一种面向城市轨道交通的算力共享系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种面向城市轨道交通的算力共享系统及方法，系统包括：轨道交通算力感知调度层：用于实时接收算力消费方发布的任务；区块链信任管理层：用于存储用户信息、算力信息、交易电子合同信息，维护交易电子合同的执行，并在交易结束后完成交易清算，同时更新算力服务信誉值；算力资源池：用于为算力共享网络提供算力资源或消费算力资源；网络基础设施：用于连接轨道交通车载设备、云中心设备和边缘设备。本发明专利技术利用分布式计算和区块链等技术，使得设备中的算力资源通过安全高效的共享网络达到更高的利用率。网络达到更高的利用率。网络达到更高的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种面向城市轨道交通的算力共享系统及方法


[0001]本专利技术涉及城市轨道交通
，特别是涉及一种面向城市轨道交通的算力共享系统及方法。

技术介绍

[0002]伴随着我国城镇化迅猛发展、城市人口激增、城市规模不断扩大，交通拥堵、环境污染等一系列社会新问题陆续出现。国内外实践经验表明，轨道交通作为城市大型公共交通工具，相比其他公共交通系统具有运量大、能耗低、更安全准时等特点。近年来我国城市轨道交通呈爆发式增长。根据交通部数据显示，截至2021年12月31日，内地共有51个城市开通运营城市轨道交通，线路达269条，运营里程8708公里。2021年全国城市轨道交通完成客运量237.1亿人次，较2020年增长约35％，达到2019年的99.2％。2021年新增洛阳、绍兴、嘉兴、文山、芜湖，以及海宁、句容7个城市首次开通运营城市轨道交通。伴随着城市轨道交通运营规模、客运量、在建线路长度、规划线路长度的发展，线路中的设备维修费用和设备更新费用一直居高不下，城市轨道交通的运营成本也越来越高。
[0003]随着城市轨道交通的发展，城市轨道交通线路中的设备不断增多，算力资源呈现泛在部署的趋势，不可避免地出现了"算力孤岛"效应。面对越来越多的计算任务，各部门计算设备在资源利用上体现出时间和空间上的不均衡。传统的计算模式一般分为集中式、分布式。集中式计算将任务集中处理，很容易实现高一致性，并通过存储的冗余和软硬件结合的高度优化，达到了较高的可靠性，但是存在整体资源利用率低、不安全、可用性低等问题。分布式计算将任务分散成无数个小任务进行处理，有利于资源灵活利用和算力的共享，但是同样存在两个大问题：
[0004](1)缺乏有效的算力共享机制
[0005]城市轨道交通线路中的设备呈现出分布空间广阔、异构性强的特点。这些设备往往分属于不同的运营商，并且由于缺乏有效的激励，各运营商彼此之间并没有协同的意愿，造成了严重的资源孤岛现象，从而导致一部分设备的算力资源无法满足业务应用的处理需求，另一部分设备的算力资源处于空闲状态，无法在多方协同的情况下对外提供丰富且高效的计算服务。面对越来越多的计算任务，部分设备的空闲算力资源如果可以有效利用，不仅可以有效降低轨道交通设备成本费用，还可以提高轨道交通系统的计算能力。
[0006](2)缺少可信的计算信任管理机制
[0007]城市轨道交通异构设备使用的安全协议各不相同，插件化、补丁化的防护方式难以满足其安全需求。城市轨道交通算力资源共享或交易时，需评估和保证计算任务可以被身份可信、行为可信、服务质量满足需求的能力可信的算力资源设备完成，但目前算力网络仍缺乏算力资源设备的信任管理方案。其次，目前仍缺少算力的可信交易以及交易记录的安全、可追溯存储方案。
[0008]区块链技术的分布式可信、去中心化、可追溯性、集体维护性、安全性、不可篡改性、开放性以及匿名性等特点为分布式算力网络提供了新的思路。区块链是一种计算机技
术在价值互联网时代的创新应用模式，是数据库、密码学、网络技术等多种技术整合集成的结果。与传统的集中式记账技术不同，区块链是一种新型的分布式记账技术，通过分布式记账的方式，可以有效地解决传统集中认证方式中的数据容易被篡改、窃取及丢失的问题，同时还能有效提升体系中节点间的信任度。因此，区块链与采用了分布式计算的城市轨道交通算力网络的融合可以更好的实现安全可信的算力共享。
[0009]目前业界尚没有投入使用的城市轨道交通的算力共享方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种面向城市轨道交通的算力共享系统及方法，以解决轨道交通发展面临的由于计算设备在资源利用上体现出时间和空间上的不均衡问题所导致的算力困境。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0012]一种面向城市轨道交通的算力共享系统，包括：
[0013]轨道交通算力感知调度层：用于实时接收算力消费方发布的任务；
[0014]区块链信任管理层：用于存储用户信息、算力信息、交易电子合同信息，维护交易电子合同的执行，并在交易结束后完成交易清算，同时更新算力服务信誉值；
[0015]算力资源池：用于为所述算力共享网络提供算力资源或消费算力资源；
[0016]网络基础设施：用于连接轨道交通车载设备、云中心设备和边缘设备。
[0017]优选地，所述轨道交通算力感知调度层包括算力业务调度优化模块，所述算力业务调度优化模块用于通过屏蔽底层异构计算资源或不同网络连接类型的差异性，实时接收所述算力消费方发布的任务，并通过SDN/NFV技术，感知所述算力资源及所述算力资源的变化，实现算力编排、网络编排及用户身份管理身份认证。
[0018]优选地，所述区块链信任管理层通过采用区块链分布式账本及共识机制，存储所述用户信息、算力信息、交易电子合同信息；采用区块链智能合约技术，维护所述交易电子合同的执行，并在交易结束后完成交易清算，并通过基于区块链的信任管理模型更新算力服务信誉值。
[0019]优选地，所述基于区块链的信任管理模型用于通过区块链智能合约技术，根据历史交易评价分数计算所述算力服务信息值。
[0020]优选地，所述算力服务信誉值的计算方法为：
[0021][0022]其中，c(t)为单次算力共享信誉评价得分，α(
·
)为随时间增大而衰减的函数，tn表示当前时间，t0表示距离tn最远的参与算力服务信誉值的计算的交易发生时间，即tn
‑
t0表示参与算力服务信誉值计算的交易的时间阈值。
[0023]为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种面向城市轨道交通的算力共享方法，包括：
[0024]获取算力消费方发布的任务，并感知算力资源并协同调度所述算力资源和网络资源，为所述算力消费方匹配算力资源并建立城市轨道交通算力共享网络连接；
[0025]基于区块链为所述算力消费方和算力提供方签订电子合约，并监控合约的履行过程，计算任务结束后，通过区块链信任管理层完成交易费用清算与算力服务信誉值更新。
[0026]优选地，为所述算力消费方匹配算力资源包括：
[0027]通过基于进化博弈的算力共享激励机制促进节点加入所述算力共享网络中，当计算节点达到上限后，则通过降低参与激励，加强信誉激励，激励所述算力共享网络内的节点获取更高的信誉值。
[0028]优选地，所述基于进化博弈的算力共享激励模型用于计算设备是否参与到所述算力共享网络中的收益，具有算力资源的设备通过比较参与或不参与所得收益的大小决定是否参与到所述算力共享网络中。
[0029]优选地，通过区块链信任管理层完成交易费用清算与算力服务信誉值更新包括：
[0030]基于所述区块链信任管理层中的区块链信任管理模型，根据历史交易评价分数计算所述算力服务信誉值，并基于势博弈的任务卸载计算模型，根据所述算力共享网络中计算节点的信誉值，通过求解所述基于势博弈的任务卸载计算模型的纳什均衡得到当前节点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向城市轨道交通的算力共享系统，其特征在于，包括：轨道交通算力感知调度层：用于实时接收算力消费方发布的任务；区块链信任管理层：用于存储用户信息、算力信息、交易电子合同信息，维护交易电子合同的执行，并在交易结束后完成交易清算，同时更新算力服务信誉值；算力资源池：用于为所述算力共享网络提供算力资源或消费算力资源；网络基础设施：用于连接轨道交通车载设备、云中心设备和边缘设备。2.根据权利要求1所述的面向城市轨道交通的算力共享系统，其特征在于，所述轨道交通算力感知调度层包括算力业务调度优化模块，所述算力业务调度优化模块用于通过屏蔽底层异构计算资源或不同网络连接类型的差异性，实时接收所述算力消费方发布的任务，并通过SDN/NFV技术，感知所述算力资源及所述算力资源的变化，实现算力编排、网络编排及用户身份管理身份认证。3.根据权利要求1所述的面向城市轨道交通的算力共享系统，其特征在于，所述区块链信任管理层通过采用区块链分布式账本及共识机制，存储所述用户信息、算力信息、交易电子合同信息；采用区块链智能合约技术，维护所述交易电子合同的执行，并在交易结束后完成交易清算，并通过基于区块链的信任管理模型更新算力服务信誉值。4.根据权利要求3所述的面向城市轨道交通的算力共享系统，其特征在于，所述基于区块链的信任管理模型用于通过区块链智能合约技术，根据历史交易评价分数计算所述算力服务信息值。5.根据权利要求4所述的面向城市轨道交通的算力共享系统，其特征在于，所述算力服务信誉值的计算方法为：其中，c(t)为单次算力共享信誉评价得分，α(
·
)为随时间增大而衰减的函数，t
n
表示当前时间，t0表示距离t
n
最远的参与算力服务信誉值的计算的交易发生时间，即t
n
‑
t0表示参与算力服务信誉...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱力，张梅欣，唐涛，王洪伟，文韬，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：