郎 平，田大新，林椿眄

（北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，北京 102206）

1 引 言

伴隨著新一代信息通信技術(shù)的演進(jìn)發(fā)展，智能化的汽車與道路正成為汽車、交通等行業(yè)關(guān)注與研究的重點(diǎn)。而車與路的智能化都離不開網(wǎng)絡(luò)通信的連接，這使得車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)成為融合交通、汽車、通信等多個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域[1]。車聯(lián)網(wǎng)通過建立車-車、車-路、車-人以及車-云間的高效穩(wěn)定連接，能夠?qū)崿F(xiàn)一系列提升交通安全、提高交通效率的典型應(yīng)用場(chǎng)景，并有利于促進(jìn)自動(dòng)駕駛的進(jìn)一步落地[2]。但在大規(guī)模部署環(huán)境下，當(dāng)前的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)仍然面臨網(wǎng)絡(luò)的安全與可信以及數(shù)據(jù)大范圍同步共享所帶來的新挑戰(zhàn)。區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種新興的去中心化的數(shù)據(jù)共享與安全防護(hù)技術(shù)，提供了在不可信網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行信息傳遞與交換的可信機(jī)制[3]，恰好能夠滿足車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在安全和協(xié)作方面的新需求。

2019年10月24日，中共中央政治局就區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)進(jìn)行第十八次集體學(xué)習(xí)。中共中央總書記習(xí)近平在主持學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)：“區(qū)塊鏈技術(shù)的集成應(yīng)用在新的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)變革中起著重要作用。我們要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關(guān)鍵核心技術(shù)，加快推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展?！蔽覈?guó)在2019年印發(fā)的《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》中也明確提出“推動(dòng)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、超級(jí)計(jì)算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合”的發(fā)展重點(diǎn)，將區(qū)塊鏈作為未來車聯(lián)網(wǎng)跨行業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)。因此，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，符合國(guó)家的戰(zhàn)略與發(fā)展需求，將有力提升車聯(lián)網(wǎng)的安全性水平與協(xié)同共享能力，提供車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)能。

針對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用問題，本文首先介紹了區(qū)塊鏈的基本概念并給出了其具體的技術(shù)架構(gòu)；其次基于區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)資源的需求，歸納并總結(jié)了區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算協(xié)同應(yīng)用框架；然后在協(xié)同應(yīng)用的基礎(chǔ)上綜述了區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的特點(diǎn)與當(dāng)前研究進(jìn)展；最后根據(jù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀對(duì)該領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析與展望。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)概述

2.1 區(qū)塊鏈的概念與特征

2009年，隨著比特幣[4]這種加密數(shù)字貨幣的出現(xiàn)，區(qū)塊鏈這項(xiàng)在密碼學(xué)等傳統(tǒng)技術(shù)上發(fā)展出的去中心化記賬技術(shù)得到了前所未有的關(guān)注。目前來看，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N由多方共同維護(hù)，使用密碼學(xué)保證傳輸和訪問安全，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)一致存儲(chǔ)、難以篡改的記賬技術(shù)，典型的區(qū)塊鏈以塊-鏈結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)[3]，圖1 以比特幣為例給出了區(qū)塊鏈的具體結(jié)構(gòu)。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)這個(gè)“大賬本”中，實(shí)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被抽象為一條條交易在節(jié)點(diǎn)間傳輸交換，為防止數(shù)據(jù)被隨意篡改，當(dāng)交易信息到達(dá)一定數(shù)量時(shí)，新數(shù)據(jù)將被某個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)到區(qū)塊當(dāng)中，并采用基于密碼學(xué)算法的鏈?zhǔn)竭B接方法將不同時(shí)間產(chǎn)生的區(qū)塊連成一條鏈，形成我們所說的區(qū)塊鏈。為防范惡意節(jié)點(diǎn)的攻擊，負(fù)責(zé)生成區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)將由系統(tǒng)按照事先約定好的規(guī)則即共識(shí)機(jī)制選擇，同時(shí)，其生成的區(qū)塊數(shù)據(jù)一經(jīng)其他節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)上鏈，就只可進(jìn)行查詢?cè)L問，難以修改和刪除，保證了區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的難以篡改。

圖1 比特幣的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)Fig.1 Bitcoin's blockchain structure

區(qū)塊鏈依靠其獨(dú)特的信任機(jī)制，構(gòu)建了去中心化的共享數(shù)據(jù)庫，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相比，區(qū)塊鏈技術(shù)具有以下特征[3,5]：

● 去中心化共享存儲(chǔ)：不同于傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)將數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在不同節(jié)點(diǎn)上，區(qū)塊鏈技術(shù)在系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)均存儲(chǔ)了完整的塊-鏈數(shù)據(jù)，在沒有中心節(jié)點(diǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的共享。

● 基于共識(shí)的安全防護(hù)：區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制保證了系統(tǒng)中每個(gè)區(qū)塊都由全網(wǎng)絡(luò)選出的可信節(jié)點(diǎn)生成，除非攻擊者控制了系統(tǒng)中大多數(shù)節(jié)點(diǎn)，否則惡意節(jié)點(diǎn)就難以破壞系統(tǒng)的安全性。

● 數(shù)據(jù)不可篡改：區(qū)塊鏈取消了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中修改和刪除的操作，而是基于密碼學(xué)算法，按時(shí)間順序單項(xiàng)推進(jìn)數(shù)據(jù)鏈，保證了鏈上數(shù)據(jù)難以篡改，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的完整可追溯。

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)

區(qū)塊鏈作為一類在不可信環(huán)境中建立信任的新型計(jì)算范式和協(xié)作模式的統(tǒng)稱，包含著多種具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。為了能夠更清晰地理解區(qū)塊鏈技術(shù)的整體架構(gòu)，本文結(jié)合多項(xiàng)已有研究[3,5-6]，給出如圖2 所示的區(qū)塊鏈分層架構(gòu)。

圖2 區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Architecture of blockchain

基礎(chǔ)資源層：基礎(chǔ)資源層主要包括計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源等區(qū)塊鏈系統(tǒng)運(yùn)行所必需的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施，以此為上層應(yīng)用提供基本支撐與保障。

數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層主要用來描述區(qū)塊鏈中數(shù)據(jù)的具體存在形式，應(yīng)用產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將被壓縮抽象為交易信息。多條交易信息將通過區(qū)塊鏈的多方共識(shí)驗(yàn)證打包到區(qū)塊當(dāng)中，每個(gè)區(qū)塊都將包含其鏈上前一個(gè)區(qū)塊的信息。

賬本層：賬本層根據(jù)基于資產(chǎn)或基于賬戶的數(shù)據(jù)記錄方式對(duì)區(qū)塊數(shù)據(jù)進(jìn)行組織管理。典型的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)賬本采用時(shí)間順序?qū)^(qū)塊連接到一條鏈上，并以此保證數(shù)據(jù)的不可篡改與可追溯性。

共識(shí)層：共識(shí)層保證區(qū)塊鏈系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄的一致性，利用工作量證明（PoW, Proof of Work）[4]、股權(quán)證明（PoS, Proof of Stake）[7]、授權(quán)股權(quán)證明（DPoS, Delegated PoS）[5]和實(shí)用拜占庭容錯(cuò)（PBFT, Practical Byzantine Fault Tolerance）[8]等機(jī)制同步各區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的賬本信息，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)透明共享特性，表1 給出了區(qū)塊鏈典型共識(shí)算法對(duì)比[3]。

表1 區(qū)塊鏈典型共識(shí)算法對(duì)比Table 1 Comparison of typical consensus algorithms in blockchain

激勵(lì)層：激勵(lì)層是維持區(qū)塊鏈穩(wěn)定運(yùn)行的一種經(jīng)濟(jì)平衡手段，系統(tǒng)采用發(fā)行比特幣、以太幣等經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的方式，為參與運(yùn)算節(jié)點(diǎn)提供酬勞和獎(jiǎng)勵(lì)，保證系統(tǒng)以一種去中心化的方式持續(xù)運(yùn)行。

合約層：合約層利用腳本和智能合約等技術(shù)為區(qū)塊鏈系統(tǒng)帶來可編程特性。合約可以以條件觸發(fā)的方式自動(dòng)執(zhí)行，在無人為干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)字資產(chǎn)的處理。

應(yīng)用層：應(yīng)用層包含數(shù)字金融、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的多個(gè)領(lǐng)域，是區(qū)塊鏈推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要體現(xiàn)，本文便是聚焦于區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，探究區(qū)塊鏈對(duì)汽車、交通、通信等行業(yè)的推動(dòng)作用。

運(yùn)維管理層：運(yùn)維管理層貫穿整個(gè)區(qū)塊鏈架構(gòu)，服務(wù)于上述的每個(gè)層級(jí)，良好的運(yùn)維管理理念與模式將有助于提高整個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的可用性。

3 區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算協(xié)同應(yīng)用

區(qū)塊鏈技術(shù)專注于構(gòu)建一種能夠有效防范安全和隱私風(fēng)險(xiǎn)的去中心化數(shù)據(jù)共享存儲(chǔ)系統(tǒng)，其通過全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的共識(shí)與備份存儲(chǔ)來保證數(shù)據(jù)的安全添加與完整保存，但這種全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的大規(guī)模高頻交互需求對(duì)底層的基礎(chǔ)資源提出了更大的挑戰(zhàn)。首先，區(qū)塊鏈的不可篡改與可追溯特性要求各節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)完整的鏈上數(shù)據(jù)，隨著區(qū)塊的不斷生成，節(jié)點(diǎn)對(duì)存儲(chǔ)空間的需求將持續(xù)增加。其次，節(jié)點(diǎn)對(duì)區(qū)塊的共識(shí)驗(yàn)證過程需要實(shí)時(shí)交互大量數(shù)據(jù)，要求網(wǎng)絡(luò)必須具有較高的數(shù)據(jù)吞吐能力。同時(shí)，各類數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性需求要求節(jié)點(diǎn)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力以快速完成交易處理與區(qū)塊驗(yàn)證工作。因此，區(qū)塊鏈系統(tǒng)的部署應(yīng)用對(duì)底層存儲(chǔ)、計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)資源具有較高要求，傳統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施難以滿足其需求。

邊緣計(jì)算技術(shù)作為一種新型的計(jì)算范式，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中心的計(jì)算與存儲(chǔ)資源遷移到了網(wǎng)絡(luò)邊緣上，就近為終端應(yīng)用提供高帶寬、低延遲的計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)[9]。但由于網(wǎng)絡(luò)邊緣系統(tǒng)的異構(gòu)性與復(fù)雜性，邊緣計(jì)算在系統(tǒng)安全和隱私方面面臨著多項(xiàng)挑戰(zhàn)。首先，邊緣節(jié)點(diǎn)的分布式部署與異構(gòu)特性使得其更容易遭受惡意行為的攻擊，影響服務(wù)的安全與穩(wěn)定。其次，邊緣網(wǎng)絡(luò)采取分布式的方式處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)下數(shù)據(jù)的完整性與一致性難以保證。而且，邊緣計(jì)算中終端用戶需要將自身應(yīng)用的代碼與數(shù)據(jù)卸載到邊緣節(jié)點(diǎn)來執(zhí)行處理，這也就帶來了更大的安全和隱私保護(hù)挑戰(zhàn)。因此，當(dāng)前的邊緣計(jì)算技術(shù)能夠提供較強(qiáng)的底層基礎(chǔ)資源，但需要新的安全機(jī)制來在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的情況下提升其安全性水平。

不難看出，將區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算進(jìn)行協(xié)同應(yīng)用，恰好能夠?qū)崿F(xiàn)二者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有助于為區(qū)塊鏈系統(tǒng)提供充足的計(jì)算、存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)資源，從而保證邊緣節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的安全和一致性，并提升整個(gè)系統(tǒng)的隱私保護(hù)能力。這里，我們以該領(lǐng)域典型研究為例，探討區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算協(xié)同應(yīng)用方向，相關(guān)研究情況對(duì)比如表2 所示。

在系統(tǒng)架構(gòu)層面，Yang 等人[5]確定了區(qū)塊鏈和邊緣計(jì)算協(xié)同應(yīng)用的幾個(gè)重要方面，即動(dòng)機(jī)、框架、功能和挑戰(zhàn)。在其中基于現(xiàn)有的研究，總結(jié)了區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算的協(xié)同應(yīng)用典型框架，反映了這一協(xié)同系統(tǒng)的基本思想和機(jī)制，并詳細(xì)討論了該協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)如何滿足網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和計(jì)算的要求。但由于已有的每個(gè)架構(gòu)都有其獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路與應(yīng)用場(chǎng)景，所以這一典型框架難以涵蓋其所提到的所有架構(gòu)。

表2 區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算協(xié)同應(yīng)用典型研究Table 2 Typical studies on cooperative application of blockchain and edge computing

在性能優(yōu)化層面，為了提高協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)下區(qū)塊鏈系統(tǒng)的吞吐量和邊緣計(jì)算系統(tǒng)中用戶的服務(wù)質(zhì)量，Guo 等人[10]考慮了時(shí)變的無線鏈路和邊緣服務(wù)器的計(jì)算能力，將頻譜分配、區(qū)塊的大小和每個(gè)生產(chǎn)者的生產(chǎn)區(qū)塊數(shù)量制定為一個(gè)聯(lián)合優(yōu)化問題。隨后基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)提出了這一問題的具體求解算法。

具體到應(yīng)用系統(tǒng)中的邊緣計(jì)算卸載問題上，F(xiàn)eng 等人[11]利用區(qū)塊鏈系統(tǒng)來解決邊緣節(jié)點(diǎn)間交互造成的數(shù)據(jù)安全和隱私問題，提出了針對(duì)區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)的協(xié)作式計(jì)算卸載和資源分配框架。在該框架中，通過聯(lián)合優(yōu)化卸載決策、功率分配、區(qū)塊大小和區(qū)塊間隔，最大化邊緣計(jì)算系統(tǒng)的計(jì)算速率和區(qū)塊鏈系統(tǒng)的交易吞吐量，實(shí)現(xiàn)了安全高效的協(xié)作式計(jì)算卸載。

從這些典型研究中可以看出，結(jié)合了區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用框架已成為提升邊緣計(jì)算系統(tǒng)安全性與數(shù)據(jù)共享能力的重要方案，有力促進(jìn)了邊緣計(jì)算技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。同時(shí)，由于傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施難以滿足區(qū)塊鏈系統(tǒng)的應(yīng)用要求，區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算的協(xié)同應(yīng)用便成為區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用的重要抓手，能夠進(jìn)一步促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的創(chuàng)新與變革。

4 區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用

區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)借助區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算的各自優(yōu)勢(shì)，在較為充足的基礎(chǔ)資源下提供了安全高效的數(shù)據(jù)同步與共享機(jī)制。同時(shí)，邊緣協(xié)同計(jì)算服務(wù)已成為車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)降低終端部署成本、提升系統(tǒng)處理能力與效率的關(guān)鍵[12]。因此，將區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算協(xié)同應(yīng)用到車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域便順理成章地成為提升車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全性水平與協(xié)同共享能力、促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展的新動(dòng)能。

結(jié)合區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算協(xié)同應(yīng)用的特點(diǎn)，不難發(fā)現(xiàn)區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)為三個(gè)方面。一是協(xié)作與同步：借助疊加在邊緣節(jié)點(diǎn)上的區(qū)塊鏈服務(wù)，車聯(lián)網(wǎng)中不同邊緣節(jié)點(diǎn)之間的信息孤島將被連接起來，形成異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的跨網(wǎng)合作，為車輛提供無縫服務(wù)。二是安全與信任：區(qū)塊鏈的完整性保證和防篡改特性能夠?yàn)檐嚶?lián)網(wǎng)系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)安全信任機(jī)制，形成去中心化的身份認(rèn)證，防范惡意攻擊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全傳輸。三是數(shù)據(jù)共享：區(qū)塊鏈可以保證多個(gè)參與者數(shù)據(jù)的一致性，在邊緣計(jì)算的組織生態(tài)中形成互聯(lián)互通，在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)可信傳輸、數(shù)據(jù)同步和資源共享，典型的區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用場(chǎng)景如圖3所示。

目前，區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用還主要集中在理論研究層面，因此我們同樣以該領(lǐng)域的典型研究為例，探討區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用情況，相關(guān)研究情況對(duì)比如表3 所示。

圖3 區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)中典型應(yīng)用場(chǎng)景Fig.3 Typical scenario of blockchain in IoV system

表3 區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用典型研究Table 3 Typical studies on vehicular blockchain system

針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享問題，Kang 等人[13]結(jié)合聯(lián)盟區(qū)塊鏈和智能合約技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了車輛邊緣網(wǎng)絡(luò)的安全數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和共享，有效防止了未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)共享問題。此外，他們還提出了一種基于信用的數(shù)據(jù)共享方案，并利用三權(quán)主觀邏輯模型對(duì)車輛的信用進(jìn)行精確管理，在車輛邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了高效率和高安全性的數(shù)據(jù)共享。

為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無線環(huán)境中高效和安全的學(xué)習(xí)，F(xiàn)u 等人[14]提出了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的針對(duì)網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛車輛的群體式學(xué)習(xí)框架。該框架使各個(gè)分布式的自動(dòng)駕駛車輛能夠在本地訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并利用邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)上傳到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)所有網(wǎng)聯(lián)車輛的“群體智能”，在避免了大量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)應(yīng)用區(qū)塊鏈來保障模型共享過程中的安全和隱私，提高了自動(dòng)駕駛車輛的模型訓(xùn)練效率。

考慮網(wǎng)聯(lián)車輛的定位校準(zhǔn)問題，Li 等人[15]從保證合作者和數(shù)據(jù)的安全性與可信度出發(fā)，提出了一種基于區(qū)塊鏈的車輛GPS 定位誤差演化共享框架來提高車輛定位精度。通過對(duì)GPS 誤差的分析，在傳感器豐富的車輛和普通車輛之間共享特定時(shí)間與地點(diǎn)的定位誤差演化來實(shí)現(xiàn)協(xié)作。并通過運(yùn)行在邊緣服務(wù)器上的基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)算法獲得定位誤差演化。他們還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的智能合約，以自動(dòng)高效地執(zhí)行存儲(chǔ)和共享任務(wù)，并解決時(shí)間尺度的不一致問題，有效提升了車聯(lián)網(wǎng)定位糾錯(cuò)和數(shù)據(jù)共享方面的準(zhǔn)確性與安全性。

進(jìn)一步將區(qū)塊鏈與自動(dòng)駕駛應(yīng)用結(jié)合，Jiang等人[16]提出了一種基于區(qū)塊鏈的模型共享方法來提高自動(dòng)駕駛系統(tǒng)目標(biāo)檢測(cè)的跨域適應(yīng)性能?；趨^(qū)塊鏈和邊緣計(jì)算技術(shù)，跨節(jié)點(diǎn)訓(xùn)練了一個(gè)跨域自適應(yīng)的目標(biāo)檢測(cè)模型，可以顯著降低不同對(duì)象類別的領(lǐng)域差異。此外，他們還開發(fā)了智能合約來高效完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和模型共享任務(wù)，并通過區(qū)塊鏈共識(shí)保證了模型共享的可靠性。這種基于區(qū)塊鏈的跨域模型共享方法將有助于提高自動(dòng)駕駛車輛的目標(biāo)檢測(cè)能力，降低其大規(guī)模部署成本。

可見，結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算技術(shù)，基于區(qū)塊鏈的安全同步與共享機(jī)制正廣泛應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、模型等目標(biāo)元素的安全共享研究中，用以提高車聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模部署下的系統(tǒng)協(xié)同能力與安全性水平。

5 未來發(fā)展方向

從第4 章所介紹的區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用情況可以看出，當(dāng)前區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在理論研究上，較為純粹地基于假設(shè)條件下的推導(dǎo)與仿真來驗(yàn)證其應(yīng)用的有效性，還處于一種紙上談兵的階段，缺乏系統(tǒng)級(jí)的實(shí)現(xiàn)與部署，難以支撐應(yīng)用的落地實(shí)踐。所以，實(shí)際應(yīng)用的部署落地將成為未來區(qū)塊鏈技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域布局發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，也將是區(qū)塊鏈技術(shù)與智能交通建設(shè)融合創(chuàng)新發(fā)展的重要方向。而在車聯(lián)網(wǎng)乃至智能交通系統(tǒng)中，車與路均是促進(jìn)應(yīng)用創(chuàng)新與落地部署的核心元素，因此，我們從車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的車和路兩個(gè)角度來探討未來區(qū)塊鏈技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展方向。

從車輛的角度來看，將區(qū)塊鏈應(yīng)用到車聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，有助于進(jìn)一步整合邊緣計(jì)算技術(shù)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供一種安全、協(xié)同的計(jì)算模式。在該模式下，車輛為了解決自身計(jì)算和存儲(chǔ)資源有限的問題，可以利用區(qū)塊鏈技術(shù)所提供的安全共享與同步機(jī)制將本地的存儲(chǔ)和計(jì)算任務(wù)遷移到其他鄰居車輛或高性能的路側(cè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)本地-鄰居-路側(cè)多節(jié)點(diǎn)協(xié)同計(jì)算。同時(shí)，為了防范系統(tǒng)中惡意節(jié)點(diǎn)的攻擊，各邊緣節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的區(qū)塊鏈系統(tǒng)可以在該協(xié)同體系內(nèi)建立起有效的共識(shí)與信任機(jī)制，保障協(xié)同計(jì)算的安全與可信水平。未來這種協(xié)同化的計(jì)算架構(gòu)將促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由當(dāng)前的單車智能化邁向群體智能化，從而有效降低智能車輛部署成本，提高交通運(yùn)行效率。

從路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施的角度來看，借助區(qū)塊鏈和邊緣計(jì)算技術(shù)，將為交通系統(tǒng)提供一種安全可靠的區(qū)域聯(lián)動(dòng)控制架構(gòu)。基于路側(cè)到云端的分層計(jì)算模式，路側(cè)系統(tǒng)可以利用區(qū)塊鏈技術(shù)將具有容時(shí)性和密集數(shù)據(jù)量計(jì)算的任務(wù)上傳云端執(zhí)行，并將具有低延時(shí)、高可靠性需求的控制優(yōu)化任務(wù)的數(shù)據(jù)同步到區(qū)域內(nèi)多個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化計(jì)算。在這一區(qū)域聯(lián)動(dòng)控制架構(gòu)中，區(qū)塊鏈將利用其數(shù)據(jù)同步與不可篡改特性保證數(shù)據(jù)的一致性，建立起數(shù)據(jù)安全共享機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上基于全局化知識(shí)對(duì)車路行為進(jìn)行協(xié)同化決策，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多個(gè)路口的合作與同步，從而使路側(cè)交通控制單元能夠快速響應(yīng)區(qū)域交通流的負(fù)荷，推動(dòng)交通系統(tǒng)由當(dāng)前單點(diǎn)孤立的交通控制向區(qū)域聯(lián)動(dòng)控制轉(zhuǎn)變。

6 結(jié)束語

車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)利用新一代信息通信技術(shù)促進(jìn)了交通系統(tǒng)中人-車-路的進(jìn)一步耦合聯(lián)動(dòng)，助力交通系統(tǒng)從人-車-路協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)為多尺度協(xié)同化發(fā)展。區(qū)塊鏈作為在不可信環(huán)境下建立信任的新興計(jì)算范式與協(xié)作模式，能夠?yàn)榻煌ㄏ到y(tǒng)這一復(fù)雜的耦合聯(lián)動(dòng)體系提供有效的數(shù)據(jù)共享、協(xié)作同步與安全可信保障。在全球都在加快布局區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展的大背景下，推動(dòng)區(qū)塊鏈在車聯(lián)網(wǎng)這一交通強(qiáng)國(guó)與新基建重點(diǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，將有利于進(jìn)一步促進(jìn)汽車、交通與通信等行業(yè)的跨行業(yè)發(fā)展，提升城市管理的智能化、精準(zhǔn)化水平，加速實(shí)現(xiàn)“人民滿意、保障有力、世界前列”的交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)總目標(biāo)。