一种基于无线环境图协助的频谱区块链交易机制及交易方法技术

一种基于无线环境图协助的频谱区块链交易机制及交易方法，属于频谱区块链、后5G/6G无线通信技术领域。包括预交易阶段和交易处理阶段，预交易阶段完成频谱资源的最优匹配，交易处理阶段完成频谱交易的执行、验证、打包，包括三个大步骤：REM构建，频谱预交易匹配，频谱交易处理与验证。本发明专利技术能够从多角度评估频谱资源与交易需求适配度，并结合经济特性来激励节点参与频谱交易且选择适配度高的频谱进行交易，提高频谱利用率，最大化频谱使用效益。同时通过所提交易机制降低交易对同频节点带来的干扰，提高交易成功率。利用区块链与智能合约的去中心化和自动化保证频谱交易的安全性、有效性、公平性，解决中心化单点故障和信任缺失问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线环境图协助的频谱区块链交易机制及交易方法


[0001]本专利技术涉及一种基于无线环境图协助的频谱区块链交易机制及交易方法，属于频谱区块链、后5G/6G无线通信


技术介绍

[0002]随着第五代移动通信系统(Fifth
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Generation，5G)在全球的大规模商用，无线通信业务量呈现激增态势，而频谱作为一种稀缺资源，二者之间的供需矛盾严重阻碍了无线移动通信技术的高速发展。相对于5G而言，第六代移动通信系统(Sixth
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Generation，6G)对无线通信技术提出了更高的要求，例如峰值速率达到100Gbit/s～1Tbit/s，通信时延0.1ms,每立方米的连接设备超百个等，普遍提升10～100倍，这就驱使我们进一步改善频谱资源管理方式，扩展频谱资源，提高频谱使用效率。目前缓解供需矛盾的方法主要从两个维度考虑，第一个维度是扩展频谱资源，例如采用太赫兹频段、可见光频谱等进行通信；另一个维度是频谱资源自身的使用效率，例如基于认知无线电的动态频谱接入、基于区块链网络的频谱资源交易。频谱资源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无线环境图协助的频谱区块链交易机制，其特征在于,包括预交易阶段和交易处理阶段，预交易阶段完成频谱资源的最优匹配，交易处理阶段完成频谱交易的执行、验证、打包，包括三个大步骤：S1、REM构建，S2、频谱预交易匹配，S3、频谱交易处理与验证。2.根据权利要求1所述的一种基于无线环境图协助的频谱区块链交易机制，其特征在于,分为超级节点、预处理节点及普通节点，超级节点承载无线环境图，能够信息处理与信息交互，且不参与频谱交易，负责与预处理节点与普通买卖节点交互管理交易过程，预处理节点负责交易机制中预交易阶段的匹配合约的执行以及交易处理阶段的交易验证，普通节点指提出频谱交易申请的买卖节点，负责频谱交易的申请。3.根据权利要求1所述的一种基于无线环境图协助的频谱区块链交易机制，其特征在于,S1REM构建包括以下步骤：在REM数据库构建时，将节点按区域进行无线环境图的构建，并将REM数据库进行分层，按存储范围分为本地层和全局层，本地层存储本地节点相关数据信息，全局层则存储节点干扰数据、空闲频谱数据供所有节点访问；按存储内容分为干扰库、用频信息库、交易信息库、空闲频谱库，干扰库存储所有节点干扰信息并建立干扰重叠图，以供节点快速获取干扰关系；用频信息库存储节点具体位置信息、所用频段、使用期限、频谱使用许可证、发射功率；交易信息库存储节点历史交易数据、交易频率及数字化资产，辅助预交易处理节点进行价格计算及效益值调控；空闲频谱库则存储频谱区块链网络中有频谱信息及其交易参数带宽、可用时长、发射功率、干扰、价格、频段拥挤程度及频谱专用性，REM数据库承载在每个区域内的超级节点上，频谱区块链系统的超级节点不具备频谱交易功能，进行高效快速的信息处理，第一步骤S1
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1：每个节点依据自身位置信息申请加入对应的区域无线环境数据库(无线环境图)，REM对节点信息进行验证，验证通过后将节点信息存入节点库，第二步骤S1
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2：节点收到入库响应后，向REM提交具体位置信息、用频信息(带宽、干扰、功率信息)及节点交易数据信息(节点历史累计效益值、交易频率)，第三步骤S1
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3：REM根据节点位置信息及干扰信息构建节点干扰重叠图，通过超级节点间的交互，建立全局节点干扰关系库，第四步骤S1
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4：REM根据节点提交的所用频段、发射功率、主要业务类型等用频信息建立本地节点用频信息库，第五步骤S1
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5：REM根据节点历史交易数据、累计交易效益值及交易频率建立本地节点交易信息库，第六步骤S1
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6：REM针对频谱提供方数据、感知节点的频谱感知数据，通过超级节点的交互，建立全局空闲频谱库，并且每段空闲频谱均有其交易参数带宽、可用时长、允许发射功率、干扰、价格、频段拥挤程度、频谱专用性。4.根据权利要求1所述的一种基于无线环境图协助的频谱区块链交易方法，其特征在于,S2频谱预交易匹配包括以下步骤：主要包括预交易阶段和交易处理阶段，每个阶段包含一个智能合约执行过程，分别是频谱交易匹配合约和执行合约，频谱预交易阶段主要包括以下几个步骤：
第一步骤S2
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1：每个节点加入区块链系统，与本区域内超级节点进行交互，申请加入对应区域环境数据库，并提交节点详细信息进行无线环境图的构建与更新，第二步骤S2
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2：每个买方节点有频谱交易需求时向区块链超级节点(REM数据库)提交交易申请，并提供期望频谱指标、关键需求权重及主要业务类型(该部分数据可由终端提供也可由无线环境图预测提供)，查询可交易频谱组，第三步骤S2
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3：区块链超级节点通过REM查询空闲频谱库及干扰关系数据库确定买方节点的可交易频谱组，将可交易频谱组返回给买方节点，详细步骤如下步骤(1)至步骤(3)：步骤(1)REM检索库内可交易频谱资源，根据买方节点提供的期望频谱指标及关键需求权重初步确定买方节点的可交易频谱组(此时可交易频谱组中是所有能够满足买方节点需求的可交易频谱资源)，并将可交易频谱组提交给预处理节点，步骤(2)预处理节点对REM提供的可交易频谱组中对应的卖家进行验证，步骤(3)预交易处理节点执行智能合约对可交易频谱组中可交易参数进行验证，并访问REM干扰库获取干扰关系，计算可交易频谱组中每段频谱交易后对同频节点造成的干扰值，如果存在频谱使得交易后的干扰值超过了阈值，则把该频谱从可交易频谱组中删除，可交易参数表示为：其中，b
j
为卖方频谱资源带宽，b
min
为买方需求带宽，t
j
为卖方频谱资源可用时长，t
min
为买方使用时长，p
max
为允许最大发射功率，p
i
为买方发射功率，p
min
为用户业务需求功率，干扰计算公式如下：其中，为买方i的发射功率；pl为电波传播的路径损耗，G
t
和G
r
分别为发射机和接收机天线的增益，进一步，对同频节点的平均干扰可以表示为：其中，M为系统中同频节点的数量，第四步骤S2
‑
4：预交易处理节点访问REM获取买方节点的历史累计效益值、买方节点发射位置、空闲频段拥挤程度、频段专用性、支持业务类型，计算每段可交易频谱带来的干扰差值、价格优化因子、适配度参数、成本参数，详细步骤如下步骤(1)至步骤(5)：步骤(1)预处理节点获取REM干扰库中每个卖方节点的干扰关系，计算每段频谱所属卖方节点对其他同频节点造成的干扰值，并根据S2中得到的拟交易后买方节点对其他同频节点造成的干扰值计算交易干扰差值，
干扰差值计算公式如下：其中，为买家i拟交易后对同频节点造成的干扰均值，为原卖家j对同频节点造成的干扰均值，步骤(2)预交易处理节点访问REM数据库获取节点历史累计效益值，利用(1)中得到的交易干扰差值执行智能合约，计算得到该节点对可交易频谱组中每段频谱的价格优化因子，得到拟交易价格，价格优化因子的计算公式如下：价格优化因子的计算公式如下：价格优化因子的计算公式如下：其中，a和b为特征权重，可以根据实际需求设置，且满足a+b＝1；U
i
和U0分别为节点历史累计效益值和累计效益值的参考值；交易对同频节点干扰的影响，ΔI
th
为交易对同频节点干扰影响的参考值；f为效用函数，η
x
和σ
x
为可调参数，步骤(3)预处理节点依据关键需求权重及业务类型计算买方节点对可交易频谱组中每段频谱的适配度参数计算公式如下所示：其中，λ是业务类型匹配因子，w
i
是关键需求权重，与买方节点提供的频谱需求指标相关，此处考虑了带宽、可用时长、功率，x
i
是频谱指标差值归一化后的数值由计算得到，其中a和b是可调参数，此处分别设置为
‑
0.5和1，步骤(4)预处理节点根据获得的买方节点发射位置、空闲频段拥挤程度、频段专用性等信息计算成本参数β，计算公式如下所示：β＝β1*β2*β3其中，β1是描述频段拥挤程度的参数，频段越拥挤该参数值越大；β2是描述买方节点发射位置特点的参数，发射位置越靠近城区中心区域该参数值越大；β3是描述频谱专用性的参数，参数值随频谱专用性而变化，步骤(5)将得到的交易干扰差值、价格优化因子、适配度参数、成本参数等添加到可交易频谱组中的频谱交易参数，第五步骤S2
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5：预处理节点执行匹配智能合...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵友平，王胜超，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：