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CN119906588A - 一种基于区块链的车联网数据传输方法及系统 - Google Patents

一种基于区块链的车联网数据传输方法及系统 Download PDF

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CN119906588A
CN119906588A CN202510398214.7A CN202510398214A CN119906588A CN 119906588 A CN119906588 A CN 119906588A CN 202510398214 A CN202510398214 A CN 202510398214A CN 119906588 A CN119906588 A CN 119906588A
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杜奕松
胡凯
任旑航
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Changzhou Weishi Intelligent Iot Innovation Center Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的车联网数据传输方法及系统，方法包括：将车联网划分成若干个蜂窝式区域，以区域为单位设计车联网数据链；其中，通信基站、路边嵌入式设备以及车辆节点组成车联网数据链；车辆节点的车载传感器获取车辆数据，并将车辆数据基于车联网数据链进行传输；基于其他车辆节点接收车辆数据，并将车辆数据在所在区域内广播；将广播信息提交给所在区域内的车联网数据链的车联网区块，车联网区块对数据广播信息进行记录。增加相关的安全协议和认证机制，基于区块链技术确保数据完整性，提高数据传输的安全性及准确性。

Description

一种基于区块链的车联网数据传输方法及系统
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，特别涉及一种基于区块链的车联网数据传输方法及系统。
背景技术
车联网（V2X）主要包括车与车（V2V）、车与路侧设施（V2I）、车与行人（V2P）、车与网络（V2N）等通信方式。区域传输需要本地网络的支持，比如路侧单元（RSU）作为接入点，形成局部网络，车辆通过RSU与云端或其他车辆通信。但是车辆在传输数据时，缺失相关的安全协议和认证机制，比如使用数字签名或区块链技术确保数据完整性。区域传输面临高密度车辆环境下的网络拥塞，不能有效管理信道资源，避免干扰。同时，车辆高速移动可能导致频繁切换接入点，影响通信稳定性。
发明内容
本发明旨在至少一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种基于区块链的车联网数据传输方法及系统，增加相关的安全协议和认证机制，基于区块链技术确保数据完整性，提高数据传输的安全性及准确性。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种基于区块链的车联网数据传输方法，包括：
将车联网划分成若干个蜂窝式区域，以区域为单位设计车联网数据链；其中，通信基站、路边嵌入式设备以及车辆节点组成车联网数据链；
车辆节点的车载传感器获取车辆数据，并将车辆数据基于车联网数据链进行传输；
基于其他车辆节点接收车辆数据，并将车辆数据在所在区域内广播；将广播信息提交给所在区域内的车联网数据链的车联网区块，车联网区块对数据广播信息进行记录。
根据本发明的一些实施例，车联网区块包括区块头和区块体；其中，区块头包括时间戳、随机数、当前区块的哈希值、父区块哈希值和默克尔树根哈希值；区块体包含若干车辆数据条目和数据头信息，车辆数据条目包括时间戳、数据所有者公钥及条目哈希；数据头信息包括对应的哈希值。
根据本发明的一些实施例，在其他车辆节点接收车辆数据前，对其他车辆节点的身份进行验证，包括：
接收其他车辆节点的身份验证信号，对身份验证信号进行拆分，确定每个子信号对应的身份标识；
其中，为每个子信号对应的身份标识；e为子信号的数量；为第k个子信号的时域函数；为第i个子信号的积分下限；为第i个子信号的积分上限；为整个身份验证信号的积分区域；为整个身份验证信号的二维分布函数；为交叉参数，用于补充信号衰减；
将每个子信号对应的身份标识进行结合，得到融合标识；判断在标识数据库中是否存在融合标识，在确定标识数据库中存在融合标识时，表示其他车辆节点的身份验证通过；反之，表示其他车辆节点的身份验证不通过。
根据本发明的一些实施例，在将车辆数据基于车联网数据链进行传输前，生成车辆数据对应的传输信号，对传输信号进行降噪处理。
根据本发明的一些实施例，在将车辆数据在所在区域内广播前，还包括：
确定其他车辆节点接收车辆数据的接收信号；
将接收信号与传输信号进行相似度匹配，在确定相似度大于预设相似度阈值时，生成数据传输稳定信息，并将车辆数据在所在区域内广播；反之，生成数据传输不稳定信息，警示暂不将车辆数据在所在区域内广播。
根据本发明的一些实施例，将接收信号与传输信号进行相似度匹配，包括：
将接收信号进行数据分割处理，得到个子接收信号；
将传输信号进行数据分割处理，得到个子传输信号；
计算第个子接收信号与第个子传输信号的相似度：
其中，为第个子接收信号；为第个子传输信号；为第个子接收信号中语义概念的数量；为第个子传输信号中语义概念的数量；为语义概念在第个子接收信号中出现的次数；为语义概念在第个子传输信号中出现的次数；为在第个子接收信号中的第个语义概念；为在第个子传输信号中的第个语义概念；
根据第个子接收信号与第个子传输信号的相似度乘以预设权重值，得到接收信号与传输信号的最终相似度。
根据本发明的一些实施例，在其他车辆节点接收车辆数据时，还包括：
计算数据传输所需的时间，在确定数据传输的时间大于预设传输时间时，生成调节指令以缩短数据传输所需的时间。
根据本发明的一些实施例，所述调节指令包括增大网络带宽和/或缩小寻址时间。
根据本发明的一些实施例，将广播信息提交给所在区域内的车联网数据链的车联网区块，车联网区块对数据广播信息进行记录，包括：
生成广播信息对应的数据包；
计算数据包的提交状态信息；
其中，为数据包的提交状态信息；为噪声功率谱密度值；为码元周期；为数据包对应的验证序列号；为数据包在提交过程中的相位参数保持不变的码元周期的数量；G为传输数据包的功率；e为自然常数；为数据包在提交过程中的相位参数；其中，j为虚数单位；为节点初始相位偏移；为动态补偿相位；
在确定数据包的提交状态信息为预设信息时，表示广播信息提交完毕，车联网区块对数据广播信息进行记录。
根据本发明的一些实施例，应用上述的基于区块链的车联网数据传输方法的系统，包括：
划分模块，用于将车联网划分成若干个蜂窝式区域，以区域为单位设计车联网数据链；其中，通信基站、路边嵌入式设备以及车辆节点组成车联网数据链；
获取模块，用于车辆节点的车载传感器获取车辆数据，并将车辆数据基于车联网数据链进行传输；
广播记录模块，用于基于其他车辆节点接收车辆数据，并将车辆数据在所在区域内广播；将广播信息提交给所在区域内的车联网数据链的车联网区块，车联网区块对数据广播信息进行记录。
本发明提出了一种基于区块链的车联网数据传输方法及系统，增加相关的安全协议和认证机制，基于区块链技术确保数据完整性，提高数据传输的安全性及准确性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的一种基于区块链的车联网数据传输方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的一种基于区块链的车联网数据传输系统的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提出了一种基于区块链的车联网数据传输方法，包括步骤S1-S3：
S1、将车联网划分成若干个蜂窝式区域，以区域为单位设计车联网数据链；其中，通信基站、路边嵌入式设备以及车辆节点组成车联网数据链；
S2、车辆节点的车载传感器获取车辆数据，并将车辆数据基于车联网数据链进行传输；
S3、基于其他车辆节点接收车辆数据，并将车辆数据在所在区域内广播；将广播信息提交给所在区域内的车联网数据链的车联网区块，车联网区块对数据广播信息进行记录。
上述技术方案的工作原理：蜂窝式区域架构，以基站为中心划分六边形区域，半径约500-1000米，适应城市/高速公路场景。基站角色：区域锚点，负责身份验证、频谱分配及跨区协调。路侧设备（RSU）：部署于交叉口/重点路段，提供局部计算能力，缓存实时路况数据。车辆节点：通过OBU（车载单元）接入网络，支持V2V/V2I双模通信。车联网数据链包括：区域子链：记录本区域车辆事件（如变道、急刹），区块大小<1MB，出块间隔≤500ms。跨区主链：同步相邻区域关键数据（如事故预警），支持零知识证明（ZKP）实现隐私跨链。车载传感器（摄像头、雷达）采集数据→本地预处理（如目标检测）→按ETSI ITS-G5标准封装为DENM消息。优先级队列：安全类消息（如碰撞预警）直接进入高优先级队列，娱乐数据（如地图更新）采用Best-Effort机制。区域广播：车辆通过PC5接口（C-V2X）发送签名数据，RSU验证后纳入候选区块。共识算法：采用PBFT优化，选举区域内5个高信誉节点（基于历史贡献值）参与投票，共识延迟<200ms。链上记录：数据哈希值上链，原始数据存储在IPFS，链上仅保留指针，平衡存储与可追溯性。
基于其他车辆节点接收车辆数据，并将车辆数据在所在区域内广播，对每次的数据传输，即广播信息提交给所在区域内的车联网数据链的车联网区块，车联网区块对数据广播信息进行记录，提高数据的可追溯性。
上述技术方案的有益效果：增加相关的安全协议和认证机制，基于区块链技术确保数据完整性，提高数据传输的安全性及准确性。
根据本发明的一些实施例，车联网区块包括区块头和区块体；其中，区块头包括时间戳、随机数、当前区块的哈希值、父区块哈希值和默克尔树根哈希值；区块体包含若干车辆数据条目和数据头信息，车辆数据条目包括时间戳、数据所有者公钥及条目哈希；数据头信息包括对应的哈希值。
上述技术方案的工作原理：时间戳记录区块生成时间，用于事件排序与防重放攻击。随机数（Nonce）在PoW共识中用于哈希碰撞，保障区块唯一性。当前区块哈希通过SHA-3算法生成，唯一标识区块。父区块哈希链接前后区块，形成不可篡改链式结构。默克尔根哈希汇总区块体内所有数据条目，实现高效数据验证。车辆数据条目：时间戳：数据生成时间（与区块头时间戳独立）、 所有者公钥：标识数据来源，支持身份验证、条目哈希：数据内容哈希（SHA-256）。数据头信息存储所有条目哈希的集合哈希值。
上述技术方案的有益效果：具有双重时间戳验证，即条目级时间戳：记录原始数据生成时间，用于判断事件先后顺序（如多车变道冲突）以及区块级时间戳：标记数据上链时间，防止历史数据篡改后重新打包。默克尔树优化，分层结构：将车辆数据按类型（安全消息/普通消息）构建子树，根哈希合并至主树。增量验证：车辆仅需下载默克尔路径（约个哈希值）即可验证特定数据存在性。为车联网提供了高可信的数据传输框架。
根据本发明的一些实施例，在其他车辆节点接收车辆数据前，对其他车辆节点的身份进行验证，包括：
接收其他车辆节点的身份验证信号，对身份验证信号进行拆分，确定每个子信号对应的身份标识；
其中，为每个子信号对应的身份标识；e为子信号的数量；为第k个子信号的时域函数；为第i个子信号的积分下限；为第i个子信号的积分上限；为整个身份验证信号的积分区域；为整个身份验证信号的二维分布函数；为交叉参数，用于补充信号衰减；
将每个子信号对应的身份标识进行结合，得到融合标识；判断在标识数据库中是否存在融合标识，在确定标识数据库中存在融合标识时，表示其他车辆节点的身份验证通过；反之，表示其他车辆节点的身份验证不通过。
上述技术方案的工作原理：表示扩频序列；为时空-频率联合分布；该公式通过分式积分比提取子信号特征，分子为各子信号能量积分和，分母为总信号能量，交叉参数用于环境自适应校准。
上述技术方案的有益效果：具有防伪造性，攻击者需同时伪造时域波形、频域特征（通过）及空间分布（通过E(x,y)），计算复杂度呈指数级增长，交叉参数可绑定车辆位置/速度，实现时空绑定防重放。将每个子信号对应的身份标识进行结合，得到融合标识；判断在标识数据库中是否存在融合标识，在确定标识数据库中存在融合标识时，表示其他车辆节点的身份验证通过；反之，表示其他车辆节点的身份验证不通过，提高其他车辆节点身份验证的准确性。
根据本发明的一些实施例，在将车辆数据基于车联网数据链进行传输前，生成车辆数据对应的传输信号，对传输信号进行降噪处理。
上述技术方案的有益效果：提高传输信号的准确性。
根据本发明的一些实施例，在将车辆数据在所在区域内广播前，还包括：
确定其他车辆节点接收车辆数据的接收信号；
将接收信号与传输信号进行相似度匹配，在确定相似度大于预设相似度阈值时，生成数据传输稳定信息，并将车辆数据在所在区域内广播；反之，生成数据传输不稳定信息，警示暂不将车辆数据在所在区域内广播。
上述技术方案的工作原理及有益效果：确定其他车辆节点接收车辆数据的接收信号；将接收信号与传输信号进行相似度匹配，通过将相似度与预设相似度阈值进行比较，根据比较结果判断是否将车辆数据在所在区域内广播。提高数据广播的效率及准确性。
根据本发明的一些实施例，将接收信号与传输信号进行相似度匹配，包括：
将接收信号进行数据分割处理，得到个子接收信号；
将传输信号进行数据分割处理，得到个子传输信号；
计算第个子接收信号与第个子传输信号的相似度：
其中，为第个子接收信号；为第个子传输信号；为第个子接收信号中语义概念的数量；为第个子传输信号中语义概念的数量；为语义概念在第个子接收信号中出现的次数；为语义概念在第个子传输信号中出现的次数；为在第个子接收信号中的第个语义概念；为在第个子传输信号中的第个语义概念；
根据第个子接收信号与第个子传输信号的相似度乘以预设权重值，得到接收信号与传输信号的最终相似度。
上述技术方案的有益效果：预设权重值为1/n。通过结合语义分析与信号处理技术，在车联网场景中实现了细粒度的传输质量评估。
根据本发明的一些实施例，在其他车辆节点接收车辆数据时，还包括：
计算数据传输所需的时间，在确定数据传输的时间大于预设传输时间时，生成调节指令以缩短数据传输所需的时间。
上述技术方案的工作原理：，其中， 为数据传输所需的时间；为数据传输量；为网络带宽；为寻址时间。
上述技术方案的有益效果：在确定数据传输的时间大于预设传输时间时，生成调节指令以缩短数据传输所需的时间，便于提高数据传输的效率。
根据本发明的一些实施例，所述调节指令包括增大网络带宽和/或缩小寻址时间。
根据本发明的一些实施例，将广播信息提交给所在区域内的车联网数据链的车联网区块，车联网区块对数据广播信息进行记录，包括：
生成广播信息对应的数据包；
计算数据包的提交状态信息；
其中，为数据包的提交状态信息；为噪声功率谱密度值；为码元周期；为数据包对应的验证序列号；为数据包在提交过程中的相位参数保持不变的码元周期的数量；G为传输数据包的功率；e为自然常数；为数据包在提交过程中的相位参数；其中，j为虚数单位；为节点初始相位偏移；为动态补偿相位；
在确定数据包的提交状态信息为预设信息时，表示广播信息提交完毕，车联网区块对数据广播信息进行记录。
上述技术方案的工作原理：验证序列号w需落在以均值点μ（）为中心，半径由噪声特性决定的超球体内。为多维高斯分布的归一化常数，其中C为相位稳定持续时间相关的维度参数。
上述技术方案的有益效果：通过构建高维相位空间进行数据包完整性验证，准确确定数据包的提交状态信息，在确定数据包的提交状态信息为预设信息时，表示广播信息提交完毕，车联网区块对数据广播信息进行记录。预设信息为提交完毕的状态信息。提高车联网区块对数据广播信息进行记录的准确性。
如图2所示，根据本发明的一些实施例，应用上述的基于区块链的车联网数据传输方法的系统，包括：
划分模块，用于将车联网划分成若干个蜂窝式区域，以区域为单位设计车联网数据链；其中，通信基站、路边嵌入式设备以及车辆节点组成车联网数据链；
获取模块，用于车辆节点的车载传感器获取车辆数据，并将车辆数据基于车联网数据链进行传输；
广播记录模块，用于基于其他车辆节点接收车辆数据，并将车辆数据在所在区域内广播；将广播信息提交给所在区域内的车联网数据链的车联网区块，车联网区块对数据广播信息进行记录。
上述技术方案的有益效果：增加相关的安全协议和认证机制，基于区块链技术确保数据完整性，提高数据传输的安全性及准确性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于区块链的车联网数据传输方法，其特征在于，包括：
将车联网划分成若干个蜂窝式区域，以区域为单位设计车联网数据链；其中，通信基站、路边嵌入式设备以及车辆节点组成车联网数据链；
车辆节点的车载传感器获取车辆数据，并将车辆数据基于车联网数据链进行传输；
基于其他车辆节点接收车辆数据，并将车辆数据在所在区域内广播；将广播信息提交给所在区域内的车联网数据链的车联网区块，车联网区块对数据广播信息进行记录。
2.如权利要求1所述的基于区块链的车联网数据传输方法，其特征在于，车联网区块包括区块头和区块体；其中，区块头包括时间戳、随机数、当前区块的哈希值、父区块哈希值和默克尔树根哈希值；区块体包含若干车辆数据条目和数据头信息，车辆数据条目包括时间戳、数据所有者公钥及条目哈希；数据头信息包括对应的哈希值。
3.如权利要求1所述的基于区块链的车联网数据传输方法，其特征在于，在其他车辆节点接收车辆数据前，对其他车辆节点的身份进行验证，包括：
接收其他车辆节点的身份验证信号，对身份验证信号进行拆分，确定每个子信号对应的身份标识；
其中，为每个子信号对应的身份标识；e为子信号的数量；为第k个子信号的时域函数；为第i个子信号的积分下限；为第i个子信号的积分上限；为整个身份验证信号的积分区域；为整个身份验证信号的二维分布函数；为交叉参数，用于补充信号衰减；
将每个子信号对应的身份标识进行结合，得到融合标识；判断在标识数据库中是否存在融合标识，在确定标识数据库中存在融合标识时，表示其他车辆节点的身份验证通过；反之，表示其他车辆节点的身份验证不通过。
4.如权利要求1所述的基于区块链的车联网数据传输方法，其特征在于，在将车辆数据基于车联网数据链进行传输前，生成车辆数据对应的传输信号，对传输信号进行降噪处理。
5.如权利要求4所述的基于区块链的车联网数据传输方法，其特征在于，在将车辆数据在所在区域内广播前，还包括：
确定其他车辆节点接收车辆数据的接收信号；
将接收信号与传输信号进行相似度匹配，在确定相似度大于预设相似度阈值时，生成数据传输稳定信息，并将车辆数据在所在区域内广播；反之，生成数据传输不稳定信息，警示暂不将车辆数据在所在区域内广播。
6.如权利要求5所述的基于区块链的车联网数据传输方法，其特征在于，将接收信号与传输信号进行相似度匹配，包括：
将接收信号进行数据分割处理，得到个子接收信号；
将传输信号进行数据分割处理，得到个子传输信号；
计算第个子接收信号与第个子传输信号的相似度：
其中，为第个子接收信号；为第个子传输信号；为第个子接收信号中语义概念的数量；为第个子传输信号中语义概念的数量；为语义概念在第个子接收信号中出现的次数；为语义概念在第个子传输信号中出现的次数；为在第个子接收信号中的第个语义概念；为在第个子传输信号中的第个语义概念；
根据第个子接收信号与第个子传输信号的相似度乘以预设权重值，得到接收信号与传输信号的最终相似度。
7.如权利要求1所述的基于区块链的车联网数据传输方法，其特征在于，在其他车辆节点接收车辆数据时，还包括：
计算数据传输所需的时间，在确定数据传输的时间大于预设传输时间时，生成调节指令以缩短数据传输所需的时间。
8.如权利要求7所述的基于区块链的车联网数据传输方法，其特征在于，所述调节指令包括增大网络带宽和/或缩小寻址时间。
9.如权利要求1所述的基于区块链的车联网数据传输方法，其特征在于，将广播信息提交给所在区域内的车联网数据链的车联网区块，车联网区块对数据广播信息进行记录，包括：
生成广播信息对应的数据包；
计算数据包的提交状态信息；
其中，为数据包的提交状态信息；为噪声功率谱密度值；为码元周期；为数据包对应的验证序列号；为数据包在提交过程中的相位参数保持不变的码元周期的数量；G为传输数据包的功率；e为自然常数；为数据包在提交过程中的相位参数；其中，j为虚数单位；为节点初始相位偏移；为动态补偿相位；
在确定数据包的提交状态信息为预设信息时，表示广播信息提交完毕，车联网区块对数据广播信息进行记录。
10.应用如权利要求1-9任一项所述的基于区块链的车联网数据传输方法的系统，其特征在于，包括：
划分模块，用于将车联网划分成若干个蜂窝式区域，以区域为单位设计车联网数据链；其中，通信基站、路边嵌入式设备以及车辆节点组成车联网数据链；
获取模块，用于车辆节点的车载传感器获取车辆数据，并将车辆数据基于车联网数据链进行传输；
广播记录模块，用于基于其他车辆节点接收车辆数据，并将车辆数据在所在区域内广播；将广播信息提交给所在区域内的车联网数据链的车联网区块，车联网区块对数据广播信息进行记录。
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Title
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