CN110334897A - 一种基于区块链奖励机制的无人机搜寻装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链奖励机制的无人机搜寻装置及方法，用于在移动边缘计算范式中部署无人机搜寻策略，装置包括：奖励模块，通过边缘服务器以及微基站进行部署，用于无人机搜寻策略的算法驱动以及资源优化；无人机模块，包含无人机主体、无人机控制信号接收端，负责无人机控制信号的接收以及无人机动作的执行；无人机控制模块，包含无人机控制系统、无人机控制信号发送端，负责在无人机主体的策略控制以及所优化的算法的执行与发送。通过将无人机搜寻与区块链技术相结合，通过奖励机制驱动无人机搜寻策略，使得无人机搜寻数据安全性提升到最优；将最优化资源配置与无人机搜寻相结合，能够大幅度提升搜寻作业的效率与优化资源配置。

Description

一种基于区块链奖励机制的无人机搜寻装置及方法

技术领域

本发明涉及无人机搜寻领域，具体涉及到一种基于区块链奖励机制的无人机搜寻装置及方法，用于无人机资源优化。

背景技术

随着无人机在军工、航空等领域的进一步普及与应用，以及计算机与信息处理技术、新材料与加工技术、传感器与图像处理技术、控制技术、人工智能等的快速发展，无人机的集成化程度越来越高，无人机也被广泛在应用搜寻、巡逻、攻击、交通监视、航拍、速递等军事方面。对搜寻领域来说，无人机服务的商品化已成为当前的发展趋势。

面对日益复杂的应用环境和多样化的需求，无人机受其自身软硬件条件的限制，仍有某些局限性：对单架无人机而言，其自身的能耗、重量和尺寸起着重要的限制作用，无法执行持续有力的搜寻力度；受机载传感器以及通信设备的限制，单架无人机也无法实现对任务区域的多维度、大范围覆盖；在执行高精确度任务时，单架无人机可能因为自身故障而失效，从而导致任务系统容错性不足。然而，随着无人机的民用化，无人机提供商所执行任务的策略制定包含更多的决定因素，如任务难度、派出数量、奖励与能耗等。同时无人机群的指挥调度过程中，需要对任务执行效能或代价进行量化评估，涉及任务难度、搜寻代价、搜寻范围、搜寻能耗等因素，进一步加大了任务规划问题的强耦合特性。

近年来，区块链以其分布式、不可篡改、可追溯性、透明度高等特点已经从最初的电子货币发展为更加广泛的物联网应用模型，如智慧医疗、智慧城市、智慧电网、智能交通等。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于区块链奖励机制的无人机搜寻装置及方法，本发明通过将无人机与区块链技术相结合，通过奖励机制驱动无人机搜寻策略，使得无人机搜寻数据安全性提升到最优，将最优化资源配置与无人机搜寻相结合，能够大幅度提升搜寻作业的效率与优化资源配置。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种基于区块链奖励机制的无人机搜寻装置，其特征在于，包括：

奖励模块，通过边缘服务器以及微基站进行部署，以智能合约方式被写入区块链内部数据库以保证运行，用于无人机搜寻策略的算法驱动以及资源优化；

无人机模块，包含无人机主体、无人机控制信号接收端，负责无人机控制信号的接收以及无人机动作的执行；

无人机控制模块，包含无人机控制系统、无人机控制信号发送端，负责在无人机主体的策略控制以及所优化的算法的执行与发送；

通过控制系统实现奖励模块、所述无人机模块以及所述无人机控制模块以执行搜寻任务；

其中，无人机控制信号接收端接收来自无人机控制系统的控制信号，根据控制信号执行所设定的动作；当执行搜寻任务时，通过无人机主体进行目标搜寻，利用机器视觉、激光雷达手段对待搜寻目标执行搜寻任务；当搜寻任务完成时，向无人机控制系统返回其状态，并等待下一步操作；

无人机控制系统当接收到搜寻任务时，在区块链网络执行任务的有效性验证之后，向区块链内的用户进行任务发布；用户根据其搜寻任务奖励、搜寻成功的概率以及资源消耗，合理选择其无人机搜寻策略；无人机控制策略将传递给无人机控制系统，无人机控制系统通过无人机控制信号发送端来部署搜寻任务，实现无人机的自主搜寻；当搜寻任务完成时，无人机向控制系统发送反馈信号，并等待；根据用户发布的搜寻任务执行下一步操作。

上述技术方案中，所述奖励模块通过结合区块链奖励机制与无人机控制模块的控制策略，通过奖励对任务执行的有效性、安全性与高效性进行驱动保证。

上述技术方案中，任务通过区块链分布式记账方式进行数据交易，在所用用户节点进行交易副本的保存，使得用户的交易数据与隐私数据得到保护，使系统安全性得到提高，并且由于区块链网络内交易不需要第三方作为媒介，在保证交易安全有效性之外还将交易延时缩减到最短。

本发明提供了一种基于区块链奖励机制的无人机搜寻方法，根据上述的无人机搜寻装置实现的，包括以下步骤：

1)当网络中用户有搜寻需求时，向移动边缘服务器中部署的区块链发布其搜寻任务，同时提交其任务难度及奖励；

2)当接收到搜寻任务，通过区块链模型的参与节点对任务进行可靠性验证；

3)当所发布任务的可靠性得到验证，区块链网络开始进行工作，区块链中的无人机所有者开始派出无人机搜寻；

4)通过无人机进行信息的采集与预处理以及关键信息的提取，对信息进行优先级筛选，低级别信息直接在无人机端进行处理，并将高级别信息卸载到边缘服务器进行处理；

5)当某一无人机成功搜寻到目标物时，立即将其坐标信息、目标特征等信息至区块链网络并进行验证；

6)当验证成功时，新的区块生成，搜寻任务完成，达成共识；

7)达成共识后，无人机获得奖励，将结果返回至用户。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)通过区块链激励机制驱动无人机所有者与用户之间的任务执行，并且通过加密算法保证数据的安全性与可靠性

2)无人机提供商根据资源优化算法，能够根据参考信息(任务难度，包含目标物识别难度、搜寻范围等)设计最优的搜寻方案；

3)充分结合无线异构网络以及无人机网络的特点，融入排队论、能量收集等算法，构造计算任务卸载模型，通过理论分析与计算，得到优化的数学表达式，设计解决模型的有效算法，能有效且高效的处理搜寻任务；

4)在研究无人机网络时，将无人机网络链路变化快的特点进行合理准确的数学化模型化，最大可能的减少损耗，绿色环保；

5)相对于集中式的云计算处理结构而言，利用在移动边缘网络低延时、处理速度快、优化带宽以及分布式等特点，通过部署区块链结构以实现任务的有效执行与安全性保证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它附图。

图1为本发明的无人机搜寻系统示意图；

图2为本发明的无人机搜寻路线图；

其中，1-奖励模块，11-边缘服务器，12-微基站；2-无人机模块，21-无人机主体，22-无人机控制信号接收端；3-无人机控制模块，31-无人机控制系统，32-无人机控制信号发送端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1，图1明确地示出本发明，即所述的基于区块链奖励机制的无人机搜寻方法的系统简要示意图，该系统包括以下模块：奖励模块1、无人机模块2以及无人机控制模块3。

首先，参照图1，奖励模块1以集成的算法形式部署在边缘网络，主要通过边缘服务器11以及微基站12进行部署，以智能合约方式被写入区块链内部数据库以保证其运行。当用户发布搜寻任务时，首先通过区块链进行任务有效性的验证，当验证成功后，区块链网络向整个网络公布其搜寻任务，将其以新的块生成的方式进行用户与用户之间的交易；在不需要第三方媒介的情况下，通过非对称加密算法进行任务关键数据的加密解密操作，根据SHA256算法来进行工作量证明问题(PoW)的求解；当计算出正确的解时，用户将其发布于整个区块链网络；然后验证节点参与验证新的解决方案的有效性；一旦验证成功，计算成功的用户将会通过奖励机制驱动获得奖励。且该部分奖励主要包括固定奖励与可变奖励。固定奖励主要来源于新的块生成时，而可变奖励来自块内所包含的数据量。并且奖励主要来自块内的交易费用。通过区块链奖励机制进行搜寻任务的部署，使任务搜寻透明化程度更高，并且增强其可追溯性。

无人机模块2主要包含无人机主体21、无人机控制信号接收端22。该部分在无人机搜寻系统中主要行使执行机构的功能，其主要工作机制为：首先，无人机控制信号接收端接收来自无人机控制系统的控制信号，根据控制信号执行所设定的动作；随后，当执行搜寻任务时，通过无人机主体进行目标搜寻，主要利用机器视觉、激光雷达等手段对待搜寻目标进行搜寻；当搜寻任务完成时，向无人机控制系统返回其状态，并等待下一步操作。

无人机控制模块3主要包含无人机控制系统31、无人机控制信号发送端32，主要负责在无人机主题的策略控制以及所优化的算法的执行与发送，且主要部署在微基站，信号以微基站发送与接收，实现信号指令的传送。当接收到搜寻任务时，在区块链网络执行任务的有效性验证之后；无人机控制系统向区块链内的用户进行任务发布；用户根据其搜寻任务奖励、搜寻成功的概率以及资源消耗，合理选择其无人机搜寻策略；此时无人机控制策略将传递给无人机控制系统，控制系统通过无人机控制信号发送端来部署搜寻任务，实现无人机的自主搜寻；当搜寻任务完成时，无人机向控制系统发送反馈信号，并等待下一步；随后，根据用户发布的搜寻任务执行下一步操作。通过区块链部署用户之间的搜寻任务，能极大优化无人机的群体搜寻能耗，并缩短任务反应时长。

本发明的无人机搜寻方法基于区块链结构进行部署，无人机搜寻时天然的分布式与区块链的分布式结构构成双重意义上的网络拓扑与节点拓扑，更能满足无人机自身计算能力薄弱的特点，充分利用其空置资源与带宽。

本发明通过在局部网络范围内，通过微基站进行部署，并进行数据通信，边缘服务器负责存储或处理敏感度级别较高的数据，实现数据的有效卸载，降低传统的将所有数据只在云端处理的复杂度。

本发明的无人机搜寻方法基于区块链奖励机制进行网络驱动，通过奖励来激励任务的快速高效执行。一方面，使费用、利润公开化；另一方面，使能耗降到最低，避免不同用户、不同无人机的策略干扰，减少不必要的资源消耗。

本发明的无人机搜寻方法通过区块链这种分布式记账技术进行数据交易，在所用用户节点进行交易副本的保存，使得用户的交易数据与隐私数据得到保护，使系统安全性得到提高，并且由于区块链网络内交易不需要第三方作为媒介，在保证交易安全有效性之外还能将交易延时缩减到最短。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种基于区块链奖励机制的无人机搜寻装置，其特征在于，包括：

奖励模块，通过边缘服务器以及微基站进行部署，以智能合约方式被写入区块链内部数据库以保证运行，用于无人机搜寻策略的算法驱动以及资源优化；

无人机模块，包含无人机主体、无人机控制信号接收端，负责无人机控制信号的接收以及无人机动作的执行；

无人机控制模块，包含无人机控制系统、无人机控制信号发送端，负责在无人机主体的策略控制以及所优化的算法的执行与发送；

通过无人机控制系统实现所述奖励模块、无线连接所述无人机模块以及所述无人机控制模块以执行搜寻任务；

其中，无人机控制信号接收端接收来自无人机控制系统的控制信号，根据控制信号执行所设定的动作；当执行搜寻任务时，通过无人机主体进行目标搜寻，利用机器视觉、激光雷达手段对待搜寻目标执行搜寻任务；当搜寻任务完成时，向无人机控制系统返回其状态，并等待下一步操作；

无人机控制系统当接收到搜寻任务时，在区块链网络执行任务的有效性验证之后，向区块链内的用户进行任务发布；用户根据其搜寻任务奖励、搜寻成功的概率以及资源消耗，合理选择其无人机搜寻策略；无人机控制策略将传递给无人机控制系统，无人机控制系统通过无人机控制信号发送端来部署搜寻任务，实现无人机的自主搜寻；当搜寻任务完成时，无人机向控制系统发送反馈信号，并等待；根据用户发布的搜寻任务执行下一步操作。

2.根据权利要求1所述的基于区块链奖励机制的无人机搜寻装置，其特征在于，所述奖励模块通过结合区块链奖励机制与无人机控制模块的控制策略，通过奖励对任务执行的有效性、安全性与高效性进行驱动保证。

3.根据权利要求1所述的基于区块链奖励机制的无人机搜寻装置，其特征在于，任务通过区块链分布式记账方式进行数据交易，在所用用户节点进行交易副本的保存，使得用户的交易数据与隐私数据得到保护，使系统安全性得到提高，并且由于区块链网络内交易不需要第三方作为媒介，在保证交易安全有效性之外还将交易延时缩减到最短。

4.一种基于区块链奖励机制的无人机搜寻方法，根据权利要求1-3任一项所述的无人机搜寻装置实现的，包括以下步骤：

1)当网络中用户有搜寻需求时，向移动边缘服务器中部署的区块链发布其搜寻任务，同时提交其任务难度及奖励；

2)当接收到搜寻任务，通过区块链模型的参与节点对任务进行可靠性验证；

3)当所发布任务的可靠性得到验证，区块链网络开始进行工作，区块链中的无人机所有者开始派出无人机搜寻；

4)通过无人机进行信息的采集与预处理以及关键信息的提取，对信息进行优先级筛选，低级别信息直接在无人机端进行处理，并将高级别信息卸载到边缘服务器进行处理；

5)当某一无人机成功搜寻到目标物时，立即将其坐标信息、目标特征信息至区块链网络并进行验证；

6)当验证成功时，新的区块生成，搜寻任务完成，达成共识；

7)达成共识后，无人机获得奖励，将结果返回至用户。