[發明專利]一種基于區塊鏈的無人機輔助車聯網頻譜分配方法

在審

• 申請號: 202111334196.4
• 申請日: 2021-11-11
• 公開（公告）號: CN114173419A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 彭澤鑫;蘇啟迪;張國斌;韓國軍;任斌
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學;東莞理工學院
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W4/42;H04W4/40;H04L67/104;H04W28/04;H04L1/18;G06N3/04;G06N3/08;G06N20/00
• 代理公司: 北京匯彩知識產權代理有限公司 11563
• 代理人: 王鍵

本發明公開了一種基于區塊鏈的無人機(UAV)輔助車聯網頻譜分配方法，構建UAV輔助的車聯網區塊鏈資源管理模型，為每個UAV節點配置唯一節點列表(UNL，Unique Node List)；車輛向所連接的UAV主節點提交頻譜請求，主節點設定優化問題并采用深度強化學習方法求解得到車輛與UAV之間的通信頻譜和發射功率；主節點將請求事務廣播給UAV節點，UAV節點采用瑞波共識機制對請求事務執行智能合約和共識協議，UAV節點對交易進行投票，確認請求事務是否通過；將未通過的請求事務丟棄，對通過的請求事務將所有車輛信息、交易記錄和時間戳打包到一個新的區塊中，并附加到區塊鏈上，廣播至所有UAV節點，從而確認請求頻譜的車輛請求得到的頻譜和發射的功率。本發明以分布式結構管理無線資源，降低擁堵，提高資源利用率和可靠性。

技術領域

本發明涉及一種頻譜分配方法，特別是一種基于區塊鏈的無人機輔助車聯網頻譜分配方法，屬于車聯網及智能駕駛技術領域。

背景技術

車聯網是互聯網和物聯網融合的產物，為智能交通提供了便捷多樣的服務。目前車聯網技術兩大陣營分別是由美國主導的通用短距離通信(DSRC)和國內企業推動的車間通信長期演進(LTE-V)系統。隨著工業物聯網技術在車輛網絡中的快速發展，車輛與車輛、車輛與行人、車輛與基礎設施單元之間的數據交換越來越頻繁。車載網絡面臨著可靠性和實時性要求高的巨大挑戰，無論是DSRC還是LTE-V通信都不能夠滿足現階段車聯網的需求。此外，目前車聯網系統主要為基于enodeB和路邊設施單元(RSU)的異構網絡，RSU作為車輛無線接入點，將車輛和道路等信息上傳至互聯網并發布，這種車與基礎設施的協作通信模型需要大量的RSU支撐，增加了建設成本和能源消耗，同時導致不同無線電設備之間嚴重的干擾。

近年來，UAV由于其在無線通信系統中高移動性、部署方便等特點受到廣泛關注。UAV的典型特征是實現遠距離的視距連接，可隨時為基站覆蓋區域以外的用戶提供無線連接，能夠被用來卸載業務流和減少地面通信系統的干擾。將UAV應用于智能交通系統，作為空中基站輔助車聯網地面通信系統，能夠提高車聯網系統容量和車載應用的質量。

在車聯網中由于大量車輛分布在有限的區域內，頻譜管理變得更加復雜。目前對車聯網的研究主要依賴于集中式模型。在金字塔式的組織結構中，決策權基本由最高級別的中央管理中心控制。由于管理的層級過多，組織內部會消耗大量的通信成本和協調成本，這使得車輛網絡系統管理缺乏靈活性。具體而言，集中式管理模式存在以下缺點：

1)嚴重的網絡擁塞。在車輛擁擠或者車輛網絡中有大量設備接入時，集中式的網絡結構很可能造成中心的網絡擁塞，中央云服務器很容易到達瓶頸甚至癱瘓，或者由于單點故障而破壞整個網絡。另一方面，在基站設備不能充分輻射的偏遠地區，通信系統不能充分發揮其性能。

2)維護費用高，頻譜分配效率低。隨著物聯網、車聯網和人工智能等技術的快速發展，無線電設備的數目將呈指數型增長，集中式頻譜管理系統的數據處理壓力激增。為了滿足海量不同用戶設備的頻譜需求，集中式的頻譜管理系統需要不斷升級設備以保障其用戶的性能，這種方式將導致極大的維護費用。除此之外，車聯網對于端到端時延要求極高，需要維持在1ms以內，這需要集中式的頻譜管理系統提升其頻譜分配效率，然而，無線電數目的激增使得頻譜分配效率愈發難以保障。因此，需要一種更加經濟、高效的頻譜分配方式。

3)日趨復雜的干擾管理。目前，無線通信廣泛應用于室內接入、短距離通信、衛星通信、移動通信以及傳感器網絡等各種通信網絡中。隨著無線電設備的激增和業務類型日趨豐富，無線帶寬難以應對激增的移動數據流量需求。為此，運營商普遍采用增加基礎設施(如基站、接入點等)的方法提高頻譜復用率，這種異構分層的網絡結構將導致不同無線電設備之間嚴重的干擾。對于海量無線電設備共存且動態變化場景的干擾管理將日益復雜，集中式的頻譜管理系統將產生極大的系統開銷，用戶的性能需求也愈發難以保障。