用户验证；将验证后的智能合约部署在区块链上；根据协作感知用户类型选择出对应的智能合约，并按照该智能合约所确定出的报酬完成协作感知。2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的非对称信息下的协作频谱感知方法，其特征在于，协作感知用户的类型的确定方式包括次要用户通过制定合同，来揭示每个协作感知用户的类型，在不完全信息情况下，次要用户不知道协作感知用户的感知报告的数据类型，从协作感知用户的观察和统计信息获取协作感知用户属于某类型的概率，其中，从协作感知用户的观察和统计信息获取协作感知用户属于某类型的计算公式表示为：θ
n
＝αS
n
+(1
‑
α)γ
n
其中，θ
n
表示协作感知用户n的感知性能类型；α表示权重系数；S
n
表示协作感知用户n自身的抽样样本数，γ
n
表示主要用户与协作感知用户n之间的信噪比。3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的非对称信息下的协作频谱感知方法，其特征在于，所述最大期望效用函数模型表示为：s.t.(a)θ
m
η(R
m
)
‑
ρV
m
>0(b)θ
m
η(R
m
)
‑
ρV
m
>θ
m
η(R
j
)
‑
ρV
jjj
其中，U
SU
表示次要用户的效用函数；M表示当前次要用户所对应的协作感知用户类型个数；λ
m
表示从协作感知用户的观察和统计信息获取协作感知用户属于θ
m
类型的概率；|N|表示为参与协作频谱感知的协作感知用户的数量；V
m
表示在θ
m
类型下感知数据的价值函数；R
m
表示在θ
m
类型下支付的资金数目；θ
m
表示协作感知用户的类型m；η(R
m
)表示在θ
m
类型下协作感知用户关于奖励的评估函数；ρ表示为产生所需感知数据价值关联的单位价格成本；V
j
表示在θ
j
类型下感知数据的价值函数；R
j
表示在θ
j
类型下支付的资金数目；θ
j
表示协作感知用户的类型j；R
M
表示在θ
M
类型下支付的资金数目；θ
M
表示协作感知用户的类型M；R
max
表示最大
支付报酬；约束(a)和约束(b)分别表示个人理性约束和激励兼容约束，约束(c)确保了协作感知费用不会超过最大支付报酬R
max
，约束(d)表示制定的资金报酬R
m
随类型θ
m
是单调增加的。4.根据权利要求3所述的一种基于区块链的非对称信息下的协作频谱感知方法，其特征在于，所述利用优化求解方式对所述最大期望效用函数模型进行求解，计算出协作感知用户所对应的报酬包括根据个人理性约束的单调性，将M个约束(a)减少为一个约束(a)，根据激励兼容约束的单调性，将M(M
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱江，曾启东，张海波，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：