[发明专利]一种联盟链和边缘计算驱动的电磁频谱管理架构及其共识机制

说明书

本发明提出了一种联盟链和边缘计算驱动的电磁频谱管理架构及其共识机制，属于电磁频谱管理领域。用频设备、4G/5G基站、云计算节点构成端‑边‑云的网络结构，通过边缘计算来驱动电磁频谱管理架构的运行；采用联盟链作为电磁频谱管理架构，省级电磁频谱管理机构作为权威部门对用频设备进行准入许可，并为其生成公钥和私钥；采用多层PBFT作为共识机制，在Commit和Reply步骤之间插入子层PBFT共识机制。一种联盟链和边缘计算驱动的电磁频谱管理架构，包括频谱数据交易方法、频谱数据的非对称加密和防篡改方法、频谱区块结构和产生方法、可扩展性和安全性折中方法。采用多层PBFT作为共识机制，在保证网络安全性的前提下，显著降低共识机制的通信复杂度。

技术领域

本发明属于电磁频谱管理领域，具体涉及一种以联盟区块链和边缘计算为基本框架，以多层PBFT为共识机制的电磁频谱管理架构。

技术背景

频谱资源作为与人们日常生活息息相关的一种自然资源日益受到重视，频谱资源属于国家资源，由国家对其实行统一规划、合理开发、科学管理和有偿使用。一方面，随着大数据技术的发展，频谱大数据赋能的频谱态势逐渐成为各级频谱管理部门的标准配置，集中、精准、多维地对频谱资源使用情况进行监控正在成为各级频谱管理部门的共识；另一方面，随着认知无线电理论与技术的发展走向深入，用频设备正逐步具备频率捷变能力，用频设备以自主、动态的方式使用频谱资源逐渐成为潮流。频谱资源既可空间复用(指采用相同工作频率的多台用频设备，可以在不同的地理空间同时使用该频率)，又具有地域不可分割性(指在一地使用某频率的用频设备，会影响到相邻地域其他用频设备使用该频率)，人工智能技术的嵌入使得用频设备日益具备智能、自主的频谱资源使用能力，但“空间虚警”(Weijia Han，Jiandong Li，Zan Li，Jiangbo Si，and Yan Zhang，“Spatial False Alarmsin Cognitive Radio Network，”IEEE Transactions on Signal Processing， vol.61，no.6，pp.1375-1388，Mar.2013)等问题的存在又使得频谱管理部门无法彻底放开频谱资源的使用管理而不做约束。

可见，当前集中式的频谱资源管理模式已经越来越不适应用户对频谱资源的使用方式，各用频设备以分布式的方式使用频谱资源，也日益呼唤以分布式的方式管理频谱资源。如何在对频谱资源进行频率复用、时域复用、空间复用的同时，克服“空间虚警”等问题对其他用频设备(如“空间虚警”问题中的接收机)带来的干扰和影响，使数以百万计分布在广袤地理空间上的用频设备能够各行其“道”(信道)、各得其“所”(用频地点)、各行其“事”(用频状态良好)，是分布式频谱管理的难题，也是分布式频谱管理的主要挑战。

发明内容

针对现有集中式电磁频谱管理的上述不足，本发明提出一种分布式的电磁频谱管理架构，具体为一种联盟链和边缘计算驱动的电磁频谱管理架构及其共识机制，用以解决目前电磁频谱管理模式中用频设备自主性、动态性不足，或易对其他用频设备产生影响和干扰的问题，同时提出多层PBFT共识机制用以解决所提联盟链和边缘计算驱动的电磁频谱管理架构下可扩展性不足的问题，并对由此衍生的安全性问题进行了折中。可为电磁频谱管理架构提供演进思路，或直接运用于未来电磁频谱管理的组织与实施。

本发明的具体技术方案如下：

一种联盟链和边缘计算驱动的电磁频谱管理架构及其共识机制，包括：

●联盟链和边缘计算驱动的电磁频谱管理架构；

所述联盟链和边缘计算驱动的电磁频谱管理架构包括：