[发明专利]一种基于区块链的动态频谱接入方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于区块链的动态频谱接入方法。本发明针对无线通信系统提出一种基于区块链技术的动态频谱接入方法，次用户通过协同进行频谱感知和在区块链中记录频谱接入的相关信息来获得由区块链保护的虚拟货币，并使用积累的虚拟货币竞拍由协作频谱感知获得的频谱接入机会。和现有的方案相比，本发明有效激励了次用户进行协同频谱感知，公平地分配了各次用户协同获得的频谱接入机会以及分布式和安全地记录了相关的频谱感知与接入信息。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于区块链的动态频谱接入方法。

背景技术

近年来，如自动驾驶、远程医疗、增强现实和虚拟现实等新兴应用的发展持续加速了移动数据传输的增长。作为数据传输的重要媒介，无线电频谱受到了广泛的需求。为了更高效地利用频谱资源，人们提出了动态频谱接入技术，即在保证授权用户(主用户)的正常使用的前提下，非授权用户(次用户)能接入主用户的频谱。一种方式是次用户通过频谱感知技术感知主用户信道的状态，当感知到主用户的信道为空闲时，次用户便可以接入频谱；当感知到主用户的信道繁忙时，次用户不可接入频谱。然而，这样的方法存在三个方面的问题：第一是由于不利的信道条件例如噪声不确定性、多径衰落和阴影衰落等，单个用户的频谱感知结果可能不正确，因此需要多个用户进行协同频谱感知。然而，因频谱感知会带来能量消耗，协同频谱感知中存在次用户不参与频谱感知而仅靠获取别的次用户的频谱感知结果的情况；第二是若次用户独立地进行频谱感知和接入，会存在多个用户同时感知和接入相同的频谱的可能性。在这种情况下，次用户的数据传输将出现严重的相互干扰，这种干扰将影响用户的传输性能；第三是安全性的缺失：现有的动态频谱接入中没有要求次用户对其频谱接入进行记录，这将导致主用户无法了解自己的频谱被次用户使用的具体情况，也因此面临着被恶意次用户攻击的风险。

发明内容

本发明针对无线通信系统提出一种基于区块链技术的动态频谱接入方法，次用户通过协同进行频谱感知和在区块链中记录频谱接入的相关信息来获得由区块链保护的虚拟货币，并使用积累的虚拟货币竞拍由协作频谱感知获得的频谱接入机会。和现有的方案相比，本发明有效激励了次用户进行协同频谱感知，公平地分配了各次用户协同获得的频谱接入机会以及分布式和安全地记录了相关的频谱感知与接入信息。

本发明考虑一个如图1所示的具有次用户和主用户的无线通信系统。图2表示本发明中基于区块链的动态频谱接入的帧结构。为获得频谱接入权利，各个次用户将依序进行五个操作：

1.次用户在时隙初决定是否进行频谱感知，未进行频谱感知的用户进入休眠；

2.进行了频谱感知的用户将频谱感知的结果广播给其他所有次用户；

3.各个次用户根据公用的融合原则得出最后的频谱感知结果。若结果为主用户在此刻未接入频谱，则次用户进行频谱竞拍，广播自己的出价。在收到所有其他的次用户的出价后，各个次用户本地判断频谱竞拍的胜出者，即出价最高的次用户；

4.各个次用户决定是否参与竞争来获得在区块链中写入频谱接入信息的权利。次用户通过参与哈希运算或其他共识算法，获取发布新的区块的权利，我们将这个过程简称为挖矿。第一个成功挖矿的用户将在区块中记录本时隙内有关频谱接入的信息，包括各次用户进行频谱感知的决策结果、进行了频谱感知的用户的频谱感知结果。若协同频谱感知结果为主用户信道空闲，需要记录的信息还包括各个用户在频谱竞拍中的出价。在记录了相关信息后，第一个成功挖矿的用户将这个区块广播给其他次用户，各次用户收到新的区块后将其保存在本地。根据记录的这些信息，参与了频谱感知和率先挖矿成功的次用户将会被自动奖励被区块链保护的虚拟货币，赢得竞拍的次用户将会被扣除其出价数量的虚拟货币；若没有用户成功挖矿，则这个时隙中的频谱接入信息无法记录到区块链中导致此时刻的频谱竞拍失效，各次用户休眠等待时隙结束；若协同频谱感知结果为主用户信道繁忙时，各次用户休眠等待时隙结束；

5.频谱竞拍的获胜者将进行数据传输。若数据传输成功，次用户将收到ACK(Acknowledgement)信号。