[發明專利]基于M/G/1排隊理論的民航業務數據公有鏈性能分析方法

在審

• 申請號: 202010637456.4
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111882307A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 張延華;劉逸瑋;楊睿哲;高原;張玄弋;司鵬搏;楊文慧;李萌;吳文君
• 申請（專利權）人: 北京工業大學;北京首都國際機場股份有限公司
• 主分類號: G06Q20/06
• 分類號: G06Q20/06;G06Q20/36;G06Q40/04;G06Q50/30;H04L29/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了基于成批服務M/G/1排隊理論的以太坊公有鏈性能分析方法，本方法針對以太坊的燃料消耗特性、由區塊鏈燃料限制參數約束形成的動態成批服務容量及每個交易的燃料價格不同造成的服務優先級機制，利用成批服務的M/G/1排隊理論對交易在所構建公有鏈中的確認過程進行建模，分析了交易到達率和區塊容量對不同優先級交易平均確認時間的影響。仿真結果證實了該方法的正確性和可用性，為基于以太坊公鏈的民航數據共享方案及其交易確認時間優化提供理論依據。

技術領域

本發明涉及一種基于M/G/1排隊理論的民航業務數據公有鏈性能分析方法，通過成批服務M/G/1排隊理論對交易在所構建公有鏈中的確認過程進行建模，對不同優先級交易的平均確認時間進行定量描述，提出針對民航業務數據公有鏈系統的性能分析方法，屬于區塊鏈性能量化研究的相關領域。

背景技術

近年來民航旅客吞吐量不斷上升，機場規模不斷擴大，業務組織復雜度不斷增加，對整個民航業的信息化能力提出了更高的要求。為此，建設機場群以形成機場、航企、空管及各保障部門、聯檢單位的協同配合和數據共享，獲得民航運營的整體高效協調，成為加快機場智慧化建設的關鍵。

區塊鏈基于分布式共識機制凸顯出其在多方協同上的優勢，其鏈式賬本的存證、可溯、信任等特點高度契合數據共享的需求。公有鏈作為開放性的區塊鏈，在沒有中央權威機構的弱信任環境下允許節點自由加入和退出，通過分布式存儲、共識機制、點對點通訊、加密算法等技術，使得節點共同維護賬本來建立一套信任機制，保障賬本數據公開透明、可溯源和不被篡改。比特幣作為最早受到關注的公有鏈，以區塊鏈技術解決了電子貨幣的雙花問題。受比特幣啟發，2013年提出的以太坊內置一套成熟的圖靈完備的編程語言，允許參與者在平臺中編寫智能合約，使區塊鏈逐漸跳出電子貨幣應用的局限，成為一種引領由集中式控制向非集中式控制前進的基礎技術。

我國的智能機場群正處于建設中，已提出航空公司與機場合作共享航班數據的案例，然而大部分數據仍存儲于獨立的“信息孤島”，缺乏機場間的信息交互，導致機場群的資源無法整合和管理，使得整體運行效率不高。針對上述問題，本文提出基于以太坊的民航業務數據公有鏈系統，利用智能合約，開發面向機場群用戶的數據共享平臺，提供多種數據服務和業務應用，如自助值機、航班查詢、行李溯源和空中電商等，以數據上鏈來保證數據真實性和不可篡改性。

綜上所述，本發明的主要目的是對采用以太坊作為平臺搭建的民航業務數據公有鏈進行性能分析。由于區塊鏈燃料限制了每個區塊中的燃料總和，且各個交易的燃料消耗量不同，從而使得每個區塊所能打包的交易數量成為變量值。因此，交易在以太坊公鏈中的確認過程可建模為具有變值的成批服務M/G/1排隊系統，將每區塊生成的前一時刻交易池中的交易數量看作離散時間馬爾可夫鏈進行分析，此外根據交易中GasPrice的不同賦予不同的優先級，并對不同交易的平均確認時間進行定量描述。結合機場平臺需求，仿真給出在民航業務數據公有鏈中具有高、低兩個優先級的交易確認時間對比，實驗結果證實了該方法的可用性，為調整以太坊系統參數以優化交易確認時間提供了依據。

發明內容

本發明的主要目的是利用成批服務的M/G/1排隊理論對交易在所構建公有鏈中的確認過程進行建模，分析交易到達率和區塊容量對不同優先級交易平均確認時間的影響，提出針對民航業務數據公有鏈系統的性能分析方法。本方法解決了在以太坊燃料特性的影響下，如何對交易平均確認時間進行定量描述和性能分析的問題，為基于以太坊公鏈的民航數據共享方案及其交易確認時間優化提供理論依據。

本發明所適應的民航業務數據公有鏈系統場景模型見圖1。

本發明技術方案中的系統運行原理流程圖見圖2。

本發明不同交易到達率下的平均交易確認時間對比圖見圖3。

本發明不同平均區塊容量下的平均交易確認時間對比圖見圖4。

本發明不同服務率下的平均交易確認時間對比圖見圖5。