区块链如何帮助6G资源管理与共享

编者按：本文来自英国格拉斯哥大学“通信-感知-图像研究组”的无线通信和分布式共识研究团队投稿，原文作者：徐浩 (Hao Xu)，张磊 (Lei Zhang) 博士， 曹傧 (Bin Cao) 博士，Paulo Valente Klaine 博士，Oluwakayode Onireti 博士，Muhammad Imran 教授。

在网络切片被不同的资源池共享的同时，计算资源也无法避免地下沉，丰富了边缘计算雾计算的生态，为此，我们意识到通信资源并不是孤立存在的，它的背后还有着两种更加初始并值得整合的资源，计算与能源。这样的变革是我们看见了一个以区块链作为核心驱动力的“通信、计算、能源”构成的铁三角生态圈。

第六代移动通信网络（6G）必须提供优于前几代的性能，才能满足新兴服务和应用的要求，例如超过GB每秒的下载速度、更高的可靠性、低于1毫秒的延迟以及万物互联场景（IoE）。但是，由于频谱资源稀缺，有效的资源管理和共享对于实现所有这些雄心勃勃的要求至关重要。区块链则是实现这些目标的一种可能的技术方案。

由于其固有的特性，区块链最近获得了大量的关注，这对6G网络和其他伴生的网络和服务具有重要意义。特别是，区块链在6G中的集成将使网络能够有效地监视和管理资源，更大程度的帮助资源的利用及共享。因此，我们将在本文中讨论在6G的多种应用场景，即IoT，设备到设备（D2D），网络切片（Network Slicing）和跨领域区块链生态系统（Inter-domain blockchain ecosystems），使用区块链技术进行资源管理和共享的潜力。6G的区块链资源管理将会实现频谱资源动态的共享，边缘计算存储资源的共享以及分布式能源的共享。

中国的移动运营商们整合基础设施诞生了中国铁塔公司，实现了通信设施物业共享，而未来的商业形态下，我们将会做到接入网共享，频谱共享，计算资源共享，能源共享，使虚拟运营商的概念能够打开新的篇章，从虚拟通信运营商，走向虚拟资源运营商。

频谱资源的稀缺一直是运营商的眼中钉，最近美国FCC提出了一种动态的频谱许可证管理策略，允许更有效地管理频谱。FCC允许未经许可的非主要用户在不干扰许可的主要用户的情况下能够访问特许的频谱，而现有的频谱共享方案，包括共享电视白噪音频段（TVWS）和公民宽带无线电服务的模型已经有试点。而区块链在频谱共享的最新的进展上，已经被用来保存频谱感知和数据挖掘结果，频谱拍卖结果，频谱租赁映射结果以及空闲频谱的信息。我们认为，将区块链作为可信数据库和动态频谱管理工具（DSM），在提升用户体验和减低管理费用上有良好的应用前景。其中，通过区块链进行频谱拍卖的机制（Spectrum Auction）是克服与动态频谱管理相关的安全挑战和解决缺乏激励机制问题的有效措施之一，并且可以极大程度上提高相关利益方的积极性。

图1 利用智能合约的区块链频谱共享方案

区块链赋能的安全可信自动化跨运营商网络切片管理

在通信物理资源虚拟化与软件定义网络（SDN）的加持之下，网络切片的概念和实践成为实现通信资源调度和保障服务质量的关键，但是现有的网络切片管理功能局限在单个运营商的单方面资源池之上，由于频谱资源的归属性质，很难在现有的框架内进行进一步的调度。因此，回到上文提到的虚拟运营商概念，我们想要看到更加激进的跨运营商分享的可能性。

为此，我们提出借用区块链的中间商性质为多个物理资源池的拥有者提供一个可信的去中心化经纪平台，在平台上将频谱资源，接入网资源和核心网资源进行切片化的打包交易，从而使得跨运营商的网络切片成为可能，并且区块链的引入可以让交易更加透明和可信，避免运营商的体量对网络的公平产生影响，从而让跨运营商网络切片拥有更完善的生态。

区块链不仅能实现安全的自动化网络切片管理，同时还具备以下好处：

极大程度的降低运营（交易和协调）成本；

加快分片协商流程，进一步降低分片协议的成本；

提高每个网络切片的运行效率；

提高网络切片业务的安全性；

为无法承担网络基础设施的虚拟运营商和实体运营商创建使用基于区块链的合约的可能，特别是实体运营商可以按需付费或实时计费的方式将频谱租用给虚拟运营商。

区块链可以非常直接的增强协议的执行力，这些协议与许多资源的中介业务有关。 此外，除了关于服务级别协议的谈判，区块链将可以更有效将定价和服务质量（QoS）等级别标识作为智能合约参数进行动态的管理，下一代网络中与区块链相关的其他机会还包括：

多个运营商之间的交易结算，包括语音交易和所有相关呼叫参与者的呼叫详细记录（CDR）；

管理服务级别协议（SLA）；

简化多个运营商之间的漫游条款和协议；

管理跨境和跨运营商支付的资金；

管理用户/节点的身份和身份验证过程；

管理跨运营商的许可频谱访问权（LSA）。

图2 区块链跨运营商网络切片场景

在网络切片被从不同的资源池共享的同时，计算资源也无法避免的下沉，丰富了边缘计算雾计算的生态，为此，我们意识到通信资源并不是孤立的存在的，它的背后还有着两种更加初始并值得整合的资源，计算与能源。这样的变革是我们看见了一个以“通信、计算、能源”构成的铁三角生态圈。

“未来的能源是分布式的，而作为分布式能源的基础，电力不再只是一种资源，而是会具备货币属性，可以和通信与计算资源进行等价交换。”

我们在对6G的资源管理共享中，展望了未来的能源分布式的趋势，认为分布式的能源将会是以底层通信加计算为基础设施搭建的上层建筑，而区块链会成为他们之间的桥梁，让三者可以自由的进行数据分享和资源交换。而区块链将会成为共享资源生态下的基石。

共享资源是由分布式资源运营商定义的新资产，它们不局限于通信，还包括计算资源和能源。如下图所示。在生态系统中，我们可以使用资源管理方案中的共享通信资产来为区块链交易提供信息支持，共享的能源来提供终端电力支持以及共享的边缘计算资源来提供计算支持，他们所代表的箭头将他们化为通信流，计算流，区块链交易和能源流，它们之间的关系从每一个资源供应商开始，通过域间区块链共享方案，通过公链和相应场景的私链在全球范围内通过跨领域集成将自身扩展到更大的范围，例如智能汽车，金融链，供应链，物流链等。

图3 跨领域的区块链资源管理框架

分布式的能源消费者和生产者

未来的能源分布式趋势不仅仅是生产的分布式，同时也是用电需求的分布式。从我们近几年可再生能源的发展，光伏发电和风力发电成为了一个让人又爱又恨的东西，爱它的高效、低成本，恨它的外部因素不可控、距离终端用户太远、输电损耗大。受到分布式可再生能源大规模应用的矛盾，新进产生的新能源生态为我们提供了思路，但是我们新近产生的新生态正在逐步改变这一现象，首当其冲的便是电动汽车在消费者的生活遍地开花。这让我们的一直受供需平衡困扰的分布式生产者找到了分布式用电的主要消费者。电动汽车所带来的不仅仅是动力电池的用电需求，相伴而生的还有更多分布式建设的基础设施（如充电桩），而这些设施都无法避免的需要通信和计算资源。如果为电力资源建设独立的通信和计算设施，再为基建提供独立的电力和通信设施，以及给计算设施筹划通信和电力资源，不如让他们三者之间开始一场偶遇，而这个偶遇的地方，就是区块链和以区块链为基础的中间平台。

统一的交互平台对通信，计算，能源聚合的催化剂效应

区块链技术为这三者之间带来了一个可信的计费与交互方式，让三者来自不同供应商之间的数据可以透明的流动起来，让分布式电站，运营商基站，车载边缘计算资源都能够同时以生产者和消费者的身份加入到一个自由的市场之中去。6G和之后的通信网络变革很有可能会走向经过跨运营商整合的去运营商化，就像我们在这篇文章里提到的。这一个角度上，运营商会被我们抛弃掉，或者他们可以在未来的生态中找到新的位置。

本文来源：星球日报
原文标题：区块链如何帮助6G资源管理与共享

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编译者/作者：星球日报

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