基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的共享停車區(qū)塊鏈模型構(gòu)建

黃華芳

（合肥師范學(xué)院，安徽 合肥 230601）

0 引 言

針對停車高峰期車位難求的問題，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的智慧互聯(lián)功能，實現(xiàn)對車位信息資源的共享和車輛存儲數(shù)據(jù)的簡化管理。在物聯(lián)網(wǎng)背景之下產(chǎn)生的區(qū)塊鏈技術(shù)，因其具有去中心化、可溯源的優(yōu)點而被廣泛地應(yīng)用于商業(yè)化建設(shè)之中。

目前，傳統(tǒng)的共享停車區(qū)的創(chuàng)建還停留在初級準備階段，基于單鏈結(jié)構(gòu)的算法很難在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上做到多樣化數(shù)據(jù)的并行處理。而基于區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計的模型能夠?qū)崟r監(jiān)測節(jié)點，及時更新數(shù)據(jù)信息，迅速找到最佳停車區(qū)的配比環(huán)境。因此，本文主要研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的共享停車區(qū)塊鏈模型構(gòu)建，從而解決傳統(tǒng)的共享停車區(qū)模型對數(shù)據(jù)分享的控制時間較長、效率較低的問題。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的共享停車區(qū)塊鏈模型構(gòu)建

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)針對共享停車區(qū)之間的數(shù)據(jù)互通構(gòu)建一個三層區(qū)塊鏈模型。這三層分別為事務(wù)層、中間層和聯(lián)網(wǎng)層。第一層是事務(wù)層，主要用來注冊用戶的個人信息，與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進行不同應(yīng)用通道之間的通信，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)中心之間的消息處理。第二層是中間層，用于收集事務(wù)層收集的信息，可供進行子網(wǎng)賬號注冊、數(shù)據(jù)秘鑰傳輸和授權(quán)。最底層是模型的聯(lián)網(wǎng)層，通過區(qū)塊鏈與停車的數(shù)據(jù)信息進行雙鏈溝通，使得模型數(shù)據(jù)的通信更直接、更有效。

1.1 構(gòu)建事務(wù)層

針對物聯(lián)網(wǎng)平臺上共享停車分布式數(shù)據(jù)的運行情況，采用網(wǎng)絡(luò)上有關(guān)停車的信息節(jié)點建造事務(wù)層。事務(wù)層發(fā)送數(shù)據(jù)的操作程序如圖1所示。

圖1 事務(wù)層操作程序

當用戶登錄的停車界面上出現(xiàn)數(shù)據(jù)請求命令和轉(zhuǎn)發(fā)命令時，讀取用戶車輛位置信息，向目標位置網(wǎng)絡(luò)發(fā)送反饋信息。在讀取信息的同時執(zhí)行數(shù)據(jù)上鏈處理，并對客戶端發(fā)來的反饋信息進行優(yōu)化。通過Web網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請求，與客戶端數(shù)據(jù)進行交匯。在成功提取目標數(shù)據(jù)后加入加密上鏈，將用戶已配備的車輛信息反饋給服務(wù)中心和發(fā)出請求的子網(wǎng)用戶。

請求子網(wǎng)登錄后采用網(wǎng)絡(luò)直通車的信息協(xié)議發(fā)送請求。根據(jù)目標子網(wǎng)信息和數(shù)據(jù)編號對本次停車區(qū)域進行指令操作，將信息指令傳輸?shù)椒?wù)中心。成功接收到停車信息后，再將其傳入到目標子網(wǎng)中，實現(xiàn)對整個事務(wù)層數(shù)據(jù)信息的初步處理。

1.2 構(gòu)建中間層

匯集事務(wù)層傳輸?shù)挠脩敉＼囆畔ⅲ谡埱笞泳W(wǎng)后，將系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)椒?wù)中心。兩個或兩個以上的子網(wǎng)通道加入數(shù)據(jù)分享程序后，注冊相關(guān)的車輛?？啃畔ⅲ瑢崿F(xiàn)數(shù)據(jù)分享服務(wù)。完成數(shù)據(jù)分享后，點開Web頁面注冊賬號，接入用戶注冊的具體信息。用戶注冊的信息以網(wǎng)絡(luò)生成的公私秘鑰形式存入網(wǎng)站數(shù)據(jù)。只有輸入正確的登錄賬號和密碼才能進入服務(wù)器。進入服務(wù)器后，將子網(wǎng)用戶的請求發(fā)送至服務(wù)中心，服務(wù)中心接收到信息后轉(zhuǎn)發(fā)子網(wǎng)用戶請求。在準備好進行目標數(shù)據(jù)連接后，服務(wù)中心處理子網(wǎng)請求反饋。測試環(huán)境準備要求如表1所示。

表1 環(huán)境準備

完成上述測試環(huán)境的準備后，對區(qū)塊鏈進行功能測試。以管理員身份打開用戶從瀏覽器傳輸?shù)姆?wù)中心的網(wǎng)址，監(jiān)測平臺是否錄入信息。顯示未登錄則轉(zhuǎn)回登錄頁面再次輸入個人信息和公司秘鑰。

進行區(qū)塊鏈注冊時輸入用戶的姓名、手機號、密碼、身份證信息，輸入所有信息后，確認所輸入的密碼是否正確。通過短信驗證具體的子網(wǎng)登錄信息，檢驗完成后將用戶登錄的信息發(fā)送到服務(wù)中心。服務(wù)中心后臺根據(jù)子網(wǎng)生成的信息進行公鑰配對，并將此秘鑰與信息一并存入數(shù)據(jù)注冊平臺。

輸入完登錄信息后進行Web客戶端協(xié)議消息測試。在子網(wǎng)頁面中輸入請求名稱并進行數(shù)據(jù)編號，并將此信息發(fā)送至服務(wù)中心。服務(wù)中心接收到請求后轉(zhuǎn)發(fā)給目標子網(wǎng)讀取數(shù)據(jù)。服務(wù)中心訂閱成功后返回上一級操作。

利用本地主機啟動的信息節(jié)點集群，通過上鏈傳輸?shù)姆绞酱罱ú煌奈锫?lián)網(wǎng)fabric網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用通道。通過鏈路網(wǎng)站的節(jié)點讀取數(shù)據(jù)并校驗密鑰原文。識別后將秘鑰數(shù)據(jù)發(fā)送到子網(wǎng)通道和子網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)中心，實現(xiàn)對整個中間層結(jié)構(gòu)的搭建。

1.3 構(gòu)建聯(lián)網(wǎng)層

不同的車輛信息通過物聯(lián)網(wǎng)存入不同的車聯(lián)網(wǎng)層。對車聯(lián)網(wǎng)交易中不同類別的模塊進行區(qū)域處理，如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)交易與區(qū)塊鏈分類表

表中的交易類型記錄為Transaction，t為交易區(qū)塊鏈的交易數(shù)。本框架所采用數(shù)據(jù)組織的基本形式記作Blockp，所有區(qū)域的交易均可表示為：

結(jié)合表1與式（1）提出雙鏈設(shè)計模式，具體表現(xiàn)為將BC1中的區(qū)塊鏈數(shù)值與BC3中的區(qū)塊鏈數(shù)值相結(jié)合，形成新的BC3模塊。這個過程同樣可以應(yīng)用于BC2和BC4的操作中。數(shù)據(jù)交易的節(jié)點設(shè)計也需要結(jié)合式（1）進行，在服務(wù)區(qū)查詢完經(jīng)處理的數(shù)據(jù)信息后進行區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)配對。完成對區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)配對后進入聯(lián)網(wǎng)層的節(jié)點注冊操作，以車輛行駛到停車場的數(shù)據(jù)為例，具體的操作步驟為：

接收到車輛請求后輸入最新的私鑰簽名，取得簽名后自動獲取車輛證書以及所在區(qū)域的配對值，通過交易量與區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)進行索引，完成對重復(fù)車輛信息識別的管理?；诼窚y節(jié)點位置提取數(shù)據(jù)信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)將響應(yīng)體發(fā)送到車輛。響應(yīng)結(jié)束后將請求附送的車輛信息重新加入到初次通信中，向車輛停車區(qū)域的物業(yè)管理或者云服務(wù)的機構(gòu)代理發(fā)起申請通信，實現(xiàn)對停車數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈配對操作。

通過審核身份信息的協(xié)商密鑰進行聯(lián)網(wǎng)層的數(shù)據(jù)處理，聯(lián)網(wǎng)協(xié)商成功后連接云服務(wù)器進行信息交易，達到物聯(lián)網(wǎng)規(guī)定的交易數(shù)量后創(chuàng)建區(qū)塊鏈節(jié)點。申請節(jié)點注冊成功后更新本地車輛所屬交易區(qū)塊鏈所在位置，傳輸?shù)骄W(wǎng)站的服務(wù)中心。

基于此，完成區(qū)塊鏈模型的所有操作。

2 實驗

在實驗中將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入?yún)^(qū)塊鏈模型，并與傳統(tǒng)的單鏈式區(qū)塊鏈模型進行對比，哪種模型對車位數(shù)據(jù)操作的控制時長越短，說明哪種模型的性能越好。

2.1 實驗準備

本次實驗針對智能停車點，選擇了用戶常用的android智能硬件平臺和嵌入式LINUX平臺數(shù)據(jù)作為交匯基礎(chǔ)。

嵌入式LINUX選擇可剪裁的軟硬件，負責對數(shù)據(jù)處理進程、內(nèi)存硬盤驅(qū)動進行網(wǎng)絡(luò)管理。在嵌入式LINUX中加入編輯器和過濾程序，實現(xiàn)強大的多線程網(wǎng)絡(luò)運輸功能，以處理文件系統(tǒng)的權(quán)限歸屬問題。Android平臺選用谷歌模擬器進行處理，具體的內(nèi)核采用ARM1676JZF-S三星SC6410X處理器。在對停車點圖像的處理上，選用標記為openGL的2D圖形加速器進行編碼和解碼。加入主USB2.0的接口和HOST接口進行解碼處理。停車區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)選用DM9000以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，停車點的移動設(shè)備選用64 G和128 G的mobile FLASH進行圖像處理。

用戶手機端安裝android平臺的應(yīng)用程序，實現(xiàn)用戶ID和區(qū)塊鏈的下載。手機端選用Java語言，具體的控制中心選用C語言。將融合區(qū)塊鏈技術(shù)與具體的物聯(lián)網(wǎng)進行詳細的比對，利用手機端通信。接收端的線程選擇共識機制對智能硬件的認證信息進行比較驗證。在認證起點的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上加入密碼共識和ID綁定，最后輸入智能模型。智能模型以子網(wǎng)的交互記錄為基礎(chǔ)，通過運行不同區(qū)域的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)進行信息驗證。智能模型下的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫連接第三方不需要互信認證，更能做到認證起點安全性的部署。為了驗證車輛在停車區(qū)的停留情況，增設(shè)10個路測節(jié)點，共分4組進行試驗。車輛的節(jié)點總數(shù)為7個，分3組進行系統(tǒng)檢測。請求的次數(shù)設(shè)為2 003次，區(qū)塊總數(shù)為1 333個。在試驗的具體操作中確保單個區(qū)塊交易數(shù)量為16個，對于通信的鏈路進行隨機分配，使每個鏈路的節(jié)點為5～10個。基于此，統(tǒng)計停車的數(shù)據(jù)信息。

2.2 實驗結(jié)果與分析

基于上述實驗數(shù)據(jù)，對傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈模型和本文提出的區(qū)塊鏈模型進行實驗對比。不同模型對車位數(shù)據(jù)的控制時間不同，本次實驗針對共享車位區(qū)域控制時間上的對比?？刂茣r間以毫秒（ms）為基準。實驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，相較于傳統(tǒng)的停車區(qū)模型，新設(shè)計的區(qū)塊鏈模型起始時間縮短了5 ms,整體的控制時間縮短了一倍。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的模型能在更短的控制時間內(nèi)實現(xiàn)對車位數(shù)據(jù)的管理，間接證明了區(qū)塊鏈停車模型在數(shù)據(jù)分享上的效果更好。

圖2 實驗結(jié)果

3 結(jié) 論

本文借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對共享停車的區(qū)塊鏈設(shè)計進行了分析與試驗。結(jié)果顯示基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的區(qū)塊鏈停車區(qū)能更好地處理信息，增加停車區(qū)車輛更新的效率，節(jié)省了時間成本，便于后續(xù)對停車的處理。但本次實驗操作的樣本較少，希望在后續(xù)的實踐學(xué)習(xí)中能夠逐步完善，達到更好的數(shù)據(jù)處理效果。