[發明專利]一種基于區塊鏈的動態頻譜接入方法

有效

• 申請號: 201910988903.8
• 申請日: 2019-10-17
• 公開（公告）號: CN110601780B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 梁應敞;胡仕生
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種基于區塊鏈的動態頻譜接入方法。本發明針對無線通信系統提出一種基于區塊鏈技術的動態頻譜接入方法，次用戶通過協同進行頻譜感知和在區塊鏈中記錄頻譜接入的相關信息來獲得由區塊鏈保護的虛擬貨幣，并使用積累的虛擬貨幣競拍由協作頻譜感知獲得的頻譜接入機會。和現有的方案相比，本發明有效激勵了次用戶進行協同頻譜感知，公平地分配了各次用戶協同獲得的頻譜接入機會以及分布式和安全地記錄了相關的頻譜感知與接入信息。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種基于區塊鏈的動態頻譜接入方法。

背景技術

近年來，如自動駕駛、遠程醫療、增強現實和虛擬現實等新興應用的發展持續加速了移動數據傳輸的增長。作為數據傳輸的重要媒介，無線電頻譜受到了廣泛的需求。為了更高效地利用頻譜資源，人們提出了動態頻譜接入技術，即在保證授權用戶(主用戶)的正常使用的前提下，非授權用戶(次用戶)能接入主用戶的頻譜。一種方式是次用戶通過頻譜感知技術感知主用戶信道的狀態，當感知到主用戶的信道為空閑時，次用戶便可以接入頻譜；當感知到主用戶的信道繁忙時，次用戶不可接入頻譜。然而，這樣的方法存在三個方面的問題：第一是由于不利的信道條件例如噪聲不確定性、多徑衰落和陰影衰落等，單個用戶的頻譜感知結果可能不正確，因此需要多個用戶進行協同頻譜感知。然而，因頻譜感知會帶來能量消耗，協同頻譜感知中存在次用戶不參與頻譜感知而僅靠獲取別的次用戶的頻譜感知結果的情況；第二是若次用戶獨立地進行頻譜感知和接入，會存在多個用戶同時感知和接入相同的頻譜的可能性。在這種情況下，次用戶的數據傳輸將出現嚴重的相互干擾，這種干擾將影響用戶的傳輸性能；第三是安全性的缺失：現有的動態頻譜接入中沒有要求次用戶對其頻譜接入進行記錄，這將導致主用戶無法了解自己的頻譜被次用戶使用的具體情況，也因此面臨著被惡意次用戶攻擊的風險。

發明內容

本發明針對無線通信系統提出一種基于區塊鏈技術的動態頻譜接入方法，次用戶通過協同進行頻譜感知和在區塊鏈中記錄頻譜接入的相關信息來獲得由區塊鏈保護的虛擬貨幣，并使用積累的虛擬貨幣競拍由協作頻譜感知獲得的頻譜接入機會。和現有的方案相比，本發明有效激勵了次用戶進行協同頻譜感知，公平地分配了各次用戶協同獲得的頻譜接入機會以及分布式和安全地記錄了相關的頻譜感知與接入信息。

本發明考慮一個如圖1所示的具有次用戶和主用戶的無線通信系統。圖2表示本發明中基于區塊鏈的動態頻譜接入的幀結構。為獲得頻譜接入權利，各個次用戶將依序進行五個操作：

1.次用戶在時隙初決定是否進行頻譜感知，未進行頻譜感知的用戶進入休眠；

2.進行了頻譜感知的用戶將頻譜感知的結果廣播給其他所有次用戶；

3.各個次用戶根據公用的融合原則得出最后的頻譜感知結果。若結果為主用戶在此刻未接入頻譜，則次用戶進行頻譜競拍，廣播自己的出價。在收到所有其他的次用戶的出價后，各個次用戶本地判斷頻譜競拍的勝出者，即出價最高的次用戶；

4.各個次用戶決定是否參與競爭來獲得在區塊鏈中寫入頻譜接入信息的權利。次用戶通過參與哈希運算或其他共識算法，獲取發布新的區塊的權利，我們將這個過程簡稱為挖礦。第一個成功挖礦的用戶將在區塊中記錄本時隙內有關頻譜接入的信息，包括各次用戶進行頻譜感知的決策結果、進行了頻譜感知的用戶的頻譜感知結果。若協同頻譜感知結果為主用戶信道空閑，需要記錄的信息還包括各個用戶在頻譜競拍中的出價。在記錄了相關信息后，第一個成功挖礦的用戶將這個區塊廣播給其他次用戶，各次用戶收到新的區塊后將其保存在本地。根據記錄的這些信息，參與了頻譜感知和率先挖礦成功的次用戶將會被自動獎勵被區塊鏈保護的虛擬貨幣，贏得競拍的次用戶將會被扣除其出價數量的虛擬貨幣；若沒有用戶成功挖礦，則這個時隙中的頻譜接入信息無法記錄到區塊鏈中導致此時刻的頻譜競拍失效，各次用戶休眠等待時隙結束；若協同頻譜感知結果為主用戶信道繁忙時，各次用戶休眠等待時隙結束；

5.頻譜競拍的獲勝者將進行數據傳輸。若數據傳輸成功，次用戶將收到ACK(Acknowledgement)信號。