[論文レビュー] Real time Smart Contracts for IoT using Blockchain and Collaborative Intelligence based Dynamic Pricing for the next generation Smart Toll Application

Misha Abraham, Himajit Aithal+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、ブロックチェーンと協調的AI駆動型動的価格設定を活用した、IoTベースのスマートトンルアプリケーション向けのリアルタイムスマートコントラクトシステムを提案する。マルチエージェントシステムとクォーラムブロックチェーンを統合することで、車両とトンルがリアルタイムでレーン使用と決済を自律的かつ自動的に交渉し、分散学習とインcentiveベースの意思決定によって即時取引、プライバシーの強化、リソースの最適化を実現する。

ABSTRACT

The confluence of Internet of Things(IoT) , Blockchain(BC) and Artificial Intelligence(AI) acts as a key accelerator for enabling Machine Economy. To be ready for future businesses these technologies needs to be adapted by extending the IoT capabilities to Economy of Things (EoT) capabilities. In this paper we focus on one such implementation experience for Smart Toll Transaction application in the domain of mobility. Our paper showcases a possible solution by leveraging negotiations, decision making, distributed learning capabilities at the devices level using AI-enabled Multi-Agent Systems and the real-time smart contracts between the Cars and Tolls using Blockchain. This solution also showcases the monetization of real time data coming from various IoT devices which are part of vehicles and infrastructure. While blockchain secures the privacy of the participants it also acts as an economic transactional layer and governance layer between the devices in the networ

研究の動機と目的

• 従来のトンルシステムにおける非効率を是正し、車両とトンルの間でリアルタイムで自動的かつ安全な取引を可能にする。
• ブロックチェーンを活用して、IoTベースのモビリティシステムにおけるデータ整合性、プライバシー、信頼できない経済的決済を実現する。
• リアルタイムおよび歴史的データからの学習を活用したマルチエージェントシステムを用いて、協調的知能と動的価格設定を実装する。
• 実世界のデモンストレータを用いて、スマートコントラクトによるIoTデータの即時決済および収益化を実証する。
• 公平で効率的なトンル利用を実現するため、グローバル（長期的）およびローカル（短期的）意思決定を統合したハイブリッド最適化モデルを検証する。

提案手法

• クォーラムブロックチェーンネットワークをクォーラムメイカーを用いて展開し、車両エージェントとトンルエージェント間の安全で許可されたピアツーピア通信を実現した。
• Pythonを用いて車両エージェントとトンルエージェントを実装し、ユーザーの好みとリアルタイムの状況に基づく自律的交渉を可能にした。
• スマートコントラクトをSolidityで開発し、取引の自動化と強制を実現。レーン選択時に即時イーサー送金を実現した。
• web3.jsを統合してブロックチェーンに接続し、取引を実行。結果はReact.jsベースのUIダッシュボードで可視化した。
• 分散学習技術を活用し、エージェントが歴史的取引データとリアルタイムの車両密度に基づいて価格戦略を更新した。
• 協調的・競合的（コオペティティブ）マルチエージェントフレームワークを適用。エージェントは局所的に協力（例：緊急車両のルーティング最適化）を行う一方で、グローバルには最適な結果を獲得するために競争する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IoTデバイスとインfraストラクチャ間のリアルタイムスマートコントラクトは、どのように即時で信頼できないトンル取引を可能にするか？
• RQ2 協調的AIおよびマルチエージェントシステムは、スマートトンルシステムにおける動的価格設定とリソース割り当てをどのように改善するか？
• RQ3 ブロックチェーン技術は、分散型IoTモビリティエコシステムにおいて、データ機密性、改ざん不可性、セキュリティをどのように確保するか？
• RQ4 グローバル（歴史的）およびローカル（文脈的）最適化を統合した場合、システムの公平性と効率性にどのような影響を与えるか？
• RQ5 自律的エージェントは、ユーザーインセンティブとインfraストラクチャの利用度を最大化しながら、リアルタイムでトンル料金を交渉・決済できるか？

主な発見

• ブロックチェーンベースのスマートコントラクトにより、トンル取引が即時決済され、数日分の決済遅延が解消された。
• リアルタイムデータと歴史的取引パターンを活用して動的価格設定が成功裏に実装され、車両密度とユーザーの好みに応じた適応的レーン価格が可能になった。
• デモンストレータは、ユーザー定義のインセンティブに基づき、車両が高速レーンと経済的レーンの選択を自律的に行い、その結果がクォーラムブロックチェーンに改ざん不可に記録されていることを確認した。
• マルチエージェントシステムの統合により、交通信号の調整をインcentive化することで緊急車両の優先ルートを実現するような局所的意思決定が可能になった。
• React.jsで構築されたユーザーアクセスインターフェースにより、ウォレット残高、取引履歴、レーン状況のリアルタイム可視化が可能になり、システムの透明性が向上した。
• このアーキテクチャは、ブロックチェーンとAIによって可能になる安全でプライバシーを守る、インcentive駆動のメカニズムを通じたIoTデータの収益化が実現可能であることを示した。