去中心化的Wi-Fi接入资源动态分配模块的设计与实现

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近年来,随着无线局域网技术的高速发展,Wi-Fi热点在不同的生活、工作、娱乐场所分布愈加广泛。但是,Wi-Fi资源的整体利用率并不是很高。无线共享网络是基于分布式服务概念的新型网络,通过鼓励个人共享私人Wi-Fi接入点,提高闲置Wi-Fi资源利用率,成为无线通信领域的发展趋势。当前,无线共享网络的接入资源分配不够合理,运营利润无法有效激励运营商,服务也无法使所有接入用户满意,导致运营商和用户的参与积极性不高,市场发展仍旧有限。因此,研究网络环境中Wi-Fi资源的动态分配技术对推动无线共享网络建设和发展具有重要的理论意义和应用价值。在无线共享网络中,私人Wi-Fi分布分散,且容量有限,有限的资源分配不合理,无法有效满足用户接入需求。此外,不同用户接入不同网络时运营商的收益互有差异,资源分配不合理会使运营商收益较低。为此,本文对无线共享网络中Wi-Fi资源的动态分配技术展开研究,提出了一种Wi-Fi接入资源动态分配算法,在此基础上,设计并实现了去中心化的Wi-Fi接入资源动态分配模块。针对Wi-Fi资源分配不合理使得无法在保证运营商收益最大化的同时为用户提供满意服务的问题,提出一个基于博弈论的Wi-Fi接入资源动态分配算法。首先,以总收益最大化为目标,兼顾用户满意度,建立基于斯塔克尔伯格博弈的网络接入资源动态分配模型;其次,通过两阶段博弈,运营商制定价格策略,激励用户执行网络选择策略,提出基于粒子群算法的接入资源动态分配求解算法,得出最优的网络价格及资源分配。仿真实验表明,所提算法能够实现接入资源的合理分配,在用户满意的同时实现运营商收益最大化。在此基础上,针对传统的中心化无线共享网络系统中密钥安全性低、重要数据所有权不明确的问题,研究小组使用联盟区块链技术,设计一个去中心化的无线共享网络系统,其中,本人负责设计并实现其中的去中心化的Wi-Fi接入资源动态分配模块,并应用基于博弈论的Wi-Fi接入资源动态分配算法。使用Fabric平台搭建区块链网络,将Wi-Fi资源作为通信资产注册在区块链上,使用Node.js和Java作为应用程序开发语言访问Wi-Fi资源,使用Go语言实现链码来制定交易执行逻辑。该模块分为共享者客户端子模块、使用者客户端子模块、接入资源动态分配子模块、连接网络业务子模块、断开网络业务子模块、安全管理子模块和计费服务子模块7大子模块。接入资源动态分配子模块负责在链码中实现资源分配算法,执行在Wi-Fi连接和Wi-Fi断开时的资源再分配。测试结果表明,用户发起接入与断开请求后,触发资源分配过程,网络中的资源分配情况始终处在最优状态,保证运营商收益最大化和用户满意度,同时在为用户提供服务的过程中,可以保证密钥信息的安全性,归还资源所有权给共享者,有效推动无线共享网络的建设与应用。
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