[发明专利]一种基于区块链的认知物联网频谱数据共享方法

说明书

本发明公开了一种基于区块链的认知物联网频谱数据共享方法。该方法为：首先认知物联网云端服务器发布频谱数据共享需求，并预存频谱币；然后参与频谱数据共享的节点自发在认知物联网边缘形成簇，采集频谱数据并打包成为预添加的频谱数据子区块，进行非对称加密后上传至网络边缘的雾节点；接着雾节点发布频谱数据区块验证需求，验证节点在本地对预添加的频谱数据子区块进行共识验证；簇头节点之间通过分布式共识确定提供新频谱数据子区块的簇；最后频谱币根据频谱数据区块的贡献比例和质量在簇内进行自动分配。本发明实现了认知物联网中频谱数据的去中心化、高容错、不可篡改的共享，降低了频谱数据共享时延和数据传输能耗。

技术领域

本发明涉及认知物联网技术领域，特别是一种基于区块链的认知物联网频谱数据共享方法。

背景技术

认知物联网是一种新的网络范式，它为物联网赋予“大脑”，使其具备思考能力。随着物联网在车联网、智能家居、智慧城市、智能穿戴等诸多领域取得应用并日益凸显其对人类社会的重要价值，人们逐渐认识到物体之间仅有相互连接是远远不够的，物体应该具有自我学习、思考和理解物理世界和人类社会的能力，在对物理世界感知信息理解和推理的基础上，实现资源分配、网络操作、服务配置的智能化，将物理世界和人类社会融为一体。认知物联网已经成为学术界和工业界密切关注的国际前沿和热点，代表了物联网未来的发展趋势，其概念和原型产品逐步运用在智能家居、智慧建筑、无人机监控等领域。未来，车联网、智能家居、智慧城市、智能穿戴设备等异构设备和网络将日益走向融合，为人类提供更加舒适、便捷的生活。

电磁频谱是确保认知物联网运行的“神经脉络”，在异构的认知物联网日趋融合，日益呈现超密集、大规模部署的趋势下，优质频谱资源的紧缺成为制约认知物联网快速发展的瓶颈。认知物联网的运作依赖于数据的高效传输、有效融合和智能决策，其中，数据传输主要立足于公共开放频段或专用频段。然而，随着认知物联网的发展愈发呈现出万物互联的趋势，数以亿计的设备接入认知物联网，一方面，专用频段早已不堪重负，认知物联网设备之间的相互干扰频频发生，优质专用频谱资源的稀缺性难以支撑认知物联网的可持续发展；另一方面，复杂电磁环境下公共开放频段的竞争使用模式和随机互扰特性往往使其难以为认知物联网提供稳定可靠的通信保证。认知物联网设备通过频谱数据掌握周围电磁环境，单个认知物联网设备能力有限，获取的频谱数据不足以支撑其对电磁环境的全面准确掌握，因此，认知物联网设备需要联网共享彼此的频谱数据。C.-H.Ko等人(C.-H.Ko,D.H.Huang,and S.-H.Wu,“Cooperative spectrum sensing in TV White Spaces:Whencognitive radio meets cloud,”in Proc.IEEE INFOCOM Workshop Cloud Comput.,Apr.2011,pp.672–677.)提出利用大规模的存储器和处理器，通过集中式的协作频谱感知构建频谱数据云，正是基于集中式管理的频谱感知设备构建了目前的频谱管理网络，然而专业的频谱感知设备毕竟是有限的，难以对时域-频域-空域的电磁环境形成有效覆盖；M.Pan等人(M.Pan,P.Li,Y.Song,Y.Fang,P.Lin,and S.Glisic,“When spectrum meetsclouds:Optimal session based spectrum trading under spectrum uncertainty,”IEEE J.Sel.Areas Commun.,vol.32,no.3,pp.615–627,Mar.2014.)提出通过频谱数据交易支撑没有认知能力的用户动态使用频谱资源，这种频谱数据交易只能以点对点的方式在频谱感知设备和频谱使用设备之间进行；Q.Wu等人(Q.Wu,G.Ding,Z.Du,Y.Sun,M.JO,andV.Vasilakos,“A cloud-based architecture for the internet of spectrum devicesover future wireless networks,”IEEE Access,vol.4,no.2016,pp.2854-2862,Jun.2016.)提出联网大众化的频谱感知设备和频谱使用设备，构成基于云的集中式频谱设备网络以共享频谱数据，但是忽略了大众化的频谱感知设备和频谱使用设备是分布式的，根本无法以集中式的方式共享频谱数据。