一种基于联盟链的群智频谱感知方法、系统和存储装置

技术领域

本发明属于区块链技术领域，尤其涉及一种基于联盟链的群智频谱感知方法、系统和存储装置。

背景技术

无线通信技术的飞速发展引起无线设备剧增，使得无线频谱资源十分稀缺。目前频谱资源采用固定的分配方式进行授权，因此频谱利用效率很低，且极度不平衡，认知无线电系统应运而生。认知无线电可以感知系统环境，寻找空闲的频谱，并进行动态的频谱分配，这样可以有效地提高频谱利用效率。认知无线电实现的前提在于频谱感知技术，单节点感知，受阴影效应和深度衰落影响较大，感知结果不可靠，因此需要多个节点协作感知来提高检测可靠性。

群智感知是结合众包思想和移动设备感知能力的一种新的数据获取模式。群智感知是指通过人们已有的移动设备形成交互式的、参与式的感知网络，并将感知任务发布给网络中的个体或群体来完成，从而帮助专业人员或公众收集数据、分析信息和共享知识。系统架构包括服务器平台、数据使用者和任务参与者。传统的群智感知系统大多采用集中式的架构，单点故障和恶意攻击等影响着群智感知系统的可靠性和安全性，同时群智感知系统还面临着节点伪造数据、感知节点隐私泄露的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于联盟链的群智频谱感知方法、系统和存储装置，可解决传统群智感知系统中存在单点故障、恶意攻击以及面临节点伪造数据、感知节点隐私泄露的问题。

第一方面，本发明提供一种基于联盟链的群智频谱感知方法，包括：

注册加入联盟链的节点身份信息，所述节点包括感知任务请求者、感知用户和基站；

获取感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务，所述感知任务包括任务要求、任务报酬、任务押金和感知任务请求者的签名；

获取感知用户对感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务的响应信息，所述响应信息包括想要执行的任务、可完成的感知任务量、完成感知任务的期望价格、感知用户的数字证书和签名；

根据感知用户的响应信息，分配感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务至响应的感知用户；

获取已分配感知任务的感知用户收集的频谱数据；

根据已分配感知任务的感知用户收集的频谱数据，生成感知结果；

验证感知结果的质量，得到质量验证结果；

根据质量验证结果，计算相应感知用户的奖励，得到交易信息；

将交易信息形成区块并添加至联盟链中。

进一步地，所述注册加入联盟链的节点身份信息，所述节点包括感知任务请求者、感知用户和基站，包括：

生成感知任务请求者或感知用户的公私密钥对和钱包地址，得到注册信息；

将感知任务请求者或感知用户的公钥和身份信息发送至可信身份认证机构；

可信身份认证机构验证感知任务请求者或感知用户的身份信息有效后，将注册信息添加至联盟链，同时生成数字证书并发送至感知任务请求者或感知用户。

进一步地，所述获取感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务，所述感知任务包括任务要求、任务报酬、任务押金和感知任务请求者的签名之前，还包括：

获取感知任务请求者在联盟链上预先设定的合约，所述合约以函数的形式来规定选择感知用户选择的方法、奖励感知用户的方法、验证感知结果的质量的方法。

进一步地，所述根据感知用户的响应信息，分配感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务至响应的感知用户，包括：

验证响应的感知用户的数字证书和身份信息；

验证通过后，根据合约规定的选择感知用户选择的方法，分配感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务至响应的感知用户。

第二方面，本发明提供一种基于联盟链的群智频谱感知系统，包括：

节点注册模块，用于注册加入联盟链的节点身份信息，所述节点包括感知任务请求者、感知用户和基站；

第一获取模块，用于获取感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务，所述感知任务包括任务要求、任务报酬、任务押金和感知任务请求者的签名；

第二获取模块，用于获取感知用户对感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务的响应信息，所述响应信息包括想要执行的任务、可完成的感知任务量、完成感知任务的期望价格、感知用户的数字证书和签名；

任务分配模块，用于根据感知用户的响应信息，分配感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务至响应的感知用户；

第三获取模块，用于获取已分配感知任务的感知用户收集的频谱数据；

感知结果生成模块，用于根据已分配感知任务的感知用户收集的频谱数据，生成感知结果；

感知结果验证模块，用于验证感知结果的质量，得到质量验证结果；

计算模块，用于根据质量验证结果，计算相应感知用户的奖励，得到交易信息；

记账模块，用于将交易信息形成区块并添加至联盟链中。

进一步地，所述节点注册模块包括：

生成单元，用于生成感知任务请求者或感知用户的公私密钥对和钱包地址，得到注册信息；

发送单元，用于将感知任务请求者或感知用户的公钥和身份信息发送至可信身份认证机构；

注册信息添加单元，用于可信身份认证机构验证感知任务请求者或感知用户的身份信息有效后，将注册信息添加至联盟链，同时生成数字证书并发送至感知任务请求者或感知用户。

进一步地，所述群智频谱感知系统还包括：

第四获取模块，用于获取感知任务请求者在联盟链上预先设定的合约，所述合约以函数的形式来规定选择感知用户选择的方法、奖励感知用户的方法、验证感知结果的质量的方法。

进一步地，所述任务分配模块包括：

验证单元，用于验证响应的感知用户的数字证书和身份信息；

任务分配单元，用于验证通过后，根据合约规定的选择感知用户选择的方法，分配感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务至响应的感知用户。

第三方面，本发明提供一种存储装置，用于存储权第一方面所述的节点身份信息和交易信息。

本发明提供一种基于联盟链的群智频谱感知方法、系统和存储装置。本发明将区块链技术和群智感知相结合，利用区块链分布式的特性解决传统集中式架构的群智感知系统存在的可靠性、安全性、伪造数据和感知节点隐私泄露问题。同时，采用合约处理来自感知任务请求者和感知用户的请求，更新感知任务的状态，使感知任务在没有人为干预的情况下安全地执行，确保感知过程地可靠性。此外，所有的交易信息都记录在联盟链上，由联盟链的所有授权节点验证和备份，不可更改和抵赖。区块链技术的引入保证本发明技术方案中群智感知过程公开透明、安全可靠，在完成群智频谱感知的同时，保护了感知任务请求者和感知用户的隐私。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于联盟链的群智频谱感知方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于联盟链的群智频谱感知系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于联盟链的群智频谱感知方法中联盟链节点组成图；

图4为本发明实施例提供的一种基于联盟链的群智频谱感知方法的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如背景技术中所述，现有技术中，群智感知是指通过人们已有的移动设备形成交互式的、参与式的感知网络，并将感知任务发布给网络中的个体或群体来完成，从而帮助专业人员或公众收集数据、分析信息和共享知识。系统架构包括服务器平台、数据使用者和任务参与者。传统的群智感知系统大多采用集中式的架构，单点故障和恶意攻击等影响着系统的可靠性和安全性，同时系统还面临着节点伪造数据、感知节点隐私泄露的问题。

因此，为了解决上述问题，本发明实施例部分提供了一种基于联盟链的群智频谱感知方法。参见图4，图4为本发明提供的一种基于联盟链的群智频谱感知方法的结构示意图。

具体的，参见图1，所述基于联盟链的群智频谱感知方法包括以下步骤：

步骤S101，注册加入联盟链的节点身份信息，所述节点包括感知任务请求者、感知用户和基站。

频谱感知任务请求者，需要收集大规模的频谱数据，通过发布感知任务来招募感知用户为其工作，并给予感知用户奖励。感知任务请求者属于联盟链中的普通节点，没有记账权，不需要参与同步和维护区块链。感知用户是频谱数据的提供者，通过完成感知任务请求者发布的感知任务获得奖励。感知用户在联盟链中注册后可以进入系统接收感知任务，同样属于普通节点，没有记账权。联盟链网络是系统运行的基础，感知任务的相关状态、感知任务请求者与感知用户间的交易都将被记录到联盟链上。整个联盟链账本由所有的授权节点共同备份和更新。本发明实施例中采用联盟链架构，一方面保证联盟链节点的可管可控，另一方面联盟链支持高效的共识机制，为群智频谱感知的实现提供支撑条件。如图3所示，联盟链的授权节点可由基站组成，基站负责收集交易记录，验证数据完整性，同步整个联盟链账本，并负责构建新的区块和维护整个联盟链的运行。

本步骤中，首先生成感知任务请求者或感知用户的公私密钥对和钱包地址，得到注册信息；然后将感知任务请求者或感知用户的公钥和身份信息发送至可信身份认证机构；可信身份认证机构验证感知任务请求者或感知用户的身份信息有效后，将注册信息添加至联盟链，同时生成数字证书并发送至感知任务请求者或感知用户。数字证书可以作为感知任务请求者或感知用户在联盟链中的通行证，联盟链中其他节点可以通过数字证书来验证感知任务请求者或感知用户身份的合法性。

感知任务请求者和感知用户均需要向身份认证机构进行注册，在身份信息认证通过后方可加入联盟链。身份认证可以防止恶意节点进入联盟链，同时便于感知任务请求者和感知用户参与群智感知的过程。身份认证的目的主要是为了确认节点的真实身份，便于对感知任务请求者和感知用户进行监管，防止恶意行为的产生。在节点出现违法违规行为时，进行惩处。

步骤S102，获取感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务，所述感知任务包括任务要求、任务报酬、任务押金和感知任务请求者的签名。

在本步骤之前，还包括获取感知任务请求者在联盟链上预先设定的合约，所述合约以函数的形式来规定选择感知用户选择的方法、奖励感知用户的方法、验证感知结果的质量的方法。

本步骤中，感知任务请求者的任务请求将调用预先设定的合约，任务请求发布成功后，感知任务请求者和感知用户均可以通过合约来查询感知任务的状态。

步骤S103，获取感知用户对感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务的响应信息，所述响应信息包括想要执行的任务、可完成的感知任务量、完成感知任务的期望价格、感知用户的数字证书和签名。

本步骤中，感知用户在收到感知任务消息后，感知用户结合自身情况，根据感知任务的要求、任务量以及奖励决定是否参加任务。如果愿意参加任务，感知用户回复一条响应信息，包括想要执行的任务、可完成的感知任务量、完成感知任务的期望价格、感知用户的数字证书和签名。

步骤S104，根据感知用户的响应信息，分配感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务至响应的感知用户。

本步骤中，在收到来自感知用户的响应信息后，验证响应的感知用户的数字证书和身份信息；验证通过后，根据合约规定的选择感知用户选择的方法，分配感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务至响应的感知用户。

步骤S105，获取已分配感知任务的感知用户收集的频谱数据。

本步骤中，如果感知用户被选中，在收到选择结果消息后，感知用户查看自己需要完成的任务，然后按照相应的任务要求，去执行感知任务，收集频谱数据。

步骤S106，根据已分配感知任务的感知用户收集的频谱数据，生成感知结果。

本步骤中，感知用户上传数据处理后的频谱感知结果，或者是频谱数据的数据摘要。上传时，感知用户使用私钥对感知结果签名，并用感知任务请求者的公钥对其进行加密，保证感知结果的安全。同时，感知用户将感知结果摘要信息上传到联盟链存证。

步骤S107，验证感知结果的质量，得到质量验证结果。

本步骤中，根据合约规定的感知结果的质量验证方式，去验证感知结果的质量，得到质量验证结果。

步骤S108，根据质量验证结果，计算相应感知用户的奖励，得到交易信息。

本步骤中，感知用户执行任务获得的奖励与其上传的感知结果的质量挂钩，合约根据质量验证结果，按照任务的奖励方法发放给感知用户相应的奖励。任务的奖励方法由感知任务请求者制定并写入到任务请求中。感知任务请求者可以综合考虑数据质量、收益、成本等多种因素来制定最优的任务奖励方法。

步骤S109，将交易信息形成区块并添加至联盟链中。

本步骤中，感知任务请求者将上述交易信息发送给联盟链的记账节点，联盟链中选定的记账节点把一段时间内所有的有效交易打包到新的区块中，发送给联盟链其他授权节点。在授权节点执行共识协议后，这个新的区块将被添加到联盟链上。所有授权节点都会同步联盟链来进行联盟链账本的备份，维护联盟链的运行。

如图2所示，本发明实施例还提供一种基于联盟链的群智频谱感知系统，包括：

节点注册模块100，用于注册加入联盟链的节点身份信息，所述节点包括感知任务请求者、感知用户和基站；

第一获取模块200，用于获取感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务，所述感知任务包括任务要求、任务报酬、任务押金和感知任务请求者的签名；

第二获取模块300，用于获取感知用户对感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务的响应信息，所述响应信息包括想要执行的任务、可完成的感知任务量、完成感知任务的期望价格、感知用户的数字证书和签名；

任务分配模块400，用于根据感知用户的响应信息，分配感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务至响应的感知用户；

第三获取模块500，用于获取已分配感知任务的感知用户收集的频谱数据；

感知结果生成模块600，用于根据已分配感知任务的感知用户收集的频谱数据，生成感知结果；

感知结果验证模块700，用于验证感知结果的质量，得到质量验证结果；

计算模块800，用于根据质量验证结果，计算相应感知用户的奖励，得到交易信息；

记账模块900，用于将交易信息形成区块并添加至联盟链中。

可选的，所述节点注册模块包括：

生成单元，用于生成感知任务请求者或感知用户的公私密钥对和钱包地址，得到注册信息；

发送单元，用于将感知任务请求者或感知用户的公钥和身份信息发送至可信身份认证机构；

注册信息添加单元，用于可信身份认证机构验证感知任务请求者或感知用户的身份信息有效后，将注册信息添加至联盟链，同时生成数字证书并发送至感知任务请求者或感知用户。

可选的，所述群智频谱感知系统还包括：

第四获取模块，用于获取感知任务请求者在联盟链上预先设定的合约，所述合约以函数的形式来规定选择感知用户选择的方法、奖励感知用户的方法、验证感知结果的质量的方法。

可选的，所述任务分配模块包括：

验证单元，用于验证响应的感知用户的数字证书和身份信息；

任务分配单元，用于验证通过后，根据合约规定的选择感知用户选择的方法，分配感知任务请求者在联盟链上发布的感知任务至响应的感知用户。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

基于本发明前述的一种基于联盟链的群智频谱感知方法，本发明还提供了一种存储装置，用于存储方法实施例中所述的节点身份信息和交易信息。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。