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专利号: 2020111290709
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于车联网架构的区块链网络的性能计算方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

S1、将车联网架构中的移动车载单元作为轻节点,固定路边单元作为共识节点构建出双层结构的区块链网络;

S2、采用排队模型对轻节点产生的交易投递到共识节点的排队过程进行建模,通过马尔科夫链模型求解出交易投递的服务过程的稳态概率;

S3、在稳态概率的基础上通过概率母函数求得交易投递的服务时间分布,在所述服务时间分布下利用P‑K公式求取出轻节点的平均服务时间和平均排队时间;

S4、判断负载是否饱和,如果饱和则进入步骤S5,否则返回步骤S2继续迭代,得到轻节点进行交易投递的平均投递时延和平均投递效率;

S5、轻节点产生的交易到达共识节点后被打包成区块,按照tangle共识机制,所述共识节点对所述区块进行分布式账本的验证、记录和转发;

S6、利用随机理论求得区块链交易的平均验证时延和网络的平均吞吐量。

2.根据权利要求1所述的一种基于车联网架构的区块链网络的性能计算方法,其特征在于,所述双层结构的区块链网络包括轻节点通过无线传输协议将交易投递至所述共识节点,所述共识节点之间通过有线接入构建出区块链网络。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于车联网架构的区块链网络的性能计算方法,其特征在于,所述区块链网络中,轻节点的数量服从参数为2βLs的泊松分布,轻节点的交易到达率服从参数为λ的泊松分布;其中,β为轻节点的单位里程密度;Ls表示所有节点的载波侦听覆盖区域,由无线传输协议决定;λ表示每一个区块链轻节点的交易产生是服从一个泊松分布。

4.根据权利要求1所述的一种基于车联网架构的区块链网络的性能计算方法,其特征在于,所述步骤S2包括轻节点产生的交易到达MAC层缓存队列排队等待服务,建模成M/G/1排队模型;通过CSMA/CA退避机制获得信道的使用权进行投递服务,将退避过程作为排队模型的服务过程:投递交易时,根据退避机制判断无线信道是否空闲,若退避计数器在每一个时隙检查到无线信道空闲时则减1,否则保持暂停;当所述退避计数器减为0时所述轻节点向所述共识节点发送数据包,若发送数据包时发生碰撞,则进入下一次退避阶段;将所述退避阶段建模为一个马尔科夫过程,并通过马尔科夫链模型求解出服务过程的稳态概率。

5.根据权利要求1所述的一种基于车联网架构的区块链网络的性能计算方法,其特征在于,所述在稳态概率的基础上通过概率母函数求得交易投递的服务时间分布包括按照稳态概率时的参数,通过概率母函数来逼近服务时间分布,表示为:其中, Q(z)表示Z变换域下的服务时间的分布概率;qi表示为服务时间的分布概率,i表示时隙;P表示退避计数器到0再次侦听到信道繁忙并进入重传的概率;

表示发送过程中产生冲突导致传输失败的时间分布传递函数,Tc表示在单播中发生碰撞的时延;Pm表示轻节点发送的数据包由于冲突和误码而导致传输失败并进入下一次重传的概率; 是交易由于误码造成传输失败的时间分布函数,Te表示在单播中传输误码的时延,Ts表示在单播中传输成功的时延; 表示对重传的次数进行取整操作; 是数据包传输成功的时间分布传递函数;W0表示退避窗口的大小;

是竞争信道的退避过程所占用时间分布的传递函数,Ptr表示在发送轻节点的载波侦听范围内,至少有一个轻节点发送数据包的概率,σ表示一个随机时隙。

6.根据权利要求5所述的一种基于车联网架构的区块链网络的性能计算方法,其特征在于,所述在所述服务时间分布下利用P‑K公式求取出轻节点的平均服务时间和平均排队时间包括对Z变换域下的服务时间的分布概率解微分求解出非饱和情况下的平均服务时间E[Tst];利用P‑K表达式求解出缓存队列未满的非饱和情况下轻节点的平均排队时间E[Tq]。

7.根据权利要求6所述的一种基于车联网架构的区块链网络的性能计算方法,其特征在于,所述利用P‑K表达式求解出缓存队列未满的非饱和情况下轻节点的平均排队时间的计算公式表示为:

其中,ρ排队系统的服务强度,Q”(z)表示Z变换域下的服务时间的分布概率的二次微分。

8.根据权利要求1所述的一种基于车联网架构的区块链网络的性能计算方法,其特征在于,步骤S4中,所述轻节点进行交易投递的平均投递时延为轻节点的平均服务时间与平均排队时间之和;所述平均投递效率为交易投递数除以平均服务时间。

9.根据权利要求1所述的一种基于车联网架构的区块链网络的性能计算方法,其特征在于,所述步骤S6中,计算平均验证时延的方法包括按照步骤S4的平均投递效率,按照所述平均投递效率划分出高负载和低负载情况;对不同负载情况分别计算出区块链交易验证的验证时延;

在低负载情况下,交易的验证时延表示为:其中,λ'l表示低负载时的交易到达率;W表示交易的累计权重值;适应期与线性期的临界点为(Ta,W(Ta));D表示共识节点广播一次交易的时间;Nc为所有共识节点RSU的数量;ω表示每一个交易的权重值;

在高负载情况下,交易的验证时延表示为:其中,λ'h表示高负载时的交易到达率;W表示交易的累计权重值;适应期与线性期的临界点为(Ta,W(Ta));D表示共识节点广播一次交易的时间;Nc为所有共识节点RSU的数量;ω表示每一个交易的权重值。

10.根据权利要求1所述的一种基于车联网架构的区块链网络的性能计算方法,其特征在于,按照信道容量和投递效率,计算出区块链网络的平均吞吐量,表示为β为轻节点的单位里程密度;Ls表示所有节点的载波侦听覆盖区域;Nc为所有共识节点RSU的数量;λ为轻节点的交易到达率的服从参数;m表示一次无线传输的交易的最大个数;E[Tst]表示非饱和情况下的平均服务时间;ρ排队系统的服务强度。