基于区块链的车联网资源分配社会福利最大化拍卖

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将车辆在行驶中的数据记录到区块链中可以有效解决数据真实性和安全性问题,是目前区块链及车联网领域研究的重点。然而,车辆在使用区块链技术时完成的工作量证明(Proof-of-Work,Po W)会消耗大量的能量和计算资源,限制了区块链技术在车联网环境中的应用。因此,我们考虑部署边缘计算节点来支持区块链技术的使用,并通过引入拍卖机制鼓励用户作为矿工来记录车辆的行驶数据。本文针对车联网中的车辆在使用区块链技术时的局限性,通过构造区块链网络中边缘计算服务提供商(Edge Computing Service Providers,ECSPs)与矿工之间的双边交互模型,提出了两种拍卖机制来实现资源提供商社会福利最大化的目标,具体的拍卖机制设计方案如下:第一种方案是针对矿工提出的资源需求是相同的情况,即固定需求矿工社会福利最大化拍卖机制(Constant Demand Miners Social Welfare Maximization Auction Mechanism,CDAM);第二种方案是针对矿工提出的资源需求是不同的情况,即多需求矿工社会福利最大化拍卖机制(Multi-Demand Miners Social Welfare Maximization Auction Mechanism,MDAM)。在相应的资源分配问题上,前者使用最大费用最大流算法实现最优分配,而后者使用启发式法实现资源分配;在支付价格计算算法设计中,针对前者使用了VCG机制,而针对后者采用二分法。同时,我们证明了两种机制的可信性和个体理性的经济学特征。通过实验,我们从社会福利、满意度、资源利用率等指标对两种拍卖机制进行了评估,实验结果表明:我们提出的拍卖机制可以实现区块链网络中的社会福利最大化并为ECSPs提供有效的资源分配策略。
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