劉秋妍　張忠皓　李福昌　馮毅　李佳俊

【摘? 要】針對未來6G移動通信網(wǎng)絡工作頻段更高、覆蓋范圍更小、建網(wǎng)成本更高、帶寬需求更大等問題，分析了6G網(wǎng)絡多方共建、頻譜動態(tài)共享的發(fā)展趨勢，提出了基于區(qū)塊鏈的多方頻譜動態(tài)共享排隊論模型，分析了區(qū)塊鏈系統(tǒng)區(qū)塊體長度對區(qū)塊處理時延、平均隊列長度之間的影響，并結合移動通信網(wǎng)絡物理資源分配參數(shù)、區(qū)塊鏈系統(tǒng)處理能力和業(yè)務特征，對基于區(qū)塊鏈的頻譜動態(tài)共享場景進行了仿真對比分析。

【關鍵詞】6G;網(wǎng)絡共建;區(qū)塊鏈;動態(tài)頻譜共享

1? ?6G網(wǎng)絡頻譜共享趨勢

資源受限一直是困擾移動通信網(wǎng)絡發(fā)展的關鍵，隨著移動互聯(lián)業(yè)務對大帶寬、廣覆蓋需求的進一步提高，向太赫茲頻段和天地一體立體化組網(wǎng)架構等領域發(fā)展已經(jīng)成為未來6G移動通信網(wǎng)絡演進的必然趨勢[1]。但是，更高的工作頻段也意味著更大的路徑損耗、更小的覆蓋半徑和更高昂的建網(wǎng)成本，立體化的組網(wǎng)架構同時也將更多的網(wǎng)絡運營者，因此，無論是從業(yè)務需求、技術痛點還是成本效益角度出發(fā)，共建共享都有可能成為未來6G網(wǎng)絡建設的重要方向[2]。另一方面，除了電信運營商有授權頻譜之外，部分垂直行業(yè)也都有相應的專屬授權頻譜，垂直行業(yè)專有授權頻譜通常只在一定的地域范圍或一定的行業(yè)應用領域中使用，并沒有形成高效的應用規(guī)模，頻譜利用效率通常較低，反之大量的垂直行業(yè)只能使用有限的非授權頻譜。因此，如何高效利用垂直行業(yè)和電信運營商的授權頻譜為全行業(yè)提供公平可信的頻譜共享資源也是未來6G網(wǎng)絡亟待解決的問題。

在6G網(wǎng)絡架構中，如圖1所示，衛(wèi)星運營商通過衛(wèi)星網(wǎng)絡提供廣覆蓋基礎能力，地面電信運營商提供基于太赫茲、毫米波、sub6G頻段為主的大帶寬熱點服務，垂直行業(yè)基于專用網(wǎng)絡設備通過租賃電信運營商或其他垂直行業(yè)授權頻段提供專有領域移動網(wǎng)絡，個人用戶也可以通過部署即插即用設備和租賃頻段的方式為個人用戶及周邊區(qū)域提供移動通信網(wǎng)絡。在多方參與共建、頻譜動態(tài)共享的6G網(wǎng)絡中，如何公平可信的衡量頻譜動態(tài)共享狀況，實現(xiàn)頻譜動態(tài)共享交易準確高效實時結算是保障全網(wǎng)穩(wěn)定運營的關鍵[3-6]。因此，基于分布式多方共識和智能合約的區(qū)塊鏈技術已經(jīng)成為保障未來6G網(wǎng)絡多方共建資源共享的底層技術趨勢[7-10]。

2? ? 基于區(qū)塊鏈的頻譜動態(tài)共享系統(tǒng)建模

圖2為基于區(qū)塊鏈的6G頻譜動態(tài)共享示意圖。

3? ?仿真與對比分析

在6G共建共享網(wǎng)絡中，頻譜動態(tài)共享和頻譜需求是與空口物理資源塊最小時域長度相當?shù)?，通常是ms級，區(qū)塊鏈系統(tǒng)交易處理時延是與系統(tǒng)算力相關的，本仿真假設為μs級，區(qū)塊體中含有的交易數(shù)是由區(qū)塊鏈系統(tǒng)設計相關的，通常包含幾百至上千個交易。

圖3給出了不同區(qū)塊體長度時，區(qū)塊鏈系統(tǒng)處理頻譜動態(tài)共享交易的平均時延隨區(qū)塊鏈系統(tǒng)頻譜動態(tài)共享交易平均處理頻率變化曲線。圖4給出了不同區(qū)塊體長度時，區(qū)塊鏈系統(tǒng)處理頻譜動態(tài)共享交易隊列平均長度隨區(qū)塊鏈系統(tǒng)頻譜動態(tài)共享交易平均處理頻率變化曲線。當區(qū)塊體長度增加時，頻譜動態(tài)共享交易打包處理時延由亞ms級增加到ms級，頻譜動態(tài)共享交易在區(qū)塊鏈系統(tǒng)平均列長度也會隨之增加，但是相對于區(qū)塊體長度而言，等待隊列相長度遠小區(qū)塊體長度，屬于系統(tǒng)可接受范圍。

4? ? 結束語

基于未來6G移動通信網(wǎng)絡工作頻段更高、覆蓋范圍更小、建網(wǎng)成本更高、帶寬需求更大等關鍵問題，本文提出了6G網(wǎng)絡多方共建、頻譜動態(tài)共享的發(fā)展趨勢和網(wǎng)絡架構愿景，指出區(qū)塊鏈是保障6G網(wǎng)絡公平可信共建共享的關鍵。本文提出了基于區(qū)塊鏈的多方頻譜動態(tài)共享排隊論模型，分析了區(qū)塊鏈系統(tǒng)區(qū)塊體長度對區(qū)塊處理時延、平均隊列長度之間的影響，并結合移動通信網(wǎng)絡物理資源分配參數(shù)、區(qū)塊鏈系統(tǒng)處理能力和業(yè)務特征，對基于區(qū)塊鏈的頻譜動態(tài)共享場景進行了仿真對比分析，仿真結果表明當區(qū)塊體長度增加時，頻譜動態(tài)共享交易打包處理時延由亞ms級增加到ms級，頻譜動態(tài)共享交易在區(qū)塊鏈系統(tǒng)平均列長度也會隨之增加，但是相對于區(qū)塊體長度而言，等待隊列相長度遠小區(qū)塊體長度，屬于系統(tǒng)可接受范圍。

參考文獻：

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作者簡介

劉秋妍（orcid.org/0000-0003-1798-9938）：高級工程師，博士，現(xiàn)任職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司網(wǎng)絡技術研究院，主要研究方向為無線通信與區(qū)塊鏈技術。

張忠皓：教授級高級工程師，博士，現(xiàn)任職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司網(wǎng)絡技術研究院，主要研究方向為5G網(wǎng)絡、毫米波技術與邊緣計算技術。

李福昌：教授級高級工程師，博士，現(xiàn)任職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司網(wǎng)絡技術研究院，主要研究方向為移動通信及無線網(wǎng)絡新技術應用。