一种基于区块链的频谱感知任务定价与分配方法组成比例

本发明专利技术提出一种基于区块链的频谱感知任务定价与分配方法，该方法包括区块链初始化，基站通过服务合约SC向区块链广播具体的频谱感知任务内容和执行要求以及其签名和公钥；次级用户接通过合约地址收到频谱感知任务内容后，通过基站的初始任务报价计算自身盈利情况来决定是否参与频谱感知任务；次级用户根据最优分配方案执行并完成频谱感知任务后，需要通过数字签名和公钥上传感知结果，等待基站对结果进行评估；基站收集一段时间内所有本地交易记录，然后对这些交易记录进行加密和数字签名。该方法不仅可以实现去中心化的频谱资源管理，确保频谱资源的公正分配，而且能够最大化基站和次级用户效用，同时保障频谱感知任务交易的公平性和安全性。易的公平性和安全性。易的公平性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链的频谱感知任务定价与分配方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种基于区块链的频谱感知任务定价与分配方法。

技术介绍

[0002]对于无线网络来说，频谱是至关重要且稀缺的。然而，目前的频谱分配策略导致频谱利用率低，频谱资源日益短缺。迫切需要寻找有效的频谱资源分配方法，提高频谱利用率。频谱共享是在频谱资源有限的情况下满足海量频谱资源需求的重要技术，而频谱感知是实现频谱共享的重要前提。在真实场景中，单用户感知会受限于感知范围、易遭受恶意攻击以及受到多径衰落和阴影效应的影响，常常认为单个感知用户的感知结果是不可靠的。群智协作感知通过激励机制吸引更多用户参与感知，具有较高的灵活性和可扩展性，能够克服这些困难保证感知数据的准确性和可靠性。因此需要设计合理的频谱感知任务定价与分配方法以激励智能设备参与群体感知。而大多数频谱感知任务的定价与分配是由中心节点或其代理进行的，这种方式容易引起中心节点的不公正行为和恶意操作，导致资源的浪费和利益的不公平分配。同时群智协作频谱感知中也会面临恶意用户共谋攻击和感知数据篡改等问题，严重影响频谱感知的性能和效率。区块链的出现为解决这些问题提供了机会。
[0003]本专利技术针对上述问题，提出了一种基于区块链的频谱感知任务定价与分配方法，不仅可以实现去中心化管理，保证频谱感知任务的公平分配，而且可以保障频谱感知任务交易的安全可靠。

技术实现思路

[0004]技术问题：本专利技术的目的是提出一种基于区块链的频谱感知任务定价与分配方法，将频谱感知任务定价与分配过程建模成Stackelberg博弈并部署在智能合约中，该方法不仅可以实现去中心化的频谱资源管理，确保频谱资源的公正分配，而且能够最大化基站和次级用户效用，同时保障频谱感知任务交易的公平性和安全性。
[0005]技术方案：本专利技术的一种基于区块链的频谱感知任务定价与分配方法包括如下步骤：
[0006]第一步：区块链初始化，目标通信区域内包含区块链、一个主用户、M个次级用户以及一个基站，在加入区块链之前，基站和用户需要通过用户合约UC向可信机构TA注册，获得身份、公钥、私钥、合法证书和钱包地址；UC主要包括用户注册和用户登录过程，UC是频谱感知智能合约的基础，只有通过智能合约注册登录的用户才能使用其它模块合约；
[0007]第二步：基站通过服务合约SC向区块链广播具体的频谱感知任务内容和执行要求以及其签名和公钥，用于验证真实性和有效性；SC用于管理频谱感知任务，包括服务请求、服务评审和服务查询；SC是频谱感知任务管理的重要组成部分，服务信息必须经过请求和审核后才能用于交易；
[0008]第三步：次级用户接通过合约地址收到频谱感知任务内容后，通过基站的初始任
务报价计算自身盈利情况来决定是否参与频谱感知任务；次级用户根据自身效用决定是否参与执行频谱感知任务，若次级用户参与执行频谱感知任务，转入第四步；否则，返回第二步，基站重新发布感知任务的初始报价；
[0009]第四步：若次级用户参与执行频谱感知任务，将调用部署在交易合约TC中的Stackelberg博弈，得到最优的频谱感知任务定价和分配方案；TC主要包括交易确认、交易状态更新、交易评估和交易可追溯性，用于奖励成功完成频谱感知任务的用户，它是频谱感知智能合约的核心，保证了频谱感知任务过程交易的安全性和公平性；
[0010]第五步：次级用户根据最优分配方案执行并完成频谱感知任务后，需要通过数字签名和公钥上传感知结果，等待基站对结果进行评估；如果上传的数据符合要求，智能合约将自动向次级用户支付奖励；
[0011]第六步：基站收集一段时间内所有本地交易记录，然后对这些交易记录进行加密和数字签名；这些交易被创建到区块中，区块采用实用拜占庭容错机制达成共识后，这些交易数据被写入区块链。
[0012]其中，
[0013]所述第三步具体包括以下内容：
[0014]步骤31，计算次级用户执行频谱感知任务的成本；成本主要与频谱感知任务难度、任务量以及任务执行周期相关；频谱感知任务难度成本、任务量成本以及任务执行周期成本分别定义如下：
[0015][0016][0017][0018]其中A
i
、D(t
i
)、Q
i
依次为次级用户i完成频谱感知任务难度成本、任务量成本以及任务执行周期成本，r
i
为频谱感知任务难度级别，s
i
为频谱感知任务执行周期，t
i
为完成的频谱感知任务量，c
i
为次级用户最大承受的频谱感知任务量，α1,α2,α3,q,k,b是常数，其取值均根据基站发布的频谱感知任务，由基站决定；
[0019]则次级用户执行频谱感知任务的总成本定义如下：
[0020]R
i
＝A
i
D(t
i
)Q
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0021]步骤32，次级用户根据基站支付频谱感知任务的单位报酬p
i
计算自身效用，次级用户效用定义为：
[0022]U
N
＝p
i
t
i
‑
R
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0023]其中t
i
为次级用户i完成的频谱感知任务量，R
i
为次级用户执行频谱感知任务的总成本。
[0024]所述第四步具体包括以下内容：
[0025]步骤41，次级用户决定参与频谱感知任务后，基站计算自身效用：
[0026][0027]其中V表示基站收益系数，T表示频谱感知任务最小完成量；M表示次级用户数量，
U
B
表示基站的效用，
[0028]步骤42，基站通过定价策略激励次级用户参与频谱感知任务，使其效用最大化，次级用户通过最优任务策略最大化其效用；次级用户与基站之间的相互作用可以建模为Stackelberg博弈，基站作为领导者确定最优价格，次级用户作为追随者确定任务量，于是，最大化次级用户效用定义为问题1，即P1：U
N
表示次级用户的效用，
[0029][0030]最大化基站效用可以定义为问题2，即P2：T表示频谱感知任务最小完成量，
[0031][0032]步骤43，设t
*
和p
*
分别为基站和次级用户的最优策略，如果它满足以下条件：
[0033][0034]则点(p
*
，t
*
)是Stackelberg博弈的纳什均衡，由下面的流程得到
[0035]步骤44，确定次级用户的最优任务量：
[0036]计算次级用户效用U
N
关于完成频谱感知任务数t<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频谱感知任务定价与分配方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：第一步：区块链初始化，目标通信区域内包含区块链、一个主用户、M个次级用户以及一个基站，在加入区块链之前，基站和用户需要通过用户合约UC向可信机构TA注册，获得身份、公钥、私钥、合法证书和钱包地址；UC主要包括用户注册和用户登录过程，UC是频谱感知智能合约的基础，只有通过智能合约注册登录的用户才能使用其它模块合约；第二步：基站通过服务合约SC向区块链广播具体的频谱感知任务内容和执行要求以及其签名和公钥，用于验证真实性和有效性；SC用于管理频谱感知任务，包括服务请求、服务评审和服务查询；SC是频谱感知任务管理的重要组成部分，服务信息必须经过请求和审核后才能用于交易；第三步：次级用户接通过合约地址收到频谱感知任务内容后，通过基站的初始任务报价计算自身盈利情况来决定是否参与频谱感知任务；次级用户根据自身效用决定是否参与执行频谱感知任务，若次级用户参与执行频谱感知任务，转入第四步；否则，返回第二步，基站重新发布感知任务的初始报价；第四步：若次级用户参与执行频谱感知任务，将调用部署在交易合约TC中的Stackelberg博弈，得到最优的频谱感知任务定价和分配方案；TC主要包括交易确认、交易状态更新、交易评估和交易可追溯性，用于奖励成功完成频谱感知任务的用户，它是频谱感知智能合约的核心，保证了频谱感知任务过程交易的安全性和公平性；第五步：次级用户根据最优分配方案执行并完成频谱感知任务后，需要通过数字签名和公钥上传感知结果，等待基站对结果进行评估；如果上传的数据符合要求，智能合约将自动向次级用户支付奖励；第六步：基站收集一段时间内所有本地交易记录，然后对这些交易记录进行加密和数字签名；这些交易被创建到区块中，区块采用实用拜占庭容错机制达成共识后，这些交易数据被写入区块链。2.根据权利要求1所述的基于区块链的频谱感知任务定价与分配方法，其特征在于，所述第三步具体包括以下内容：步骤31，计算次级用户执行频谱感知任务的成本；成本主要与频谱感知任务难度、任务量以及任务执行周期相关；频谱感知任务难度成本、任务量成本以及任务执行周期成本分别定义如下：别定义如下：别定义如下：其中A
i
、D(t
i
)、Q
i
依次为次级用户i完成频谱感知任务难度成本、任务量成本以及任务执行周期成本，r
i
为频谱感知任务难度级别，s
i
为频谱感知任务执行周期，t
i
为完成的频谱感知任务量，c
i
为次级用户最大承受的频谱感知任务量，α1,α2,α3,q,k,b是常数，其取值均根据基站发布的频谱感知任务，由基站决定；则次级用户执行频谱感知任务的总成本定义如下：
R
i
＝A
i
D(t
i
)Q
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)步骤32，次级用户根据基站支付频谱感知任务的单位报酬p
i
计算自身效用，次级用户效用定义为：U
N
＝p
i
t
i
‑
R
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘志文，郑先东，刘楠，尤肖虎，
申请(专利权)人：网络通信与安全紫金山实验室，
类型：发明
国别省市：