[发明专利]一种基于区块链的去中心化群体机器人系统框架

说明书

本发明公开了一种基于区块链的去中心化群体机器人系统框架，主要采用了损失检测机制、声誉机制、区块链技术等。基于此框架设计的中心化群体机器人系统能够兼容不同类型的机器人，拥有稳定快速的执行效率以及抵抗各类攻击的能力，且能很好地保护数据交互隐私，同时提供全局信息，从而使系统中的机器人更好地做出决策。本发明提出的技术方案与现有的去中心化群体机器人框架相比更安全、更稳定，更适合在实际生产中落地应用。

技术领域

本发明涉及群体机器人技术领域，尤其涉及一种基于区块链的去中心化群体机器人系统框架。

背景技术

群体机器人系统(Swarm Robotic System)的主要目标是通过大量的简单机器人，在机器人与机器人之间、机器人与环境之间完成系统使用者期望得到的集体行为。同时，群体机器人系统拥有扩展性好、灵活性强、容错率高等特点。

现有的群体机器人系统根据架构设计的不同，可分为两大类：中心化群体机器人系统与去中心化群体机器人系统。中心化群体机器人系统中常拥有一个到多个中央指挥的角色，其主要职责是收集来自各个机器人的数据进行计算并指定群体的全局行为；而这一特点使得中心化群体机器人系统对中央指挥的存活状态高度敏感，一旦中央指挥丢失，则系统将陷入瘫痪；此外，受系统控制策略以及系统通讯能力所限，系统无法支撑机器人数量不断增加的应用场景，进而无法完成更为复杂的任务。在去中心化群体机器人系统中，由于不需要中心化决策角色，同时采取分布式的通讯及控制方式，可以有效地避免数据处理中心化带来的延迟，并使整个系统的计算复杂度不再受限于群体大小。但现有的去中心化群体机器人系统仍面临着许多挑战，比如：无法将群体收集到的传感数据整合为全局知识；即使机器人间通过局部互动来分享全局知识，也无法使机器人很好地根据全局知识做出决策；随着机器人个体数量的不断增长以及机器人个体分布的越发广泛，现有的系统难以保证全局知识在传播过程中的安全性与稳定性。

Ferrer[The blockchain:a new framework for robotic swarm systems[C]//Proceedings of the future technologies conference.Springer,Cham,2018:1037-1058.]提出将区块链技术与去中心化群体机器人系统进行结合，并讨论了区块链在系统中的应用场景，强调了全局知识的重要性，但未能提供详细的理论基础去指导实现基于区块链的群体机器人系统。Ozyilmaz等人[Ozyilmaz K R,Yurdakul A.Designing aBlockchain-based IoT with Ethereum,swarm,and LoRa:the software solution tocreate high availability with minimal security risks[J].IEEE ConsumerElectronics Magazine,2019,8(2):28-34.]提出并初步实现了基于区块链的物联网基础设施框架(Blockchain-based Internet of Things Infrastructure)，结合了区块链技术后，使得系统中的机器人能够根据全局知识完成决策，但仍然存在安全性与鲁棒性不足，不能有效地应对恶意攻击、机器人个体损失的问题。这说明现有研究的成果难以投入实际应用，而现有系统又缺乏泛化能力，无法提供充分的安全分析、完善的测试机制、更优秀的安全协议。

上述问题都阻碍着群体机器人系统的进一步发展。