[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一种基于区块链和协作式人工智能动态定价的实时智能合约系统，用于物联网驱动的智能收费应用。通过将多智能体系统与Quorum区块链集成，车辆与收费站能够实时自主协商车道使用和结算，借助分布式学习和基于激励的决策机制，实现即时交易、增强隐私保护并优化资源利用。

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

研究动机与目标

• 为解决传统收费系统中的低效问题，实现车辆与收费站之间实时、自动且安全的交易。
• 利用区块链技术保障物联网移动系统中数据的完整性、隐私性以及无需信任的经济结算。
• 通过学习实时与历史数据的多智能体系统，实现协作智能与动态定价。
• 通过真实场景演示，展示智能合约在现实世界中的即时结算与物联网数据变现能力。
• 验证一种混合优化模型，结合全局（长期）与局部（短期）决策机制，以实现公平且高效的收费使用。

提出的方法

• 使用quorum-maker部署Quorum区块链网络，实现车辆与收费站智能体之间安全的、受权限控制的点对点通信。
• 使用Python实现车辆与收费站智能体，使其能够根据用户偏好和实时状况自主协商。
• 使用Solidity开发智能合约，以自动化并强制执行经济交易，包括在选择车道后立即进行以太币转账。
• 集成web3.js以连接区块链并执行交易，交易结果通过基于React.js的用户界面仪表板进行可视化。
• 采用分布式学习技术，使智能体根据历史交易数据和实时车辆密度更新定价策略。
• 应用合作竞争型多智能体框架，使智能体在本地协作（如为紧急车辆优化路线）的同时，在全局范围内竞争以实现最优结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 物联网设备与基础设施之间的实时智能合约如何实现即时、无需信任的收费交易？
• RQ2 协作式人工智能与多智能体系统在智能收费系统中如何改善动态定价与资源分配？
• RQ3 区块链技术如何在去中心化的物联网移动生态系统中保障数据保密性、不可篡改性与安全性？
• RQ4 结合全局（历史）与局部（上下文）优化对系统公平性与效率有何影响？
• RQ5 自主智能体能否在实时协商并结算收费的同时，最大化用户激励与基础设施利用率？

主要发现

• 通过基于区块链的智能合约，系统实现了收费交易的即时结算，消除了多日结算延迟。
• 成功利用实时数据与历史交易模式实施了动态定价，实现了根据车辆密度与用户偏好自适应调整车道价格。
• 演示系统证实，车辆可基于用户定义的激励自主协商车道选择（快速通道 vs. 经济通道），且结果不可篡改地记录在Quorum区块链上。
• 多智能体系统的集成实现了本地化决策，例如通过激励交通信号调整来优先通行紧急车辆。
• 基于React.js构建的用户界面实时展示了钱包余额、交易历史与车道状况，提升了系统的透明度。
• 该架构证明，通过区块链与人工智能赋能的安全、隐私保护且基于激励的机制，物联网数据变现是可行的。