[논문 리뷰] Real time Smart Contracts for IoT using Blockchain and Collaborative Intelligence based Dynamic Pricing for the next generation Smart Toll Application

Misha Abraham, Himajit Aithal외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 28.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 13인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 블록체인과 협업형 인공지능 기반 동적 요금 책정을 활용한 블록체인 기반 IoT 스마트 터널 응용을 위한 실시간 스마트 컨트랙트 시스템을 제안한다. Quorum 블록체인과 다중 에이전트 시스템을 통합함으로써 차량과 요금소는 실시간으로 주행 차선 사용과 정산을 자율적으로 협상하게 되며, 분산 학습과 인cent라이즈 기반 의사결정을 통해 즉각적인 거래, 향상된 프라이버시, 최적화된 자원 사용을 달성한다.

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

연구 동기 및 목표

• 기존 요금제의 비효율성을 해결하기 위해 차량과 요금소 간 실시간, 자동화되고 안전한 거래를 가능하게 하기 위해.
• IoT 기반 이동성 시스템에서 데이터 무결성, 프라이버시, 신뢰할 수 없는 경제적 정산을 위해 블록체인을 활용하기 위해.
• 실시간 및 역사적 데이터에서 학습하는 다중 에이전트 시스템을 활용해 협업 지능과 동적 요금 책정을 구현하기 위해.
• 실제 시연자에서 스마트 컨트랙트를 통해 IoT 데이터의 즉각적 정산과 상용화를 입증하기 위해.
• 공정하고 효율적인 요금 사용을 위해 글로벌(장기적) 및 로컬(단기적) 의사결정을 조합한 하이브리드 최적화 모델을 검증하기 위해.

제안 방법

• 차량 및 요금소 에이전트 간 안전하고 허가된 페어 투 페어 통신을 가능하게 하기 위해 quorum-maker를 사용해 Quorum 블록체인 네트워크를 구축했다.
• 사용자 선호도와 실시간 조건에 기반한 자율적 협상이 가능한 Python 기반 차량 및 요금소 에이전트를 구현했다.
• 즉각적인 이더 전송을 포함한 경제적 거래를 자동화하고 강제화하기 위해 솔리디티(Solidity)로 스마트 컨트랙트를 개발했다.
• 블록체인과의 인터페이스를 구현하고 거래를 실행하기 위해 web3.js를 통합했으며, 결과는 React.js 기반 UI 대시보드를 통해 시각화했다.
• 에이전트들이 역사를 기반으로 한 거래 데이터와 실시간 차량 밀도를 바탕으로 가격 전략을 업데이트하는 분산 학습 기법을 활용했다.
• 에이전트들이 지역적으로 협력(예: 응급차량 경로 최적화)하면서도 글로벌적으로 최적의 결과를 얻기 위해 경쟁하는 공존형 다중 에이전트 프레임워크를 적용했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IoT 기기와 인프라 간 실시간 스마트 컨트랙트는 어떻게 즉각적이고 신뢰할 수 없는 요금 거래를 가능하게 하는가?
• RQ2 협업형 AI와 다중 에이전트 시스템은 스마트 터널 시스템에서 동적 요금 책정과 자원 할당을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ3 블록체인 기술은 탈중앙화된 IoT 이동성 생태계에서 데이터 기밀성, 불변성, 보안을 어떻게 확보할 수 있는가?
• RQ4 장기적(역사적) 및 단기적(맥락 기반) 최적화를 조합함으로써 시스템의 공정성과 효율성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 자율적 에이전트는 사용자 인cent라이즈와 인프라 활용도를 극대화하면서 실시간으로 요금 납부를 협상하고 정산할 수 있는가?

주요 결과

• 블록체인 기반 스마트 컨트랙트를 통해 요금 거래가 즉각적으로 정산되어 수일에 걸친 정산 지연이 제거되었다.
• 실시간 데이터와 역사를 기반으로 한 거래 패tern을 활용해 동적 요금 책정이 성공적으로 구현되었으며, 차량 밀도와 사용자 선호도에 따라 적응형 차선 요금 책정이 가능했다.
• 시연자에서 차량이 사용자 정의 인센티브에 기반해 빠른 차선 또는 경제적 차선을 자율적으로 협상함을 확인했으며, 결과는 Quorum 블록체인에 불변성 있게 기록되었다.
• 다중 에이전트 시스템 통합으로 응급차량 우선순위 부여를 위해 교통 신호 조정을 유도하는 지역적 의사결정이 가능해졌다.
• React.js로 제작된 사용자 인터페이스는 지갑 잔액, 거래 이력, 차선 상태를 실시간으로 제공하여 시스템의 투명성을 향상시켰다.
• 아키텍처는 블록체인과 AI가 제공하는 보안성, 프라이버시 보존, 인센티브 기반 메커니즘을 통해 IoT 데이터 상용화가 가능하다는 것을 입증했다.