CN110719593B - 一种基于区块链的频谱共享方法、基站设备和区块链网络 - Google Patents

一种基于区块链的频谱共享方法、基站设备和区块链网络 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于区块链的频谱共享方法，包括：预测本侧基站频谱的利用率；当本侧基站的频谱利用率将超过预定阈值时，向区块链网络中发送频谱购买请求，以使得其他运营商的移动边缘计算网关节点向本侧基站提供频谱出售信息；当本侧基站的频谱中存在空闲频段时，向本侧移动边缘计算网关节点发送空闲频段的信息，以使得该网关节点向其他运营商的基站发送频谱出售信息。在本发明中，基站节点的通信任务过多时，可以向区块链网络内的其它基站节点购买空闲频段，通信任务较少时，可以通过向其他基站节点出售自己的空闲频段，进而通过区块链网络实现了频谱的共享，避免了无线电频谱资源的浪费。本发明还提供一种基站设备以及一种区块链网络。

Description

一种基于区块链的频谱共享方法、基站设备和区块链网络
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及提供一种基于区块链的频谱共享方法、一种用于实现该频谱共享方法的基站设备以及一种包括该基站设备的区块链网络。
背景技术
随着信息技术的飞速发展，各地区无线电业务使用需求日益增强，使得无线电频谱资源日益紧张。
在现有的无线电频谱管理方案中，通常会出现一些基站被授权使用的频段数量无法满足其使用需求，而其余基站被授权使用的频段处于空闲状态的情况，造成无线电频谱资源的浪费。
因此，如何提供一种能够避免无线电频谱资源浪费的无线电频谱管理方法，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在提供一种能够避免无线电频谱资源浪费的频谱共享方法。
为实现上述目的，作为本发明的第一个方面，提供一种基于区块链的频谱共享方法，所述方法应用于区块链中的基站节点，所述频谱共享方法包括：
根据本侧基站的频谱使用记录预测本侧基站频谱的利用率；
当本侧基站的频谱利用率将超过预定阈值时，向所述区块链网络中发送频谱购买请求，以使得预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点向本侧基站提供频谱出售信息；
当本侧基站的频谱中存在未被使用的空闲频段时，向管理本侧基站频段的移动边缘计算网关节点发送空闲频段的信息，以使得该移动边缘计算网关节点向区块链中的其他运营商的基站发送频谱出售信息，所述频谱出售信息包括所述空闲频段的信息。
优选地，所述频谱共享方法还包括，在向所述区块链网络中发送频谱购买请求的步骤之后进行的：
响应于预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点提供的频谱出售信息，在所述频谱出售信息中选择合适的频段；
使用选择的频段与终端设备通信。
优选地，所述空闲频段的信息包括所述空闲频段的频段信息和所述空闲频段空闲的时间；
在所述频谱出售信息中选择合适的频段的步骤包括：根据预测出的本侧基站的频谱利用率超过预定阈值的繁忙时间段、以及所述空闲频段空闲的时间选择合适的频段。
优选地，所述频谱共享方法还包括，在所述频谱出售信息中选择合适的频段的步骤之后进行的：
向区块链网络中广播发送频段确认请求，以将本侧基站所选择的频段告知发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点。
优选地，所述使用选择的频段与终端设备通信的步骤包括：
响应于发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点对所述频段确认请求的二次签名信息后，使用选择的频段与终端设备通信。
作为本发明的第二个方面，提供一种基站设备，所述基站设备形成为区块链中的基站节点，所述基站设备包括：
频谱使用预测模块，用于根据本侧基站的频谱使用记录预测本侧基站频谱的利用率；
购买请求发送模块，用于在本侧基站的频谱利用率将超过预定阈值时，向所述区块链网络中发送频谱购买请求，以使得预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点向本侧基站提供频谱出售信息；
空闲频段发送模块，用于在本侧基站的频谱中存在未被使用的空闲频段时，向管理本侧基站频段的移动边缘计算网关节点发送空闲频段的信息，以使得该移动边缘计算网关节点向区块链中的其他运营商的基站发送频谱出售信息，所述频谱出售信息包括所述空闲频段的信息。
优选地，所述基站设备还包括：
出售信息接收模块，用于接收预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点提供的频谱出售信息；
频段选择模块，用于在所述频谱出售信息中选择合适的频段；
通信控制模块，用于使用选择的频段与终端设备通信。
优选地，所述基站设备还包括：
确认请求发送模块，用于向区块链网络中广播发送频段确认请求，以将本侧基站所选择的频段告知发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点。
优选地，所述通信控制模块包括：
签名信息接收单元，用于接收发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点对所述频段确认请求的二次签名信息；
通信控制单元，用于在所述签名信息接收单元接收到所述二次签名信息后，使用选择的频段与终端设备通信。
作为本发明的第三个方面，提供一种区块链网络，所述区块链网络包括多个基站节点和多个移动边缘计算网关节点，其中，形成所述基站节点的基站设备包括前面所述的基站设备，多个所述移动边缘计算网关节点一一对应地与多个所述基站通信连接，所述移动边缘计算网关节点用于响应于本侧基站节点发出的空闲频段的信息，向区块链中其他运营商的基站节点发送频谱出售信息，所述频谱出售信息包括所述空闲频段的信息。
优选地，当所述基站设备包括签名信息接收单元时，所述区块链网络还包括频谱结算节点，所述频谱结算节点用于根据移动边缘计算网关节点发出的二次签名信息，记录基站设备购买的频段和频段的使用时间。
在本发明提供的频谱共享方法中，对于任一基站节点，在预测到本侧基站通信任务过多时，可以向预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点发送频段购买请求，从而能够根据其他运营商的移动边缘计算网关节点发出的频谱出售信息，使用其他运营商的基站节点的空闲频段；并且，在本侧基站通信任务较少时，可以通过移动边缘计算网关节点向任务繁忙的基站节点发送频谱出售信息，以出售自己的空闲频段。从而通过区块链实现了频谱的共享，避免了无线电频谱资源的浪费。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提供的基于区块链的频谱共享方法的一种实施方式的示意图；
图2是本发明提供的频谱共享方法的另一种实施方式的示意图；
图3是本发明提供的频谱共享方法的另一种实施方式的示意图；
图4是本发明提供的基站设备的一种实施方式的示意图；
图5是本发明提供的基站设备的另一种实施方式的示意图；
图6是本发明提供的基站设备的另一种实施方式的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为解决上述技术问题，作为本发明的第一个方面，提供一种基于区块链的频谱共享方法，所述方法应用于区块链中的基站节点，如图1所示，所述频谱共享方法包括：
S01、根据本侧基站的频谱使用记录预测本侧基站频谱的利用率；
S11、当本侧基站的频谱利用率将超过预定阈值时，向所述区块链网络中发送频谱购买请求，以使得预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点向本侧基站提供频谱出售信息；
S21、当本侧基站的频谱中存在未被使用的空闲频段时，向管理本侧基站频段的移动边缘计算网关节点发送空闲频段的信息，以使得该移动边缘计算网关节点向区块链中的其他运营商的基站发送频谱出售信息，所述频谱出售信息包括所述空闲频段的信息。
在本发明中，每个移动边缘计算(MEC，Mobile Edge Computing)网关均作为一个服务节点接入区块链并为各基站节点提供频谱共享服务(所述区块链的创世区块中保存有运营商等大型频谱拥有者的多个移动边缘计算网关节点的区块链标识和公钥等信息，共同作为区块链的创始节点对区块链进行管理，所述管理行为可以包括判断是否允许向某个基站分享频谱等)。
所述本侧基站的频谱是指基站节点拥有使用权的所有频段。频段的使用权是由基站的所有者在区块链的任意一个频谱拥有者处通过非区块链的方式取得的(例如，可以是运营商、企业、高校等合法运营基站的机构在运营商营业厅办理相应业务的方式获取频段使用权。并且，办理相应业务时需要办理者出具自己的信用体系记录或频谱购买资格文件等信息，以杜绝伪基站运营者、黑客等不法分子购买频谱，避免伪基站的产生)。
在本发明提供的频谱共享方法中，对于任一基站节点，在预测到本侧基站通信任务过多，本侧基站拥有使用权的频段数量将无法满足使用需求时，可以以区块链广播的形式向预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点发送频段购买请求，从而能够根据其他运营商的移动边缘计算网关节点发出的频谱出售信息，使用其他运营商的基站节点的空闲频段。
并且，在本侧基站通信任务较少，存在本侧基站拥有使用权但未使用的空闲频段时，可以通过移动边缘计算网关节点向任务繁忙的基站节点发送频谱出售信息，以出售自己的空闲频段。
如此一来，各基站均可以在通信任务繁忙时使用其他基站(包括不同运营商的基站以及不同企事业单位的基站)的频段，也可以在通信任务较少时释放自己的频段，以供区块链网络内繁忙的基站使用，进而通过区块链实现了频谱的共享，避免了无线电频谱资源的浪费。
在本发明提供的方法中，各基站节点以及各移动边缘计算网关节点之间的通信均是通过区块链广播的方式实现的，各基站节点、各移动边缘计算网关节点向区块链广播消息时，消息中均携带有该节点的私钥签名，其它节点接收到其消息时，会对私钥签名进行验证，以避免消息错误、黑客攻击等问题。
为提高各基站节点、各移动边缘计算网关节点之前通信的安全性，优选地，在本发明提供的方法中，所述频段使用请求还包括基站标识、设备号、物理地理位置、所属运营商标识中的至少一者。在其他运营商的移动边缘计算网关节点接收到该频段使用请求，并对该频段使用请求的私钥签名进行验证的同时，还需要根据频段使用请求中的基站标识、设备号、基站所属运营商标识等信息查找发出频段使用请求的基站节点是否在合法基站列表中，上述信息均验证通过后，再将经过私钥签名的频段出售信息广播发送给该发出频段使用请求的基站节点。
在本发明中，所述本侧基站的频谱中存在未被使用的空闲频段，可以是当前未被使用的频段，也可以是步骤S01中预测到的不需要使用的频段。
本发明对如何使用其他基站的空闲频段不做具体限定，例如，如图2所示，所述频谱共享方法还包括，在向所述区块链网络中发送频谱购买请求的步骤S11之后进行的：
S12、响应于预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点提供的频谱出售信息，在所述频谱出售信息中选择合适的频段；
S13、使用选择的频段与终端设备通信。
为提高频谱的利用率，优选地，所述空闲频段的信息包括所述空闲频段的频段信息和所述空闲频段空闲的时间。
在所述频谱出售信息中选择合适的频段的步骤S12包括：根据预测出的本侧基站的频谱利用率超过预定阈值的繁忙时间段、以及所述空闲频段空闲的时间选择合适的频段。
在本发明中，基站节点根据预测出的本侧基站的繁忙时间段与其他基站空闲频段的空闲的时间选择合适的频段，从而避免了频谱资源的浪费。
优选地，所述空闲频段的信息还包括所述空闲频段的价格，所述空闲频段的价格。本发明对所述价格不作具体限定，例如，所述价格可以包括每使用该空闲频段单位时间需要支付给拥有该频段所有权的基站节点(或拥有该基站的运营商)的费用，或者其他形式的经济利益。
为提高频谱共享信息交互的准确性，避免出现两基站同时使用同一频段的错误，优选地，如图3所示，所述频谱共享方法还包括，在所述频谱出售信息中选择合适的频段的步骤S12之后进行的：
S14、向区块链网络中广播发送频段确认请求，以将本侧基站所选择的频段告知发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点。
为进一步提高频谱共享信息交互的准确性，优选地，所述使用选择的频段与终端设备通信的步骤S13包括：
响应于发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点对所述频段确认请求的二次签名信息后，使用选择的频段与终端设备通信。
在此优选实施方式中，不仅需要向区块链网络中广播发送频段确认请求，还需要再等待出售频谱的移动边缘计算网关节点对该频段确认请求进行确认并广播发送了二次签名信息后，才开始使用选择的频段与终端设备通信，以保证出售频谱的基站节点不再使用或重复出售该频段。
所述二次签名是指，购买该频段的基站节点发出频段确认请求时，在频段确认请求中加入基站的标识、设备号、物理地理位置等信息，并使用基站自身的私钥对频段确认请求进行一次签名。出售频谱的移动边缘计算网关节点接收到该频段确认请求后，对购买该频段的基站节点的私钥进行验证并通过后，再使用自身的私钥对该频段确认请求进行二次签名，并将二次签名信息再次广播至区块链网络中。
所述二次签名信息不仅能够用于将频段确认请求的确认结果通知给购买该频段的基站节点，还能够用于频谱共享信息的统计。例如，优选地，所述区块链网络还包括频谱结算节点，所述二次签名信息还用于通过所述区块链网络发送至所述频谱结算节点，以便于所述频谱结算节点记录基站节点选择的频段、该频段的价格、频段的使用时间等信息。
在本发明中，所述频谱结算节点归属于各运营商的频谱结算系统，每次基站之间进行频谱共享后，所述频谱结算节点均能够从区块链网络中接收到所述二次签名信息，所述频谱结算节点能够查询区块链账本找到该二次签名信息对应的公钥来进行私钥签名的验证，并在验证通过后记录基站节点购买的频段的使用时长、价格等信息，以供后期结算使用。
优选地，本发明提供的频谱共享方法循环进行，以提高基站之间的频谱共享效率。
作为本发明的第二个方面，提供一种基站设备，所述基站设备形成为区块链中的基站节点，如图4所示，所述基站设备包括频谱使用预测模块01、购买请求发送模块11和空闲频段发送模块21，其中：
频谱使用预测模块01用于执行步骤S10，即，频谱使用预测模块01用于根据本侧基站的频谱使用记录预测本侧基站频谱的利用率；
购买请求发送模块11用于执行步骤S11，即，购买请求发送模块11用于在本侧基站的频谱利用率将超过预定阈值时，向所述区块链网络中发送频谱购买请求，以使得预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点向本侧基站提供频谱出售信息；
空闲频段发送模块21用于执行步骤S21，即，空闲频段发送模块21用于在本侧基站的频谱中存在未被使用的空闲频段时，向管理本侧基站频段的移动边缘计算网关节点发送空闲频段的信息，以使得该移动边缘计算网关节点向区块链中的其他运营商的基站发送频谱出售信息，所述频谱出售信息包括所述空闲频段的信息。
在本发明提供的基站设备在预测到本侧基站通信任务过多时，可以以区块链广播的形式向预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点发送频段购买请求，从而能够根据其他运营商的移动边缘计算网关节点发出的频谱出售信息，使用其他运营商的基站节点的空闲频段。并且，在本侧基站通信任务较少，存在本侧基站拥有使用权但未使用的空闲频段时，可以通过移动边缘计算网关节点向任务繁忙的基站节点发送频谱出售信息，以出售自己的空闲频段。进而通过区块链实现了频谱的共享，避免了无线电频谱资源的浪费。
优选地，如图5所示，所述基站设备还包括出售信息接收模块121、频段选择模块122和通信控制模块13，其中：
出售信息接收模块121和频段选择模块122用于执行步骤S12，即，出售信息接收模块121用于接收预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点提供的频谱出售信息；频段选择模块122用于在所述频谱出售信息中选择合适的频段；
通信控制模块13用于执行步骤S13，即，通信控制模块13用于使用选择的频段与终端设备通信。
为提高频谱的利用率，优选地，所述空闲频段的信息包括所述空闲频段的频段信息和所述空闲频段空闲的时间；频段选择模块122用于根据预测出的本侧基站的频谱利用率超过预定阈值的繁忙时间段、以及所述空闲频段空闲的时间选择合适的频段。
为提高频谱共享信息交互的准确性，避免出现两基站同时使用同一频段的错误，优选地，如图6所示，所述基站设备还包括：
确认请求发送模块14，用于执行步骤S14，即，确认请求发送模块14用于向区块链网络中广播发送频段确认请求，以将本侧基站所选择的频段告知发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点。
为进一步提高频谱共享信息交互的准确性，优选地，所述通信控制模块13包括：
签名信息接收单元，用于接收发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点对所述频段确认请求的二次签名信息；
通信控制单元，用于在所述签名信息接收单元接收到所述二次签名信息后，使用选择的频段与终端设备通信。
作为本发明的第三个方面，提供一种区块链网络，所述区块链网络包括多个基站节点和多个移动边缘计算网关节点，其中，形成所述基站节点的基站设备包括上文中所述的基站设备，多个所述移动边缘计算网关节点一一对应地与多个所述基站通信连接，所述移动边缘计算网关节点用于响应于本侧基站节点发出的空闲频段的信息，向区块链中其他运营商的基站节点发送频谱出售信息，所述频谱出售信息包括所述空闲频段的信息。
当所述基站设备包括签名信息接收单元时，优选地，所述区块链网络还包括频谱结算节点，所述频谱结算节点用于根据移动边缘计算网关节点发出的二次签名信息记录基站设备购买的频段和频段的使用时间。
在本发明提供的区块链网络中，任一基站节点在预测到本侧基站通信任务过多时，可以以区块链广播的形式向预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点发送频段购买请求，从而能够根据其他运营商的移动边缘计算网关节点发出的频谱出售信息，使用其他运营商的基站节点的空闲频段。并且，在本侧基站通信任务较少，存在本侧基站拥有使用权但未使用的空闲频段时，可以通过移动边缘计算网关节点向任务繁忙的基站节点发送频谱出售信息，以出售自己的空闲频段。进而通过区块链实现了频谱的共享，避免了无线电频谱资源的浪费。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于区块链的频谱共享方法，其特征在于，所述方法应用于区块链中的基站节点，所述频谱共享方法包括：
根据本侧基站的频谱使用记录预测本侧基站频谱的利用率；
当本侧基站的频谱利用率将超过预定阈值时，向区块链网络中发送频谱购买请求，以使得预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点向本侧基站提供频谱出售信息；
当本侧基站的频谱中存在未被使用的空闲频段时，向管理本侧基站频段的移动边缘计算网关节点发送空闲频段的信息，以使得该移动边缘计算网关节点向区块链中的其他运营商的基站发送频谱出售信息，所述频谱出售信息包括所述空闲频段的信息；
所述频谱共享方法还包括，在所述频谱出售信息中选择合适的频段的步骤之后进行的：向区块链网络中广播发送频段确认请求，以将本侧基站所选择的频段告知发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点。
2.根据权利要求1所述的频谱共享方法，其特征在于，所述频谱共享方法还包括，在向所述区块链网络中发送频谱购买请求的步骤之后进行的：
响应于预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点提供的频谱出售信息，在所述频谱出售信息中选择合适的频段；
使用选择的频段与终端设备通信。
3.根据权利要求2所述的频谱共享方法，其特征在于，所述空闲频段的信息包括所述空闲频段的频段信息和所述空闲频段空闲的时间；
在所述频谱出售信息中选择合适的频段的步骤包括：根据预测出的本侧基站的频谱利用率超过预定阈值的繁忙时间段、以及所述空闲频段空闲的时间选择合适的频段。
4.根据权利要求2所述的频谱共享方法，其特征在于，所述使用选择的频段与终端设备通信的步骤包括：
响应于发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点对所述频段确认请求的二次签名信息后，使用选择的频段与终端设备通信。
5.一种基站设备，其特征在于，所述基站设备形成为区块链中的基站节点，所述基站设备包括：
频谱使用预测模块，用于根据本侧基站的频谱使用记录预测本侧基站频谱的利用率；
购买请求发送模块，用于在本侧基站的频谱利用率将超过预定阈值时，向区块链网络中发送频谱购买请求，以使得预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点向本侧基站提供频谱出售信息；
空闲频段发送模块，用于在本侧基站的频谱中存在未被使用的空闲频段时，向管理本侧基站频段的移动边缘计算网关节点发送空闲频段的信息，以使得该移动边缘计算网关节点向区块链中的其他运营商的基站发送频谱出售信息，所述频谱出售信息包括所述空闲频段的信息；
确认请求发送模块，用于向区块链网络中广播发送频段确认请求，以将本侧基站所选择的频段告知发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点。
6.根据权利要求5所述的基站设备，其特征在于，所述基站设备还包括：
出售信息接收模块，用于接收预设物理范围内的其他运营商的移动边缘计算网关节点提供的频谱出售信息；
频段选择模块，用于在所述频谱出售信息中选择合适的频段；
通信控制模块，用于使用选择的频段与终端设备通信。
7.根据权利要求6所述的基站设备，其特征在于，所述通信控制模块包括：
签名信息接收单元，用于接收发出所述频谱出售信息的移动边缘计算网关节点对所述频段确认请求的二次签名信息；
通信控制单元，用于在所述签名信息接收单元接收到所述二次签名信息后，使用选择的频段与终端设备通信。
8.一种区块链网络，其特征在于，所述区块链网络包括多个基站节点和多个移动边缘计算网关节点，其中，形成所述基站节点的基站设备包括权利要求5至7中任意一项所述的基站设备，多个所述移动边缘计算网关节点一一对应地与多个所述基站通信连接，所述移动边缘计算网关节点用于响应于本侧基站节点发出的空闲频段的信息，向区块链中其他运营商的基站节点发送频谱出售信息，所述频谱出售信息包括所述空闲频段的信息。
9.根据权利要求8所述的区块链网络，其特征在于，所述基站设备为权利要求7所述的基站设备，所述区块链网络还包括频谱结算节点，所述频谱结算节点用于根据移动边缘计算网关节点发出的二次签名信息，记录基站设备购买的频段和频段的使用时间。
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