CN114567366B - 基于区块链的车载卫星通信资源共享方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的车载卫星通信资源共享系统和方法，由若干个车载卫星地面站和地面管理中心系统组成；地面管理中心系统记录每个车载卫星地面站的服务标识，并在区块链管理系统中完成入网认证；收集车载卫星地面站的业务统计信息；基于区块链智能合约机制计算各车载卫星地面站的积分；每个车载卫星地面站对其他车载卫星地面站的所述积分进行比对，数据统一后，在全部车载卫星地面站间进行同步。本发明优点在于构建了一种去中心化的共享车载卫星地面站生态系统，从根本上杜绝了中心化信息篡改的可能和信息不透明的问题，使共享行为数据得到众多卫星通信地面站服务的提供者充分信任，也有效降低网络管理的建设和运维成本。

Description

基于区块链的车载卫星通信资源共享方法
技术领域
本发明涉及车载卫星通讯领域，尤其是涉及基于区块链的车载卫星通信资源共享系统和方法。
背景技术
卫星通信具有覆盖区域大，通信距离远的优点。在地面通信（如2 G 、3 G 、4 G 、5G通信）、光纤通信等无法企及的区域，卫星通信是唯一的通信手段；或当突发地震、洪水等事件时，公众通信网络可能会受到毁灭性损害，造成通信瘫痪。采用卫星通信是解决突发性通信瘫痪的有效手段。但由于卫星距地面远，普通的电脑、手机信号功率小，因此需设置专用的卫星地面通信设施，即卫星地面站。不过卫星地面站价格较贵，大部分用户难以承受。
为了降低卫星地面站的建设成本，已经出现了共享卫星地面站的模式，即一社会人（单位）建设/购置，多人共享使用，即社会化建设共享模式。但目前所有的地面站建设都是由卫星运营商开展的“中心化”建设和运营模式，流量的计量和计费都是由卫星运营商完成的，虽然卫星运营商可以制订一些佣金模式，根据卫星通信地面站服务者（资源贡献者）的贡献度，计取积分，并据此提供补贴，但由于车载卫星地面站的资源贡献者没有办法了解自己提供服务的流量、使用者的数量、使用的时段等情况，无法对自己提供的共享网络资源服务进行计量，抑制了人们共享网络资源的积极性，更难以保障提供共享卫星通信地面站的服务质量。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于区块链的车载卫星通信资源共享系统，本发明的另一目的在于提供一种基于区块链的车载卫星通信资源共享方法。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的基于区块链的车载卫星通信资源共享系统，由若干个车载卫星地面站和地面管理中心系统组成；所述车载卫星地面站由网元模块和区块链模块组成；所述地面管理中心系统中设置有区块链管理系统；
其中，地面管理中心系统和车载卫星地面站中所述网元模块用于车载卫星通信管理；
所述区块链模块用于完成车载卫星地面站在所述区块链管理系统中的入网认证，收集车载卫星地面站的业务统计信息，并在若干个车载卫星地面站之间建立区块通道；所述区块链管理系统用于验证和授权车载卫星地面站的区块链模块。
所述区块链模块包括出厂模块、发放模块、激活模块；且在出厂时赋予唯一的产品ID，以及一对产品公钥和产品私钥。
本发明所述的基于区块链的车载卫星通信资源共享方法，包括以下步骤：
S1，在地面管理中心系统中记录每个车载卫星地面站的服务标识，并在区块链管理系统中完成车载卫星地面站的入网认证；
S2，收集所述车载卫星地面站的业务统计信息，采用区块链共识机制将业务统计信息发送给其他车载卫星地面站及所述区块链管理系统；
S3，区块链管理系统和各车载卫星地面站根据所述业务统计信息，基于区块链智能合约机制计算各车载卫星地面站的积分；
S4，完成计算后，每个车载卫星地面站将计算结果发送给其他车载卫星地面站，每个车载卫星地面站对其他车载卫星地面站的所述积分进行比对，数据统一后，在全部车载卫星地面站间进行同步。
进一步地，S1步中所述服务标识用于识别所述车载卫星地面站的服务运营商、频段、覆盖范围。
进一步地，S1步中通过所述车载卫星地面站中的区块链模块完成所述入网认证；
所述区块链模块包括出厂模块、发放模块、激活模块；且在出厂时赋予唯一的产品ID，以及一对产品公钥和产品私钥；
所述入网认证包括：
区块链模块出厂时，启动所述出厂模块，建立起始区块，形成信息追溯链；
区块链模块在运营商之间流通时启动所述发放模块，将区块链模块的所述产品公钥发给运营商的所述区块链管理系统，由区块链管理系统建立区块，盖上时间戳，加入所述信息追溯链中；
区块链模块在使用时启动所述激活模块，向区块链管理系统发送认证请求，对区块链管理系统反馈的验证码进行解密验证后，将激活信息加入所述信息追溯链中。
进一步地，所述起始区块为所述信息追溯链中的第一个区块，包括所述产品ID和生产信息。
进一步地，所述解密验证，使用椭圆曲线算法对所述验证码进行解密。
进一步地，S2步中所述业务统计信息包括单次流量、单次通话时长、业务开始及结束时间、当前区域特征。
进一步地，S3步中所述积分为：；
其中，加权系数为所述服务标识、单位时段内用户使用次数、通话时长价值系数、流量价值系数、区域活跃特征、时间特征的乘积。
进一步地，S3步中所述积分还将根据车载卫星地面站履约失信情况进行扣罚。
进一步地，所述积分通过积分交易，用于支付佣金或进行实体物品、虚拟物品的消费与兑换；所述积分交易基于区块链的点对点交换机制，包含双方的交易信息和验证信息；所述交易信息包括交易双方的账户和积分的数目；所述验证信息包括上一笔交易的哈希值、支付方的公钥和支付方的私钥生成的数字签名。
本发明优点在于构建了一种去中心化的共享车载卫星地面站生态系统，采用区块链技术，形成结合去中心化的分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型车载卫星地面站应用模式，从根本上杜绝了中心化信息篡改的可能和信息不透明的问题，实现了去中心化的卫星通信地面站信息存储，确保数据的绝对安全和可靠，使共享行为数据得到众多卫星通信地面站服务的提供者充分信任，也有效降低网络管理的建设和运维成本。
附图说明
图1是本发明所述基于区块链的车载卫星通信资源共享系统图。
图2是本发明所述基于区块链的车载卫星通信资源共享方法流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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做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。
如图1所示，本发明所述的基于区块链的车载卫星通信资源共享系统，由若干个车载卫星地面站和地面管理中心系统组成；车载卫星地面站由网元模块和区块链模块组成；地面管理中心系统中设置有区块链管理系统。其中，网元模块向地面管理中心系统认证；区块链模块向区块链管理系统进行认证。地面管理中心系统负责车载卫星地面站的网元及网络功能管理。区块链管理系统负责验证和授权车载卫星地面站的区块链模块，与各个车载卫星地面站的区块链模块建立专用区块通道，实现与各个车载卫星地面站的区块链模块的通信连接。
车载卫星地面站的区块链模块之间同样建立专用区块通道，实现与各个车载卫星地面站的区块链模块的通信连接。区块链模块包括出厂模块、发放模块、激活模块；且在出厂时赋予唯一的产品ID，以及一对产品公钥和产品私钥。
车载卫星地面站每个流量业务或通话业务完成后，车载卫星地面站通过区块链模块将产生的流量或通话信息的业务统计信息（如流量大小、通话时长、业务开始及结束时间、当前区域特征等），传递到其他车载卫星地面站的区块链模块。通过专用区块通道产生的流量不计取流量资费。
如图2所示，本发明所述的基于区块链的车载卫星通信资源共享方法，包括以下步骤：
S1，在地面管理中心系统中记录每个车载卫星地面站的服务标识，并在区块链管理系统中完成车载卫星地面站的入网认证；
车载卫星地面站根据其服务运营商的范围、频段范围、覆盖范围等指标的不同，分为不同的型号和档次。根据这些不同，对车载卫星地面站做相应的标识，称之为“服务标识”。通过服务标识就可以识别出该车载卫星地面站的车载卫星地面站的服务运营商、频段、覆盖范围等信息。在车载卫星地面站入网认证时，车载卫星地面站管理系统还记录每个车载卫星地面站的服务标识。
车载卫星地面站由网元模块和区块链模块组成；区块链模块包括出厂模块、发放模块、激活模块；且在出厂时赋予唯一的产品ID，以及一对产品公钥和产品私钥；区块链模块出厂时，启动所述出厂模块，建立起始区块，形成信息追溯链；
起始区块为信息追溯链中的第一个区块，由生产厂商签名后，盖上时间戳建立，包括所述产品ID和生产信息。
区块链模块在运营商之间流通时启动所述发放模块，将区块链模块的所述产品公钥发给运营商的所述区块链管理系统，由区块链管理系统建立区块，盖上时间戳，加入所述信息追溯链中；
区块链模块在使用时启动所述激活模块，向区块链管理系统发送认证请求，对区块链管理系统反馈的验证码进行解密验证后，将激活信息加入所述信息追溯链中。所述解密验证，通过椭圆曲线算法，使用产品公钥对验证码进行解密。如果验证码是由产品私钥生成的，则激活成功，证明区块链模块为真；
如果验证码不是由产品私钥生成的，则所述激活失败，证明区块链模块为假，不能成为区块链节点。
S2，收集所述车载卫星地面站的业务统计信息，采用区块链共识机制将业务统计信息发送给其他车载卫星地面站及所述区块链管理系统；
业务统计信息包括单次流量、单次通话时长、业务开始及结束时间、当前区域特征。
车载卫星地面站每个流量业务或通话业务完成后，车载卫星地面站通过区块链模块将产生的流量或通话信息的业务统计信息（如流量大小、通话时长、业务开始及结束时间、当前区域特征等），传递到其他车载卫星地面站的区块链模块。通过专用区块通道产生的流量不计取流量资费。
所有车载卫星地面站遵循区块链共识机制，也可称作工作量证明，即各个车载卫星地面站所产生的业务统计信息均记录在区块链中并不断更新，相当于一个业务信息账本，由所有车载卫星地面站共同维护，所有车载卫星地面站都是平等的，都保存着整个业务统计信息账本。
S3，区块链管理系统和各车载卫星地面站根据所述业务统计信息，基于区块链智能合约机制计算各车载卫星地面站的积分；
区块链管理系统根据各车载卫星地面站的业务统计信息定期的计算积分，并分发给所有车载卫星地面站。各车载卫星地面站也通过智能合约以执行代码的方式自主计算自己的积分，车载卫星地面站系统由流量信息到积分的产生完全自动化处理，保证了过程去中心化以及避免了人为因素的干扰，具有防篡改性。
用户和卫星运营商可设置定期计算积分，当执行积分计算时，地面管理中心系统及每个卫星地面站均基于智能合约和业务统计信息计算各地面站的积分，即积分数量由各车载卫星地面站产出的业务统计信息、智能合约和各种系数来决定，由各节点自主运算。
积分计算公式为：；
其中，加权系数为所述服务标识、单位时段内用户使用次数、通话时长价值系数、流量价值系数、区域活跃特征、时间特征的乘积。
服务标识系统是根据其服务运营商的范围、频段范围、覆盖范围等指标的不同，分为不同的型号和档次;
使用次数系数随某单位时段内用户的使用次数，从该用户获得的积分逐渐递减，呈倒数分布，例如：第一次取1，则为1；第二次取2,则为1/2；第三次取3,则为1/3；如此递减。
客户等级越高，通话时长价值系数越高，流量价值系数越高；例如高资费套餐。
区域活跃特征：越偏远，系数越高；
时间特征：卫星系统忙时系数低，系统闲时系数高；
同时由于卫星地面站用户主动断网、断电等主动行为，导致车载卫星地面站不能在线服务，还将根据车载卫星地面站履约失信情况进行扣罚。
S4，完成计算后，每个车载卫星地面站将计算结果发送给其他车载卫星地面站，每个车载卫星地面站对其他车载卫星地面站的所述积分进行比对，数据统一后，在全部车载卫星地面站间进行同步。
完成运算后各车载卫星地面站将全部车载卫星地面站的积分发送给其他车载卫星地面站，每车载卫星地面站均对其他车载卫星地面站的积分进行比对，若有不一致的数据，以同一数据大于车载卫星地面站半数的数据为准，并在全部车载卫星地面站间作同步。
积分通过积分交易，用于支付佣金或进行实体物品、虚拟物品的消费与兑换；积分交易基于区块链的点对点交换机制，包含双方的交易信息和验证信息；交易信息包括交易双方的账户和积分的数目；验证信息包括上一笔交易的哈希值、支付方的公钥和支付方的私钥生成的数字签名。
与中心化的交易平台不同，基于区块链的车载卫星地面站间的积分交易不受单一实体的控制。交易建立在区块链上，并且由车载卫星地面站网络而不是中心化服务器来支持，这意味着攻击者不得不破坏一半支持交换的车载卫星地面站才能控制它，增加了交易的安全性。

Claims (7)

1.一种基于区块链的车载卫星通信资源共享方法，其特征在于：包括由若干个车载卫星地面站和地面管理中心系统组成的基于区块链的车载卫星通信资源共享系统；所述车载卫星地面站由网元模块和区块链模块组成；所述地面管理中心系统中设置有区块链管理系统；
其中，地面管理中心系统和车载卫星地面站中所述网元模块用于车载卫星通信管理；
所述区块链模块用于完成车载卫星地面站在所述区块链管理系统中的入网认证，收集车载卫星地面站的业务统计信息，并在若干个车载卫星地面站之间建立区块通道；
所述区块链管理系统用于验证和授权车载卫星地面站的区块链模块；
所述基于区块链的车载卫星通信资源共享方法包括以下步骤：
S1，在地面管理中心系统中记录每个车载卫星地面站的服务标识，并在区块链管理系统中完成车载卫星地面站的入网认证；通过所述车载卫星地面站中的区块链模块完成所述入网认证；
所述区块链模块包括出厂模块、发放模块、激活模块；且在出厂时赋予唯一的产品ID，以及一对产品公钥和产品私钥；
所述入网认证包括：
区块链模块出厂时，启动所述出厂模块，建立起始区块，形成信息追溯链；
区块链模块在运营商之间流通时启动所述发放模块，将区块链模块的所述产品公钥发给运营商的所述区块链管理系统，由区块链管理系统建立区块，盖上时间戳，加入所述信息追溯链中；
区块链模块在使用时启动所述激活模块，向区块链管理系统发送认证请求，对区块链管理系统反馈的验证码进行解密验证后，将激活信息加入所述信息追溯链中；
S2，收集所述车载卫星地面站的业务统计信息，采用区块链共识机制将业务统计信息发送给其他车载卫星地面站及所述区块链管理系统；
S3，区块链管理系统和各车载卫星地面站根据所述业务统计信息，基于区块链智能合约机制计算各车载卫星地面站的积分；
所述积分为：；其中，加权系数为所述服务标识、单位时段内用户使用次数、通话时长价值系数、流量价值系数、区域活跃特征、时间特征的乘积；
S4，完成计算后，每个车载卫星地面站将计算结果发送给其他车载卫星地面站，每个车载卫星地面站对其他车载卫星地面站的所述积分进行比对，数据统一后，在全部车载卫星地面站间进行同步。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的车载卫星通信资源共享方法，其特征在于：S1步中所述服务标识用于识别所述车载卫星地面站的服务运营商、频段、覆盖范围。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的车载卫星通信资源共享方法，其特征在于：所述起始区块为所述信息追溯链中的第一个区块，包括所述产品ID和生产信息。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的车载卫星通信资源共享方法，其特征在于：所述解密验证，使用椭圆曲线算法对所述验证码进行解密。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的车载卫星通信资源共享方法，其特征在于：S2步中所述业务统计信息包括单次流量、单次通话时长、业务开始及结束时间、当前区域特征。
6.根据权利要求1所述的基于区块链的车载卫星通信资源共享方法，其特征在于：S3步中所述积分还将根据车载卫星地面站履约失信情况进行扣罚。
7.根据权利要求1所述的基于区块链的车载卫星通信资源共享方法，其特征在于：所述积分通过积分交易，用于支付佣金或进行实体物品、虚拟物品的消费与兑换；所述积分交易基于区块链的点对点交换机制，包含双方的交易信息和验证信息；所述交易信息包括交易双方的账户和积分的数目；所述验证信息包括上一笔交易的哈希值、支付方的公钥和支付方的私钥生成的数字签名。
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