مخطط نشر خوادم الحافة لتقنية البلوك تشين في إنترنت المركبات

جدول المحتويات

• 1. المقدمة
• 2. الخلفية والأعمال ذات الصلة
  • 2.1 البلوك تشين في إنترنت المركبات
  • 2.2 دمج الحوسبة الطرفية
• 3. المنهجية
  • 3.1 النموذج النظامي
  • 3.2 صياغة المشكلة
  • 3.3 الخوارزمية العشوائية
• 4. النتائج التجريبية
• 5. التحليل التقني
• 6. التنفيذ البرمجي
• 7. التطبيقات المستقبلية
• 8. المراجع

1. المقدمة

مع تطور المركبات الذكية، أصبحت الاتصالات الآمنة والموثوقة بين المركبات مشكلة رئيسية في إنترنت المركبات (IoVs). تعتبر تقنية البلوك تشين حلاً عملياً بسبب لا مركزيتها، وعدم قابليتها للتزوير، وصيانتها الجماعية. ومع ذلك، فإن قدرة الحوسبة المحدودة لعقد المركبات تشكل تحديات لتنفيذ البلوك تشين. تقترح هذه الورقة استخدام الحوسبة الطرفية مع وحدات الطرق (RSUs) كخوادم طرفية لمعالجة هذه القيود.

2. الخلفية والأعمال ذات الصلة

2.1 البلوك تشين في إنترنت المركبات

توفر تقنية البلوك تشين نقل بيانات آمن من خلال بنيتها اللامركزية. تتطلب عملية التنقيب (التعدين) موارد حاسوبية كبيرة، وهو أمر يمثل تحدياً لعقد المركبات محدودة الموارد. وفقاً للورقة الأصلية للبتكوين التي كتبها ناكاموتو، فإن إجماع إثبات العمل يتطلب قوة حوسبة كبيرة لا يمكن للأجهزة المحمولة توفيرها.

2.2 دمج الحوسبة الطرفية

تمدد الحوسبة الطرفية قدرات السحابة إلى حافة الشبكة، مما يوفر خدمات في الوقت الفعلي بكُمون أقل. تعتبر وحدات الطرق (RSUs) خوادم طرفية مثالية بسبب طوبولوجيا شبكتها المستقرة، وقنوات اتصالها الموثوقة، وقدراتها الحاسوبية/التخزينية المتفوقة مقارنة بعقد المركبات.

3. المنهجية

3.1 النموذج النظامي

يتكون النظام من عقد المركبات، ووحدات الطرق التي تعمل كخوادم طرفية، وشبكة بلوك تشين. تقوم الخوادم الطرفية بتنفيذ عمليات التنقيب وإدارة بيانات البلوك تشين، بينما تقوم المركبات بنقل المهام الحاسوبية إلى هذه الخوادم.

3.2 صياغة المشكلة

تمت صياغة مشكلة التغطية على أنها تعظيم عدد عقد المركبات التي تغطيها الخوادم الطرفية المنشورة. يمكن التعبير عن الدالة الهدف كالتالي: $\max \sum_{i=1}^{n} x_i$ بشروط $\sum_{j \in N(i)} y_j \geq x_i$ لكل $i$، حيث تشير $x_i$ إلى ما إذا كانت المركبة $i$ مغطاة وتشير $y_j$ إلى ما إذا تم نشر الخادم الطرفي $j$.

3.3 الخوارزمية العشوائية

تحسب الخوارزمية العشوائية المقترحة حلولاً تقريبية لنشر الخوادم الطرفية لتعظيم تغطية المركبات. توفر الخوارزمية ضماناً نظرياً لجودة الحل مع تعقيد زمني متعدد الحدود.

4. النتائج التجريبية

قارنت المحاكاة المخطط المقترح مع استراتيجيات النشر الأخرى. حققت الخوارزمية العشوائية تحسناً في التغطية يقارب 15-20٪ مقارنة بأساليب الجشع (Greedy) وتحسناً بنسبة 25-30٪ مقارنة بالنشر العشوائي. تم تقييم الأداء تحت كثافات وأنماط حركة مختلفة للمركبات، مما أظهر تفوقاً مستمراً في مقاييس التغطية.

5. التحليل التقني

منظور محلل الصناعة: يتناول هذا البحث عنق زجاجة حرجاً في الشبكات المركبة من خلال دمج عملي للبلوك تشين والحوسبة الطرفية. النهج سليم تقنياً ولكنه يواجه تحديات قابلية التوسع في البيئات الحضرية الكثيفة. توفر الخوارزمية العشوائية حدوداً نظرية جيدة ولكنها قد تواجه صعوبة في قرارات النشر في الوقت الفعلي. مقارنة بأعمال مماثلة مثل CycleGAN لترجمة الصور، يعالج هذا الحل مشكلة تحسين أكثر تقييداً بمتطلبات كُمون أشد. إن دمج وحدات الطرق كمنقبين هو مبتكر ولكنه يعتمد بشكل كبير على الاستثمار في البنية التحتية.

6. التنفيذ البرمجي

الكود الزائف لخوارزمية النشر العشوائي:

function RandomizedDeployment(vehicles, potentialSites):
    deployedServers = []
    uncovered = vehicles.copy()
    
    while uncovered not empty:
        candidate = randomSelect(potentialSites)
        coverage = calculateCoverage(candidate, uncovered)
        if coverage > threshold:
            deployedServers.append(candidate)
            uncovered = removeCovered(uncovered, candidate)
        potentialSites.remove(candidate)
    
    return deployedServers

7. التطبيقات المستقبلية

تشمل الاتجاهات المستقبلية دمج التعلم الآلي للنشر التنبؤي، وتطوير آليات إجماع هجينة تجمع بين إثبات العمل وإثبات الحصة، والتوسع إلى شبكات المركبات 5G/6G. تمتد التطبيقات لتشمل بنية تحتية للمدن الذكية، وتنسيق المركبات المستقلة، وأنظمة إدارة المرور الموزعة.

8. المراجع

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Shi, W., et al. (2016). Edge Computing: Vision and Challenges.
3. Zhu, L., et al. (2020). Blockchain-based Secure Data Sharing in IoV.
4. IEEE Transactions on Vehicular Technology, Special Issue on Blockchain in IoV.
5. Isola, P., et al. (2017). Image-to-Image Translation with Conditional Adversarial Networks (CycleGAN).