一种车联网中基于区块链和激励机制的数据共享方法技术

本发明专利技术属于车联网数据传输技术领域，具体涉及一种车联网中基于区块链和激励机制的数据共享方法；该方法包括：构建车载社交网络体系架构，在车载社交网络体系架构中，车辆根据激励机制进行数据共享，过程包括，构建簇员的效益函数；构建簇头的效益函数；构建基站的效益函数；采用三方

A data sharing method based on blockchain and incentive mechanism in the Internet of vehicles

【技术实现步骤摘要】
一种车联网中基于区块链和激励机制的数据共享方法


[0001]本专利技术属于车联网数据传输
，具体涉及一种车联网中基于区块链和激励机制的数据共享方法。

技术介绍

[0002]随着自动驾驶技术的高速发展，智能交通系统中的车辆自组织网络(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)能够显著提升系统安全性和用户满意度，因而受到了广泛的关注和研究。在VANET中，配备无线接口的车辆可以通过车对车(Vehicle to Vehicle,V2V)通信方式直接与附近的车辆通信；同时，也可以与固定的路边单元(Road Side Unit,RSU)进行通信，称为车辆对基础设施(Vehicle to Infrastructure,V2I)通信方式。当车辆高速移动时，拓扑持续变化，V2V和V2I通信方式下存在传输链路不稳定甚至中断的问题，该问题已成为面向应用的VANET亟待解决的瓶颈问题。与此同时，伴随着智慧城市的逐步实现，城市通信网络中对人行为和偏好的研究与分析显得尤为重要，车联网发展亦是如此。
[0003]在线社交网络作为社交网络最为流行的应用场景，社交网络中最常见的应用就是基于社交数据收集的行为分析预测。在用户登录社交软件或搜索引擎等应用时，提供数据服务的应用会通过社交网络数据整合模块进行登录账户用户名、登录时间、实时位置等信息的收集。而后，这些数据会被授权给社交媒体软件使用，这些应用通过加标签等方式对用户数据进行分类分析，并针对不同种类的用户进行“个性化推荐”。仅考虑上述分类分析方法已经无法满足未来车联网中对于数据共享目标群体所进行的个性化推荐以及安全性保证。
[0004]如今，区块链技术正朝着高效、安全、便捷的方向演进。跨链技术、扩展技术和核心技术是发展的有力支撑。以区块链传输专用网络(Blockchain Transmission Network,BTN)、共识算法、智能合约框架为代表的核心技术稳步发展的同时，云链融合、隐私计算、物联网及数字身份等的区块链扩展技术在快速发展。于是，近年来国内外学者纷纷将区块链的技术引入车联网中。
[0005]车联网系统中存在节点隐私信息泄露、节点间数据链路不稳定等问题，采用激励机制对系统进行优化能够一定程度解决上述问题。激励机制是指通过特定的方法与管理体系，将各方利益最大化的过程。在传统的激励机制中，使用统一均价进行激励是最为普遍的方式。但是该方案存在激励不足的缺点。一种动态定价激励机制考虑了共享的内容流行度、内容大小、链路质量和链路中断概率，结合缓存策略提高了系统的内容交付率和命中率。一种将缓存策略与激励机制相结合，通过建立动态博弈模型的方法，解决了运营商和移动用户间利益冲突问题。但是，上述激励机制方式中都未将自私度量化考虑进博弈中，仅从侧面对车辆用户的参与度进行了评估，且并不能很好的解决诸如节点隐私泄露、节点间数据链路不稳定等问题。
[0006]综上所述，为了解决以上问题，采用基于区块链技术辅助的车载社交网络融合架构，在数据共享过程中，考虑车辆自私度，设计出更符合实际的激励机制更能满足当下车联
网的快速发展。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种车联网中基于区块链和激励机制的数据共享方法，该方法包括：构建车载社交网络体系架构，包括物理层、社交关系层和区块链层；在车载社交网络体系架构中，车辆根据激励机制进行数据共享；其中，车辆包括簇头车辆和簇员车辆；
[0008]车辆根据激励机制进行数据共享的过程包括：
[0009]簇员根据用户体验质量和购买内容的单价构建簇员的效益函数；
[0010]簇头根据基站给簇头发放的奖励金额、簇头的能耗开销和簇头的算力损耗构建簇头的效益函数；
[0011]基站根据基站给簇头发放的奖励金额、簇员购买内容的单价和基站的能耗开销构建基站的效益函数；
[0012]采用三方
‑
四阶段Stackelberg博弈迭代算法对簇员的效益函数、簇头的效益函数和基站的效益函数进行求解，得到使系统效益最大化的数据共享决策；
[0013]车辆根据数据共享决策进行数据共享。
[0014]优选的，构建簇员的效益函数的过程包括：根据内容流行度、车辆自私度和数据包传输率计算簇员的用户体验质量；根据内容成本、内容流行度和车辆自私度计算簇员购买内容的单价；根据用户体验质量和购买内容的单价计算簇员的效益函数。
[0015]进一步的，计算簇员的效益函数的公式为：
[0016][0017]s.t.U
CM
≥0
[0018][0019]其中，U
CM
表示簇员的效益，QoE表示簇员的用户体验质量，m(x)表示簇员购买内容x的单价，ω
x
表示内容x的大小，k表示车辆传输数据包的单位大小，PDR
x,i
表示车辆v
i
传输内容x时的数据包传输率，s
x,i
表示车辆v
i
转发内容x时自私度，r(x)表示内容x的流行度排名，X表示内容数量，c(x)表示内容x的成本，r
min
表示最小内容排名，r
max
表示最大内容排名，表示内容集合。
[0020]优选的，构建簇头的效益函数的过程包括：根据簇员购买内容的单价和车辆自私度计算基站给簇头发放的奖励金额；根据车辆下行传输速率、车辆的传输发送功率和内容的大小计算簇头的能耗开销；根据车辆计算能力、车辆自私度和传输内容时需要的计算资源量计算簇头的算力损耗；根据基站给簇头发放的奖励金额、簇头的能耗开销和簇头的算力损耗计算簇头的效益函数。
[0021]进一步的，计算簇头的效益函数的公式为：
[0022][0023]s.t.U
CH
≥0
[0024][0025]其中，U
CH
表示簇头的效益，p(x)表示基站给簇头发放的奖励金额，E
CH
表示簇头的能耗开销，E
cost
表示簇头的算力损耗，m(x)表示簇员购买内容x的单价，s
x,i
表示车辆v
i
转发内容x时自私度，u表示自私度影响因子，p
i
表示车辆v
i
的传输发送功率，ω
x
表示内容x的大小，R
i
表示车辆v
i
的下行传输速率，θ表示能耗稀疏，F
i
表示车辆v
i
的计算能力，cy
x
表示处理排名为r(x)的内容时所需的计算资源量，s
x,imin
表示车辆v
i
转发内容x时的最小自私度，s
x,imax
表示车辆v
i
转发内容x时的最大自私度，表示内容集合。
[0026]优选的，构建基站的效益函数的过程包括：根据基站传输能量消耗速率和基站下行传输速率计算基站的能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车联网中基于区块链和激励机制的数据共享方法，其特征在于，包括：构建车载社交网络体系架构，包括物理层、社交关系层和区块链层；在车载社交网络体系架构中，车辆根据激励机制进行数据共享；其中，车辆包括簇头车辆和簇员车辆；车辆根据激励机制进行数据共享的过程包括：簇员根据用户体验质量和购买内容的单价构建簇员的效益函数；簇头根据基站给簇头发放的奖励金额、簇头的能耗开销和簇头的算力损耗构建簇头的效益函数；基站根据基站给簇头发放的奖励金额、簇员购买内容的单价和基站的能耗开销构建基站的效益函数；采用三方
‑
四阶段Stackelberg博弈迭代算法对簇员的效益函数、簇头的效益函数和基站的效益函数进行求解，得到使系统效益最大化的数据共享决策；车辆根据数据共享决策进行数据共享。2.根据权利要求1所述的一种车联网中基于区块链和激励机制的数据共享方法，其特征在于，构建簇员的效益函数的过程包括：根据内容流行度、车辆自私度和数据包传输率计算簇员的用户体验质量；根据内容成本、内容流行度和车辆自私度计算簇员购买内容的单价；根据用户体验质量和购买内容的单价计算簇员的效益函数。3.根据权利要求2所述的一种车联网中基于区块链和激励机制的数据共享方法，其特征在于，计算簇员的效益函数的公式为：s.t.U
CM
≥0其中，U
CM
表示簇员的效益，QoE表示簇员的用户体验质量，m(x)表示簇员购买内容x的单价，ω
x
表示内容x的大小，k表示车辆传输数据包的单位大小，PDR
x,i
表示车辆v
i
传输内容x时的数据包传输率，s
x,i
表示车辆v
i
转发内容x时自私度，r(x)表示内容x的流行度排名，X表示内容数量，c(x)表示内容x的成本，r
min
表示最小内容排名，r
max
表示最大内容排名，表示内容集合。4.根据权利要求1所述的一种车联网中基于区块链和激励机制的数据共享方法，其特征在于，构建簇头的效益函数的过程包括：根据簇员购买内容的单价和车辆自私度计算基站给簇头发放的奖励金额；根据车辆下行传输速率、车辆的传输发送功率和内容的大小计算簇头的能耗开销；根据车辆计算能力、车辆自私度和传输内容时需要的计算资源量计算簇头的算力损耗；根据基站给簇头发放的奖励金额、簇头的能耗开销和簇头的算力损耗计算簇头的效益函数。5.根据权利要求4所述的一种车联网中基于区块链和激励机制的数据共享方法，其特征在于，计算簇头的效益函数的公式为：
s.t.U
CH
≥0其中，U
CH
表示簇头的效益，p(x)表示基站给簇头发放的奖励金额，E
CH
表示簇头的能耗开销，E
cost
表示簇头的算力损耗，m(x)表示簇员购买内容x的单价，s
x,i
表示车辆v
i
转发内容x时自私度，u表示自私度影...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，徐蓬勃，刘子琪，刘开健，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：