本发明专利技术提供了一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统。区块链用于实现去中心化网络设备安全接入认证和数据的安全共享管理；在边缘网络中融合数字孪生，对局部网络状况和移动基站信息进行分析、预测、决策和调度；通过联邦学习，实现大规模的网络基础设施的调度与可信共享。此外，本发明专利技术建立了面向6G网络的高吞吐量区块链系统吞吐量优化模型，推导了区块链网络在共识中进行计算和通信所花费的时间，分析了影响系统吞吐量的因素，并提出了吞吐量的优化方法。最后，本发明专利技术还建立了面向6G网络的高吞吐量区块链系统的安全性能分析模型，描述了面向6G网络的高吞吐量区块链系统针对拜占庭攻击采取的措施，分析了系统受到恶意节点攻击时的安全性能。的安全性能。的安全性能。
【技术实现步骤摘要】
一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统和性能优化模型
[0001]本专利技术涉及一种面向6G网络的高吞吐量区块链和性能优化模型，可用于区块链
技术介绍
[0002]移动通信网络的发展越来越受业务应用需求驱动，随着高清视频、AR/VR等应用的兴起，视频流量占网络总流量的比例将超过80％。海量的用户需求为现有移动通信网络架构带来了巨大的挑战，需要网络具有高效、安全、可扩展的内容分发能力。5G网络实现了从面向通信到面向服务的转变，而6G将在5G基础上全面支持整个世界的数字化，并结合人工智能等技术的发展，实现智慧的泛在可取、全面赋能万事万物，推动社会走向虚拟与现实结合的“数字孪生”世界，实现“数字孪生，智慧泛在”的美好愿景。这些场景将需要安全内生、智慧内生、数字孪生等新的网络能力，这同时也对数据隐私提出了更高要求。
[0003]未来的6G网络需要与传统网络互连，其中大量的多元化的节点(如宏基站、小基站、终端等)具有差异化的通信特征、缓存能力、计算能力以及负载状况等，因此，需要协同不同的节点，实现分布式网络资源互补和按需组网，满足未来全息通信、智慧工业等复杂业务需求。但是，这些分布式网络资源可能属于不同的企业、运营商、个人或第三方等，因此需要一套新的信任和安全管理解决方案，保证资源安全可信共享和数据安全流通及隐私保护。
[0004]未来的6G时代，存在着全息通信、智慧工业等复杂应用场景，需要应对海量终端接入、巨量数据传输，以及超低时延、超高带宽、超高可靠等差异化业务需求，并将呈现出全频谱、全应用、全覆盖和强安全的特征。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种面向6G网络的高吞吐量区块链和性能优化模型。
[0006]本专利技术的目的将通过以下技术方案得以实现：一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统，该6G网络分为三层，包括核心云层、边缘云层和设备层，
[0007]所述核心云层主要由各运营商提供的云计算中心组成，负责系统的整体调度、管理和监督，并统领各分片链中作为主节点的MEC完成联邦学习，训练全局的网络设备调度模型，在网络中出现新节点时，对新节点进行身份认证和注册，将新节点根据注册信息分入各个分片；
[0008]所述边缘云层由高性能的移动边缘计算节点MEC和各类基站组成，MEC负责连接通信网络中的核心云层和设备层，主要任务是管理分片内部的分片链共识和中继联邦学习消息，还可以参与主链共识获取全局模型；
[0009]所述设备层由传感器、网关设备、智能终端、固定基站和移动基站组成，是网络中用于决策和聚合模型的数据的来源，负责收集数据，下达决策和形成本地模型，设备层中有
若干个分片，每一个分片内有若干个簇，这些簇将分片内的所有设备全部覆盖，每一个簇都有一个网关或智能终端作为簇头，负责接收传感器发送的数据并向移动基站下达相应指令。
[0010]优选地，所述区块链网络采用分片区块链设计，包括一个主链和若干个分片链，
[0011]所述分片链由同一个分片的边缘云层中的移动边缘计算节点MEC与设备层中的网关和智能终端节点共同维护，存储的内容包括设备层中的各个分簇中维护的数字孪生模型以及由原始数据和对移动基站下达的指令组成的大量非结构化数据摘要；
[0012]所述主链由核心云层中的云计算中心和边缘云层中的MEC共同维护，负责管理区块链网络中的所有分片及节点和保存联邦学习的模型；
[0013]分片链结合数字孪生通过传感器发送给网关和智能终端的数据建立本地模型完成对网络基础设施调度，主链结合联邦学习，将各分片链中的本地模型聚合成全局模型，实现大规模网络基础设施的调度与可信共享。
[0014]优选地，所述网络基础设施调度包括如下步骤：
[0015]S1：当一个新的网络设备进入网络时，首先要向最近的云计算中心提出注册申请，完成注册后，将根据其配置信息决定该设备在网络中的任务和分片，该网络设备包括传感器，智能终端、网关设备和服务器；
[0016]S2：每个分簇的簇头不断地从分簇内的设备接收原始数据，当新的一轮工作周期开始，设备层的网关将在前一工作周期中收集到的物理空间的真实数据传送给数字孪生虚拟空间；
[0017]S3：虚拟空间根据收到的数据文件进行分析和预测，更新数字孪生状态；
[0018]S4：当网络中出现网络拥堵或者更高速率的网络服务请求的预兆，超出固定宏基站的服务能力时，根据更新后的模型向移动基站下达调度指令，为指定区域的用户提供临时的高速的网络服务，并更新数字孪生状态；
[0019]S5：若当前工作周期中需要对网络基础设施进行调度，则在调度完成后，设备层将数字孪生的状态更新和当前工作周期所使用的数据文件摘要上传至分片链，分片内部完成数据和模型的共识；
[0020]S6：在工作周期的开始，核心云中的云计算中心会完成工作周期负责人的选举，当前工作周期的负责人向网络中的各个分片分配联邦学习任务；
[0021]S7：各个分片根据分片链中共识的数字孪生状态更新完成本地模型的更新；
[0022]S8：选为负责人的云计算中心收集足够的本地模型；
[0023]S9：云计算中心将本地模型进行聚合，将聚合后的全局模型和各分片的本地模型作为交易发布到主链网络中进行共识。
[0024]优选地，负责接收传感器发送的数据包括业务类别和网络状况。
[0025]本专利技术还揭示了一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统的性能优化模型，推导了区块链网络在共识中进行计算和通信所花费的时间，通过分析区块链网络共识时间和交易吞吐量来评估网络的工作效率，分析出影响系统吞吐量的主要因素为分片数量，并求解出了不同网络规模下的最佳分片数量和最佳系统吞吐量。
[0026]本专利技术还揭示了描述了面向6G网络的高吞吐量区块链系统针对拜占庭攻击采取的措施，通过攻击模型和防御模型，分析了系统受到恶意节点攻击时的安全性能。
[0027]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0028](1)本系统中区块链用于实现去中心化网络设备安全接入认证和数据的安全共享管理，为敏感数据提供定制化的安全服务，并采用了分片区块链的设计，尽可能地提高系统的吞吐量；在边缘网络中融合数字孪生，实时连接数字空间和物理空间，对局部网络状况和移动基站信息进行分析、预测和决策，实现移动网络高效的智能调度自组织。
[0029]通过联邦学习，在保护个人数据隐私的同时建立网络智能调度整体模型，兼顾整体和局部的调度和优化，边缘的数字孪生和全局的联邦学习融合，实现大规模的网络基础设施的调度与可信共享。
[0030](2)建立了面向6G网络的高吞吐量区块链系统吞吐量优化模型。推导了区块链网络在共识中进行计算和通信所花费的时间，通过分析区块链网络共识时间和交易吞吐量来评估网络的工作效率，分析了影响系统吞吐量的因素，并提出了吞吐量的优化方法。
[0031](3)建立了面向6G网络的高吞吐量本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统，其特征在于：该6G网络分为三层，包括核心云层、边缘云层和设备层，所述核心云层主要由各运营商提供的云计算中心组成，负责系统的整体调度、管理和监督，并统领各分片链中作为主节点的MEC完成联邦学习，训练全局的网络设备调度模型，在网络中出现新节点时，对新节点进行身份认证和注册，将新节点根据注册信息分入各个分片；所述边缘云层由高性能的移动边缘计算节点MEC和各类基站组成，MEC负责连接通信网络中的核心云层和设备层，主要任务是管理分片内部的分片链共识和中继联邦学习消息，还可以参与主链共识获取全局模型；所述设备层由传感器、网关设备、智能终端、固定基站和移动基站组成，是网络中用于决策和聚合模型的数据的来源，负责收集数据，下达决策和形成本地模型，设备层中有若干个分片，每一个分片内有若干个簇，这些簇将分片内的所有设备全部覆盖，每一个簇都有一个网关或智能终端作为簇头，负责接收传感器发送的数据并向移动基站下达相应指令。2.根据权利要求1所述的一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统，其特征在于：所述区块链网络采用分片区块链设计，包括一个主链和若干个分片链，所述分片链由同一个分片的边缘云层中的移动边缘计算节点MEC与设备层中的网关和智能终端节点共同维护，存储的内容包括设备层中的各个分簇中维护的数字孪生模型以及由原始数据和对移动基站下达的指令组成的大量非结构化数据摘要；所述主链由核心云层中的云计算中心和边缘云层中的MEC共同维护，负责管理区块链网络中的所有分片及节点和保存联邦学习的模型；分片链结合数字孪生通过传感器发送给网关和智能终端的数据建立本地模型完成对网络基础设施调度，主链结合联邦学习，将各分片链中的本地模型聚合成全局模型，实现大规模网络基础设施的调度与可信共享。3.根据权利要求2所述的一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统，其特征在于：所述网络基础设施调度包括如下步骤：S1：当一个新的网络设备进入网络时，首先要向最近的云计算中心提出注...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓荣，倪钦崟，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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