CN117196617A - 一种基于频谱币的多实体频谱交易方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于频谱币的多实体频谱交易方法。该方法包括：设置SCoin稳定币作为频谱区块链的交易货币和激励手段，通过频谱资源的交易市场周期和共识机制的结合，实现频谱交易中SCoin稳定币对法定货币的稳定兑换和激励作用；设置融合SCoin稳定币和系统无线电干扰的共识权益机制，实现对上链的交易进行验证和处理，确定每轮共识中可参与节点的资格。本发明提出了一种叫做“SCoin”的稳定币和相应的多实体频谱交易联盟链架构，使用频谱币作为频谱区块链的交易货币和激励手段，从而有效地将频谱管理机构、运营商、边缘计算节点和终端用户纳入频谱经济的统一体中，实现更高效的频谱交易，提升频谱区块链的可拓展性。
Description
技术领域
本发明涉及无线频谱资源管理技术领域，尤其涉及一种基于频谱币的多实体频谱交易方法。
背景技术
随着新一代信息技术与传统产业的深度融合，以移动互联网、工业物联网等为代表的无线电技术和业务，正加速向经济建设、国防建设和社会发展等领域渗透，成为以万物互联与泛在智能为特征的新型工业化与数字经济的基础与动力。作为信息化无处不在的唯一载体，无线电频谱资源的作用无可替代。2019年以来，全球发布了多份6G白皮书和研究报告成果。在以“全频谱、全空间、全业务、强安全”为特征的6G时代，无线频谱资源虽进一步扩展至太赫兹乃至可见光频段，但在热点地区或复杂场景下，可用频段将呈现愈渐短缺的态势，因此迫切需要更为灵活高效的频谱资源管理模式。
6G网络分布式的网络架构要求能够允许网络拓扑的动态变化，并保证通信网络的安全性。随着无线电环境日趋复杂，频谱需求日益异构化，传统的集中式频谱管理办法已经难以发挥有效管理作用，以区块链为代表的分布式管理方案愈加受到关注。区块链技术具有去中心化、不可篡改、可追溯、匿名性和透明性五大特征，被视为构建分布式安全可信交易环境的有效解决方案。6G网络具有泛在智能特点，允许智能终端具备自主交易能力。因此基于区块链的频谱管理系统可以设计虚拟货币“频谱币”用于支付频谱价格，使频谱与现实经济相结合。
区块链可以用于频谱共享和资源配置。在动态频谱共享中，区块链可以通过激励机制与主用户签订合同，使得主用户愿意共享频谱获得收益。基于区块链的频谱生态管理系统支持不同类型的节点、不同垂直行业之间的频谱交易，通过分布式的频谱感知机构缓解移动用户的频谱感知压力，提升了频谱管理效率。在区块链的支持下，频谱实体之间采用加密货币“频谱币”的形式进行可靠频谱交易。从而减轻频谱管理机构的调控负担，防范单点攻击等金融风险，提升交易效率和安全保障。
目前，现有技术中的一种无线频谱资源的交易方法包括：区块链可以用于频谱共享和资源配置，在动态频谱共享中，区块链可以通过激励机制与主用户签订合同，使得主用户愿意共享频谱获得收益，实现不同节点之间、不同垂直行业之间更有效的频谱共享。有些方案提出了基于频谱区块链的频谱计费模式,如果能够为在全国乃至世界范围内为终端用户和基础设施拥有者提供唯一的ID和金融账户，那么在频谱区块链的支持下，用户和基础设施服务商就可以采用加密货币“频谱币”的形式进行可靠频谱交易。基于区块链的频谱生态管理系统,支持不同类型的节点、不同垂直行业之间的频谱交易，并且通过分布式的频谱感知机构缓解移动用户的频谱感知压力，使用去中心化的系统架构提升了频谱管理效率。
上述现有技术中的无线频谱资源的交易方法的缺点包括：目前的频谱区块链中缺乏频谱币的币值稳定机制，存在金融风险。当前的频谱币设计都是照搬了已有的区块链平台发行数字加密货币的机制，同时也继承了这些货币的问题。比如在比特币的有上限发行方式和以太坊的交易费Gas的限制机制中，激励会随着虚拟货币的发行递减，为了保证数字货币对频谱交易的激励效果，不得不使用其他方式补偿，使得支付体系复杂化。而采用无上限的发行方式，则虚拟货币的通胀不可避免，无法保证交易中频谱币币值的稳定性和频谱资产价值的稳定性。
当前频谱区块链项目缺乏较为统一的数字加密货币的使用规范。如在基于Fabric的多运营商频谱交易联盟链中，频谱币仅仅作为频谱交易中的价格表示单位，如Coin/MHz，或账户资产证明和交易中资产转移的单位，并不具备加密货币的实际意义。另外一些频谱区块链系统则通过生成区块的方式发行频谱币，作为边缘计算节点提供算力的挖矿激励。因此频谱币的具体形式和作用还有很大研讨空间。
缺乏适配无线电频谱管理的共识机制。以权益证明(PoS)和委托权益证明(DPoS)为主的权益类共识，往往只考虑了持币数量和持币时间，即“币龄”作为选举记账人的唯一权益构成。显然，这样的权益构成没有考虑不同生态的特点。
发明内容
本发明的实施例提供了一种基于频谱币的多实体频谱交易方法，以实现有效保障频谱交易系统的金融安全和交易效率。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种基于频谱币的多实体频谱交易方法，包括：
设置SCoin稳定币作为频谱区块链的交易货币和激励手段，通过频谱资源的交易市场周期和共识机制的结合，实现频谱交易中SCoin稳定币对法定货币的稳定兑换和激励作用；
设置融合SCoin稳定币和系统无线电干扰的共识权益机制，实现对上链的交易进行验证和处理，并确定每轮共识中可参与节点的资格。
优选地，所述的设置SCoin稳定币作为频谱区块链的交易货币和激励手段，包括：
在频谱区块链系统中设置多种频谱实体SE，SE包括FSRMC、运营商、多网络接入节点、终端用户和基础服务提供商BSP，设置SCoin稳定币作为频谱区块链的交易货币和激励手段，频谱管理中心FSRMC对系统中频谱实体进行准入认证，承担智能合约的制定、部署和监督任务，拥有共识的最高权限，整合可用频谱资源并在交易市场周期开启时分配，发行频谱币，运营商是频谱联盟链的核心成员，通过向FSRMC申请，或者等待FSRMC整合频谱资源，获得频谱资源的所有权，进行频谱交易、频谱感知，是SCoin稳定币的使用者；
针对不同业务类型和区域的频谱资源管理需求，FSRMC将运营商的职能划分为多组“频谱交易服务提供商”接入频谱区块链，每一组频谱交易服务提供商服务器负责一个小区的频谱管理工作,用户通过多网络接入节点实现对频谱资源的申请和获取，BSP维持整个频谱区块链的正常运行，为用户任务和区块链平台提供计算和存储资源，终端用户是频谱资源的最终使用者、频谱共享请求的发起者，由BSP和运营商提供通讯、网络服务。
优选地，所述的通过频谱资源的交易市场周期和共识机制的结合，实现频谱交易中SCoin稳定币对法定货币的稳定兑换和激励作用，包括：
在基于SCoin稳定币的多实体频谱交易系统中，通过SCoin稳定币激励边缘计算节点为频谱区块链赋能，实现多网络融合接入。边缘计算节点、多网络接入节点、运营商和频谱管理机构组成多实体联盟链，通过SCoin稳定币构建频谱交易、支付转移和激励共享体系。通过多实体联盟链，用户经过认证后使用频谱币进行安全频谱交易，获取卫星、无人机和移动网络的频谱资源；
频谱交易数据和频谱币汇率信息被存储在交易池中，形成数据摘要后，打包形成频谱区块，经过验证后上链；边缘计算节点为用户任务和区块链平台提供计算和存储资源，维护交易池数据；运营商通过频谱币支付资源费用，共享区块链激励。
优选地，所述的设置融合SCoin稳定币和系统无线电干扰的共识权益机制，实现对上链的交易进行验证和处理，并确定每轮共识中可参与节点的资格，包括：
在持币数量之外，通过评判频谱实体的频谱使用情况对其他用户和系统整体无线电环境的影响，即“系统干扰度”，决定是否给予频谱实体的共识资格；
将所有频谱实体划分成多个共识组，每个共识组拥有一个交易池，储存着和本共识组有关的频谱交易及其SCoin稳定币波动信息，当交易池中的交易储存到一定量时，主节点将关键交易数据使用Hash算法形成摘要，并整理本共识组中SCoin稳定币的汇率波动，打包形成区块，向共识组内广播，进行实用拜占庭容错算法PBFT共识，频谱区块按照Merkel树形式组织，生成的区块包含：小频谱感知数据摘要、频谱交易数据摘要、频谱币汇率、时间戳和前一区块哈希，感知数据和交易池数据储存在为本小区服务的边缘计算节点中，通过SCoin支付区块生成和数据存储费用。
优选地，所述的方法还包括：
通过交易市场周期和共识机制实现“双代币”数字货币，所述“双代币”包括SCoin稳定币和股份币，SCoin实现机制包含两个阶段：第一阶段，交易市场周期内作为币值稳定的交易货币；第二阶段，在FSRMC频谱管理中心重新整合频谱资源，准备下一个交易市场周期的阶段进行金融结算，实现金融激励；
在第一阶段开始时，运营商向FSRMC抵押资产，形成资产储备池，作为换取发行的频谱币和后续兑换套现的保证，通过自调节机制维持交易市场周期内的稳定汇率，运营商在此期间使用SCoin稳定币进行自由、安全的频谱交易，并结算区块链平台使用费用，和边缘计算节点共享区块链激励；第二阶段开启于FARMC整合频谱资源进行再分配，在此阶段各运营商首先对上个交易市场周期中的交易进行结算，将持有的SCoin稳定币折现获利，之后运营商对下个交易市场周期的汇率以及抵押资产种类达成共识，FSRMC根据上个周期内的交易情况，重新整合频谱资源，分配下个交易市场周期的频谱资源，运营商根据获得的频谱资源抵押指定类型的资产给FSRMC。
优选地，所述的方法还包括：
所述SCoin稳定币的第一阶段的处理过程包括：
C.FSRMC将授权频谱频率Ftotal分配给运营商，并发布交易规则；
5)发布频谱交易的规则；
6)确定用于频谱交易的加密算法；
7)将运营商的初始频谱资源和资产锚定；
8)发布本交易市场周期的币值和汇率；
D.设计SCoin作为频谱资源稳定交易货币
7)FSRMC开启一个交易市场周期，在此期间币值Vcoin和汇率Rcoin保持稳定；
8)SCoin发行总数为Nc，总的频谱数量为Ftotal，与抵押的资产等价的法定货币数目为Nm，则币值Vcoin和汇率Rcoin分别为：
9)发行Nc个SCoin，其中用于激励的SCoin数目Ne＝αNc，α为激励共享系数，支付区块链运行费用和MEC的计算、存储资源使用费，随着区块链的使用动态调整；
10)运营商与MEC共享频谱交易的收益，MEC加速出块和共识过程；
11)如果运营商在周期内退出频谱分配系统，需要清算他们的SCoin和锚定资产；
12)如果频谱资源短缺，运营商需要重新抵押资产，并生成新的SCoin以确保所需资源；
所述SCoin稳定币的第二阶段的处理过程包括：
D.结算收益并协商新周期的SCoin的汇率Rcoin
4)FSRMC关闭频谱市场，回收SCoin进行结算；
5)SE将持有的SCoin兑换为资产折现；
6)使用DPOS+PBFT作为共识算法，SE商定并同意新周期的SCoin的汇率Rcoin。
E.使用新汇率规划下个频谱市场周期
4)FSRMC在Rcoin下规划SCoin发行量和锚定资产总量；
5)SE利用SCoin在新Rcoin下竞争初始频谱资源；
6)SE规划抵押资产种类和比例，并提交给FSRMC；
F.建立SE社区以促进SCoin的使用和遵守建立的标准；
3)SE社区提供有关采用SCoin标准和市场动态的反馈；
4)使用DPOS+PBFT共识机制鼓励SE持有和使用SCoin以进行后续汇率的调整。
9、根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
7、根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
针对频谱币的金融激励特性，提出交易市场周期和共识机制结合的汇率调整机制，考虑到交易市场的周期性，在两个市场周期之间，由频谱区块链中的运营商、基础服务提供商频谱实体通过区块链共识机制，考虑了运营商对频谱币的议价权，通过共识达成统一认可的频谱价值；协调决定针对整合后的频谱资源，频谱管理机构发行多少频谱币，运营商为获取频谱币需要抵押多少资产。
优选地，所述的方法还包括：
考虑了频谱连续性、干扰水平和成交率三个因素，综合评估频谱使用行为对系统的影响，评估单个频谱实体对系统内全部实体的干扰程度指标SID，其中频谱连续性表明是否加剧了频谱碎片化，干扰水平表现了对共识组内其他实体造成的干扰程度，成交率表明对区块链资源的利用效率，所述SID包括：①SE的频谱使用的连续性，即是否加剧了频谱碎片化；②干扰水平，对其他实体造成的干扰程度③成交率，表明对区块链资源的利用效率。本。
优选地，所述的方法还包括：
采用多资产储备池以及资产权重通过多资产储备池汇率调节机制来稳定SCoin稳定币的汇率。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提出了一种叫做“SCoin”的稳定币和相应的多实体频谱交易联盟链架构，使用频谱币作为频谱区块链的交易货币和激励手段，从而有效地将频谱管理机构、运营商、边缘计算节点和终端用户纳入频谱经济的统一体中，实现更高效的频谱交易，提升频谱区块链的可拓展性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种SCoin的“双代币”机制实现流程图；
图2为本发明实施例提供的一种权益-系统干扰度变化曲线。
图3为本发明实施例提供的一种权益-连续性因子、干扰水平、成交率和持币数量变化曲线。
图4为本发明实施例提供的一种第一阶段算法流程图。
图5为本发明实施例提供的一种第二阶段算法流程图。
图6为本发明实施例提供的一种稳定币SCoin与比特币的汇率波动性比较。
图7为本发明实施例提供的一种基于边缘计算赋能的多实体频谱交易联盟链的频谱交易。
图8为本发明实施例提供的一种频谱区块链的区块结构
图9为本发明实施例提供的一种参考价格变化时汇率自调节机制效果图。
图10为本发明实施例提供的一种参考价格变化时资产权重调节效果图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
在无线电频谱分配系统中，通信节点对系统造成的干扰是评估节点交易安全性的重要因素，本发明针对频谱交易的特点，使用锚定资产和动态汇率调整机制实现SCoin的货币属性，提出了一种叫做“SCoin”的稳定币，作为频谱区块链的交易货币和激励手段。通过频谱资源的交易市场周期和共识机制的结合，同时实现频谱交易中SCoin对法定货币的稳定兑换和SCoin的激励作用。同时提出了融合SCoin和系统无线电干扰的共识权益机制，实现对上链的交易进行验证和处理，并确定每轮共识中可参与节点的资格。总之，本发明通过稳定币SCoin和共识机制设计，保障频谱交易系统的金融安全和交易效率。
本发明实施例提出的一种SCoin的“双代币”机制实现流程图如图1所示，通过交易市场周期和共识机制实现“双代币”数字货币。“双代币”是区块链系统的一种代币发行机制，指系统中存在两种职能的数字加密货币：一种是稳定币，作为系统内的交易货币；另一种是股份币，具备较强的金融波动性，能带来收益。如图1所示，SCoin实现机制包含两个阶段：交易市场周期内作为币值稳定的交易货币，称为第一阶段。在FSRMC(FrequencySpectrum Resource Management Center，频谱管理中心)重新整合频谱资源，准备下一个交易市场周期的阶段进行金融结算，实现金融激励，称为第二阶段。在第一阶段开始时，运营商已经向FSRMC抵押资产，形成资产储备池，作为换取发行的频谱币和后续兑换套现的保证。通过自调节机制维持交易市场周期内的稳定汇率，运营商在此期间可以使用SCoin进行自由、安全的频谱交易，并进行区块链平台使用费用，和边缘计算节点等服务供应商共享区块链激励。第二阶段开启于FARMC整合频谱资源进行再分配，在此阶段各运营商首先对上个交易市场周期中的交易进行结算，将持有的SCoin折现获利。之后运营商对下个交易市场周期的汇率以及抵押资产种类达成共识。FSRMC根据上个周期内的交易情况，重新整合频谱资源，分配下个交易市场周期的频谱资源，运营商根据获得的频谱资源抵押指定类型的资产给FSRMC。
图2和图3分别是本发明实施例提出的一种由计算机仿真得到的权益-系统干扰度变化曲线(由式得出)以及权益-连续性因子、干扰水平、成交率和持币数量变化曲线。其中Right为共识权益，SID为系统干扰度，CF为节点频谱连续性因素、I为系统干扰水平、P为成交率。两条曲线分别由(1)式和(2)式得出：
SIDi＝(1-CFi)·Ii+(1-Pi) (1)
图4是本发明实施例提出的一种SCoin第一阶段算法流程图，具体展示了在第一阶段FSRMC与运营商之间分配频谱、进行频谱交易、支付激励费用和稳定频谱币汇率等流程。
图5是本发明实施例提出的一种SCoin第二阶段算法流程图，具体展示了在第二阶段FSRMC与运营商进行金融结算、计算共识权益达成共识、制定下一个交易市场的频谱资源总量、收集区块链平台使用反馈等流程。
图6是本发明实施例提出的一种稳定币SCoin与比特币的汇率波动性比较，通过1000个汇率调节周期内的波动情况直观的展示了数字货币的金融属性不加管制时带来的风险。
图7是本发明实施例提出的一种基于边缘计算赋能的多实体频谱交易联盟链的频谱交易，展示了多实体频谱交易联盟链架构及运作模式。
图8是本发明实施例提出的一种频谱区块链的区块结构。区块内包含频谱交易数据摘要、频谱币汇率、频谱感知数据摘要等关键信息。
图9本发明实施例提出的一种参考价格变化时汇率自调节机制效果图，展示了当参考价格发生波动时，基于多资产储备池的汇率稳定机制对于参考价格的追踪效果。图10是基于参考价格变化时资产权重调节效果图，资产权重自动调节稳定频谱币汇率的能力。
实例1：稳定币SCoin与比特币的汇率波动性比较
使用计算机模拟，对本发明提出的SCoin和比特币的汇率进行比较，说明SCoin使用稳定币设计的必要性。使用蒙特-卡罗随机游走模型进行汇率波动的仿真，如图6所示，对于比特币和SCoin，各自使用10000个数字货币，对每个货币的汇率游走路径取平均值，得到SCoin和比特币的波动路径。
采用美元作为SCoin的锚定货币，在第一天，初始比率SCoin:比特币:美元＝1:1:1，并以初始美元价格作为汇率基准。为美元按照每360个调节周期设置10％至-10％的通胀/紧缩率，SCoin采用自调节机制保证对美元汇率的跟踪，比特币不受限制。在为期1000个调节周期的仿真中，美元的汇率(以初始美元价格为基准)为1.05、0.97和1.08。蒙特-卡罗随机游走参数设定为：
| 游走参数 | 比特币 | SCoin |
| 收益率 | 1 | 0.3 |
| 波动率 | 2.5 | 1 |
由于比特币是金融产品，因此为其设置了较高的波动率和收益率。通过仿真图样可以直观地发现，具备汇率自调节机制的SCoin能够及时地追踪美元汇率，保证接近1:1的兑换比例，而如果不设计汇率调节机制，数字货币的波动性将会给频谱交易和频谱资产带来巨大的金融风险，因此将频谱币设计为稳定币很有必要。
实例2：边缘计算赋能的多实体频谱交易联盟链架构
频谱区块链系统中存在着多种频谱实体(Spectrum Entity，SE)：包括FSRMC、运营商、多网络接入节点、终端用户和基础服务提供商(Basic Service Provider，BSP)。FSRMC是一定区域的频谱管理机构，对系统中频谱实体进行准入认证，承担智能合约的制定、部署和监督任务，拥有共识的最高权限，整合可用频谱资源并在交易市场周期开启时分配，发行频谱币。运营商，是频谱联盟链的核心成员，通过向FSRMC申请，或者等待FSRMC整合频谱资源，获得频谱资源的所有权，进行频谱交易、频谱感知，是SCoin的主要使用者。针对不同业务类型和区域的频谱资源管理需求，可以将运营商的职能划分为多组“频谱交易服务提供商”接入频谱区块链，每一组频谱交易服务提供商服务器负责一个小区的频谱管理工作,用户可以通过多网络接入节点实现对频谱资源的申请和获取。多网络接入节点是一个集成了卫星和无人机地面站、移动基站等基础设施的统一接入网关，支持不同网络接入方式，包括卫星网络、无人机网络和移动通信网络等，集中管理网络连接。BSP维持整个频谱区块链的正常运行，为用户任务和区块链平台提供必需的计算和存储资源。包括智能合约的部署、共识的建立、提供频谱接入服务、生成区块和频谱币等，是实现频谱区块链功能的保障，在面向6G移动通信的频谱区块链中，采用移动边缘计算节点(Mobile Edge Computing，MEC)实现。终端用户是频谱资源的最终使用者、频谱共享请求的发起者，由BSP和运营商提供通讯、网络等服务。
本发明实施例提供的一次成功的频谱交易流程如图7所示，包括如下的处理过程：
步骤S1、用户通过多网络接入节点向频谱交易服务提供商提出频谱交易申请，并提供身份证明和业务需求。
频谱交易服务提供商审核通过后，向用户颁发许可证，并在交易池中开设频谱账户，记录许可证信息。
用户向频谱交易服务提供商预存频谱交易费用，频谱交易服务提供商根据当前汇率，兑换成频谱币，记录在用户的频谱账户上。
用户每完成一笔频谱交易，频谱交易服务提供商将用户购买的频谱资源存储在区块链账户中，同时从用户账户中扣除相应金额，并将支付信息和频谱币汇率波动记录于交易池中。
边缘计算节点接收到交易信息后，更新交易池数据，为区块链平台提供计算和存储资源。
多实体联盟链定时从交易池提取交易信息生成数据摘要，打包形成频谱区块，并在频谱区块链内广播，通过共识机制和频谱管理机构验证上链。
边缘计算节点计算由于频谱交易导致的累积干扰，规划用户的用频策略和任务卸载策略，多网络接入节点卸载的用户任务提供计算和存储资源。
频谱交易服务提供商通过频谱币支付边缘计算节点的资源费用，共享区块链激励。
频谱交易服务商向多网络接入节点分配用户获得的频谱资源，用户接入，进行通讯业务。
在由频谱交易服务提供商组成、FSRMC监管、MEC维持并由多网络接入节点提供接入服务的联盟区块链上，所有频谱实体形成了频谱经济的统一体，联盟链的认证机制使得频谱交易系统构成了一个较为安全的生态系统，有助于纾解6G时代下的频谱短缺困境。频谱币的汇率稳定机制有助于增强MEC对频谱币激励的认可度，从而提高资源的共享意愿，加强频谱区块链的可拓展性。
实例3：频谱区块的产生和区块结构
在频谱交易系统中，存在许多通信节点，由于时延和计算资源的限制，难以进行全体共识，因此将每个频谱交易服务提供商的服务范围内的通信节点，根据共识权益的大小划分为议员(共识节点)和观察者(验证节点)。产生的议员和观察者按照拜占庭容错要求(议员和观察者比例均不小于)组成多个共识组。每个共识组拥有一个交易池，储存着和本共识组有关的频谱交易及其信息。组内进行DPoS选举，选举议长作为PBFT(PracticalByzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错算法)共识的主节点。随后进行PBFT共识，由议长对交易定时进行打包，将关键交易数据使用Hash算法形成摘要，并整理本共识组中SCoin的汇率波动，形成区块，向共识组内广播。频谱区块按照Merkel树形式组织。
如图8所示，生成的频谱区块应当包含：小频谱感知数据摘要、频谱交易数据摘要、频谱币汇率、时间戳、前一区块哈希。大量的感知数据、交易池以及SCoin波动的详细记录储存在为本小区服务的边缘计算节点中，通过SCoin支付区块生成和数据存储费用。
实例4：基于交易市场周期的稳定币SCoin的实现机制
如图1所示，SCoin的实现机制包含两个阶段：交易市场周期内作为币值稳定的交易货币，称为第一阶段。在FSRMC重新整合频谱资源，准备下一个交易市场周期的阶段进行金融结算，实现金融激励，称为第二阶段。图4和图5所展示了两个阶段的流程。
算法1：SCoin第一阶段
A.FSRMC将授权频谱频率Ftotal分配给运营商，并发布交易规则。
1)发布频谱交易的规则。
2)确定用于频谱交易的加密算法。
3)将运营商的初始频谱资源和资产锚定。
4)发布本交易市场周期的币值和汇率。
B.设计SCoin作为频谱资源稳定交易货币
1)FSRMC开启一个交易市场周期，在此期间币值Vcoin和汇率Rcoin保持稳定。
2)SCoin发行总数为Nc，总的频谱数量为Ftotal，与抵押的资产等价的法定货币数目为Nm，则币值Vcoin和汇率Rcoin分别为：
3)发行Nc个SCoin，其中用于激励的SCoin数目Ne＝αNc，α为激励共享系数，支付区块链运行费用和MEC的计算、存储资源使用费，随着区块链的使用动态调整。
4)运营商与MEC共享频谱交易的收益，MEC加速出块和共识过程。
5)如果运营商在周期内退出频谱分配系统，需要清算他们的SCoin和锚定资产。
6)如果频谱资源短缺，运营商需要重新抵押资产，并生成新的SCoin以确保所需资源。
算法2：SCoin第二阶段
A.结算收益并协商新周期的SCoin的汇率Rcoin
1)FSRMC关闭频谱市场，回收SCoin进行结算。
2)SE将持有的SCoin兑换为资产折现。
3)使用DPOS+PBFT作为共识算法，SE商定并同意新周期的SCoin的汇率Rcoin。
B.使用新汇率规划下个频谱市场周期
1)FSRMC在Rcoin下规划SCoin发行量和锚定资产总量。
2)SE利用SCoin在新Rcoin下竞争初始频谱资源。
3)SE规划抵押资产种类和比例，并提交给FSRMC。
C.建立SE社区以促进SCoin的使用和遵守建立的标准。
1)SE社区提供有关采用SCoin标准和市场动态的反馈。
2)使用DPOS+PBFT共识机制鼓励SE持有和使用SCoin以进行后续汇率的调整。
实例5：SCoin稳定币的多资产储备池汇率调节机制
交易市场周期内，为了最大程度避免锚定资产本身对频谱币汇率造成的影响，本发明采用多资产储备池以及资产权重来稳定SCoin的汇率。经典的稳定币如SBD、USDT使用美元作为单一锚定货币，在出现美元剧烈震荡时无法抵御波动。将单一资产抵押扩充为由多种货币或资产共同构成的资产储备池，可以在某一种货币或资产发生波动时，至少存在一种或多种价格相对稳定的资产，从而对冲风险。储备池中的资产可以是法定货币(美元、人民币)，金融资产(股票、债券)或者其他数字货币，使得运营商可以更加灵活地选择抵押资产，保障自身的金融安全。
定义锚定资产池A＝{a1，a2，...，an}，并选定一种法定货币作为参考货币。以美元为例，以起始时刻的美元价格Pini作为资产价格的表示单位，则ai的价格为当前时刻美元相对Pini的价格定义为货币参考价格Pref。Pref＝Pini(1+π)，π是当前时刻美元相对于初始时刻的通胀/紧缩率。为了抑制金融波动，为每种资产ai设定了权重/>加权平均形成归一化价格/>将归一化价格求和得到汇率Rcoin，此时的频谱币价格Pcoin＝Pini*Rcoin。如果资产价格出现波动，该机制会根据/>偏离Pref的程度调整权重，得到新权重/>以降低偏离度较高的资产的影响，从而保证汇率的稳定。交易市场周期结束后，各运营商通过共识机制确定好下一个周期的汇率，并进行资产抵押再次形成资产池，以保证周期内的汇率稳定。
算法3：多资产储备池汇率调节机制输入：货币参考价格Pref，锚定资产池A＝{a1，a2，...，an}，各种资产的单位价格初始权重/>输出：SCion价格Pcoin
步骤：
(1)计算每种资产的加权价格NorPriceai：
(2)计算SCoin价格Pioin和汇率Rcoin
Pcoin＝Pref*Rcoin (8)
(3)根据资产价格偏离Pref的程度调整权重，得到新权重/>
其中将每种资产的价格Pai视为独立的随机游走过程，通过调整资产持有权重来保证汇率的稳定。简单说来，偏离当前参考价格Pref越多的资产，其持有权重越低，权重通过智能合约来控制资产的持有量来实现调节。
交易市场周期结束后，实体通过共识机制确定好下一个周期的Rcoin，并进行资产抵押再次形成资产池A。由图9和图10所示，当储备池中的资产发生波动时，参考货币的权重会很快上升，频谱币汇率能够回归到货币参考价格，从而对冲了资产波动的风险。
实例6：结合持币数量和系统干扰度的共识权益机制
为了激励频谱币的使用，充分发挥其在频谱资源配置方面的作用，需要匹配合适的共识机制，赋予频谱币的持有者更大的共识权益。但是以权益证明(PoS)和委托权益证明(DPoS)为主的权益类共识，往往只考虑了持币数量和持币时间，即“币龄”作为选举记账人的唯一权益构成。在无线电系统中，频谱实体使用频谱的行为对系统造成的干扰也是一个重要的因素，对于恶意使用频谱的行为需要进行惩罚，不能允许持币数量占优势的寡头肆意使用频谱。因此本发明通过评判SE的频谱使用情况对其他用户和系统整体无线电环境的影响，决定是否给予其共识资格。定义这个指标为每个SE的“系统干扰度”，记为SID(SystemInterference Degree)，包含三个影响因素：①SE的频谱使用的连续性，即是否加剧了频谱碎片化；②干扰水平，对其他实体造成的干扰程度③成交率，表明对区块链资源的利用效率。本发明主要考虑SE持有SCoin的数量C和“系统干扰度”SID作为共识权益的主要因素。SE-i的共识权益Right-i可以表述为：
其中Ci为SE-i持有SCoin的数量，SIDi为SE-i的系统干扰度：
SIDi＝(1-CFi)·Ii+(1-Pi) (2)
其中Pi表示SE-i交易请求的成功概率，反映了SE利用系统资源的效率。若总共发起Ttotal次交易，有Ts次交易成功，则：
特别的，当评估时段内SE-i并未发出任何交易请求时，为了促进频谱流转，令其Pi＝0。
CFi表示SE-i的频谱使用的连续性因素，w1、w2和w3为子因素的权重。CFi表示了SE使用频谱的完整性程度，频谱使用不连续时会增加系统干扰度。
CFi＝w1F1+w2F2+w3F3 (11)
F1表征SE在可分配的频率段内使用的稀疏程度，假设SE可用频带总共有N个信道，用户使用了k个信道，则该指标值为：
F2表示SE使用的不同频率段长度的分布情况，可以体现出SE使用频率段长度的连续程度。假设SE使用的频率段中共有L个频率段，长度分别为l1，l2，...，lL(以信道数目为单位)，则该指标为：
F3表示SE使用的不同频率段之间的距离分布情况，可以体现出SE使用频率段中心频率之间的距离的连续程度。此时，若SE使用的频率段越接近，则该指标值越高。假设SE使用的频率段中共有L段，其中心频率分别为f1，f2，...，fL(以信道序号为单位)，则该指标为：
Ii表示SE-i对其他所有SE造成的干扰程度，是干扰向量的归一化L2范数；
在具有M个频谱实体和N个可用信道的系统中，M×N矩阵Ii表示SE-i在全部可用频段上对其他SE的干扰水平，其第j行Ii，j表示SE-i在各个信道上对SE-j的干扰功率(dBm)，WN为各个信道的干扰权重，用以表征系统对不同信道的偏好程度和信道本身对干扰的敏感程度，Im为系统内可接受的最大干扰功率(dBm)，由系统场景和设备参数确定。
为了提高可拓展性，可以根据应用场景使用不同的信道模型来计算干扰功率。如在无人机通信中可以使用自由空间传播模型(式16)，d表示发射天线和接收天线之间的距离，f表示信号频率：
PL(dB)＝20lg(d)+20lg(f)+32.44 (16)
卫星通信中，可以使用雨衰模型：
A＝0.0082*R(0.72)*f(0.7)*P0.55 (17)
其中，A表示相对于自由空间传播的降低因子，单位为dB/km；R表示降雨强度，单位为mm/h；f表示信号频率，单位为GHz；P表示极化裕度衰减因子，取值为1或2。
在其他的系统场景中，都可以基于信道模型使用Ii表达场景内的干扰水平。
CF为连续性因子，取值为[0，1]，当且仅当M个SE各自只占用一段连续频率，且系统占用全部可用信道的时候，CF＝1。Ii表示SE-i对系统内其他SE的干扰程度，取值为(0，1)。Pi为交易成功率，取值为[0，1]。由于当CF＝1时，可以认为SE互相造成的干扰极小，因此其I也可以忽略，故进行相乘。因此，SID是取值为[0，2]的正值。
C是SE持有的SCoin数量，a和b是校正系数，将的值域校正为[0，1]，有：
考虑到实际中SID达到较大值的条件比较苛刻，因此在SID＜1的情况下，Right应该有较好的区分度，通过图2来看，SID＝1时，权益已经衰减到了最大值的13.8％，符合目标预期。
图3展示了连续性因子、干扰水平、成交率和持币数量对权益的影响，验证该权益构成的合理性。特别的，该权益构成算法强调了干扰水平I对权益的影响，当I过高时，SE的权益下降更快，可以惩罚对不规范使用频谱的行为。使用MATLAB对权益计算公式中各个因素对最终权益的影响进行了仿真和趋势验证，趋势符合目标预期。
综上所述，本发明实施例提出了一种叫做“SCoin”的稳定币和相应的多实体频谱交易联盟链架构，使用频谱币作为频谱区块链的交易货币和激励手段，从而有效地将频谱管理机构、运营商、边缘计算节点和终端用户纳入频谱经济的统一体中，实现更高效的频谱交易，提升频谱区块链的可拓展性。
本发明提出了稳定币SCoin进行安全频谱交易。通过多资产储备池汇率自调整机制生成汇率稳定的频谱币SCoin，使用共识方式使得SCoin同时具备“货币”和“股份”双重功能，保障安全高效交易的同时提供足够的激励。通过频谱资源的交易市场周期和共识机制的结合，同时实现频谱交易中SCoin对法定货币的稳定兑换和SCoin的激励作用，
本发明针对频谱交易的特点，丰富了频谱区块链中共识权益的构成。在无线电频谱分配系统中，通信节点对系统造成的干扰是评估节点交易安全性的重要因素，提出了融合频谱币和系统无线电干扰的共识权益机制，实现对上链的交易进行验证和处理，并确定每轮共识中可参与节点的资格。
总之，本发明通过稳定币SCoin和多实体频谱联盟链架构设计，保障频谱交易系统的金融安全和交易效率。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于频谱币的多实体频谱交易方法，其特征在于，包括：
设置SCoin稳定币作为频谱区块链的交易货币和激励手段，通过频谱资源的交易市场周期和共识机制的结合，实现频谱交易中SCoin稳定币对法定货币的稳定兑换和激励作用；
设置融合SCoin稳定币和系统无线电干扰的共识权益机制，实现对上链的交易进行验证和处理，并确定每轮共识中可参与节点的资格。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的设置SCoin稳定币作为频谱区块链的交易货币和激励手段，包括：
在频谱区块链系统中设置多种频谱实体SE，SE包括FSRMC、运营商、多网络接入节点、终端用户和基础服务提供商BSP，设置SCoin稳定币作为频谱区块链的交易货币和激励手段，频谱管理中心FSRMC对系统中频谱实体进行准入认证，承担智能合约的制定、部署和监督任务，拥有共识的最高权限，整合可用频谱资源并在交易市场周期开启时分配，发行频谱币，运营商是频谱联盟链的核心成员，通过向FSRMC申请，或者等待FSRMC整合频谱资源，获得频谱资源的所有权，进行频谱交易、频谱感知，是SCoin稳定币的使用者；
针对不同业务类型和区域的频谱资源管理需求，FSRMC将运营商的职能划分为多组“频谱交易服务提供商”接入频谱区块链，每一组频谱交易服务提供商服务器负责一个小区的频谱管理工作,用户通过多网络接入节点实现对频谱资源的申请和获取，BSP维持整个频谱区块链的正常运行，为用户任务和区块链平台提供计算和存储资源，终端用户是频谱资源的最终使用者、频谱共享请求的发起者，由BSP和运营商提供通讯、网络服务。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的通过频谱资源的交易市场周期和共识机制的结合，实现频谱交易中SCoin稳定币对法定货币的稳定兑换和激励作用，包括：
在基于SCoin稳定币的多实体频谱交易系统中，通过SCoin稳定币激励边缘计算节点为频谱区块链赋能，实现多网络融合接入。边缘计算节点、多网络接入节点、运营商和频谱管理机构组成多实体联盟链，通过SCoin稳定币构建频谱交易、支付转移和激励共享体系。通过多实体联盟链，用户经过认证后使用频谱币进行安全频谱交易，获取卫星、无人机和移动网络的频谱资源；
频谱交易数据和频谱币汇率信息被存储在交易池中，形成数据摘要后，打包形成频谱区块，经过验证后上链；边缘计算节点为用户任务和区块链平台提供计算和存储资源，维护交易池数据；运营商通过频谱币支付资源费用，共享区块链激励。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的设置融合SCoin稳定币和系统无线电干扰的共识权益机制，实现对上链的交易进行验证和处理，并确定每轮共识中可参与节点的资格，包括：
在持币数量之外，通过评判频谱实体的频谱使用情况对其他用户和系统整体无线电环境的影响，即“系统干扰度”，决定是否给予频谱实体的共识资格；
将所有频谱实体划分成多个共识组，每个共识组拥有一个交易池，储存着和本共识组有关的频谱交易及其SCoin稳定币波动信息，当交易池中的交易储存到一定量时，主节点将关键交易数据使用Hash算法形成摘要，并整理本共识组中SCoin稳定币的汇率波动，打包形成区块，向共识组内广播，进行实用拜占庭容错算法PBFT共识，频谱区块按照Merkel树形式组织，生成的区块包含：小频谱感知数据摘要、频谱交易数据摘要、频谱币汇率、时间戳和前一区块哈希，感知数据和交易池数据储存在为本小区服务的边缘计算节点中，通过SCoin支付区块生成和数据存储费用。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
通过交易市场周期和共识机制实现“双代币”数字货币，所述“双代币”包括SCoin稳定币和股份币，SCoin实现机制包含两个阶段：第一阶段，交易市场周期内作为币值稳定的交易货币；第二阶段，在FSRMC频谱管理中心重新整合频谱资源，准备下一个交易市场周期的阶段进行金融结算，实现金融激励；
在第一阶段开始时，运营商向FSRMC抵押资产，形成资产储备池，作为换取发行的频谱币和后续兑换套现的保证，通过自调节机制维持交易市场周期内的稳定汇率，运营商在此期间使用SCoin稳定币进行自由、安全的频谱交易，并结算区块链平台使用费用，和边缘计算节点共享区块链激励；第二阶段开启于FARMC整合频谱资源进行再分配，在此阶段各运营商首先对上个交易市场周期中的交易进行结算，将持有的SCoin稳定币折现获利，之后运营商对下个交易市场周期的汇率以及抵押资产种类达成共识，FSRMC根据上个周期内的交易情况，重新整合频谱资源，分配下个交易市场周期的频谱资源，运营商根据获得的频谱资源抵押指定类型的资产给FSRMC。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
所述SCoin稳定币的第一阶段的处理过程包括：
A.FSRMC将授权频谱频率Ftotal分配给运营商，并发布交易规则；
1)发布频谱交易的规则；
2)确定用于频谱交易的加密算法；
3)将运营商的初始频谱资源和资产锚定；
4)发布本交易市场周期的币值和汇率；
B.设计SCoin作为频谱资源稳定交易货币
1)FSRMC开启一个交易市场周期，在此期间币值Vcoin和汇率Rcoin保持稳定；
2)SCoin发行总数为Nc，总的频谱数量为Ftotal,与抵押的资产等价的法定货币数目为Nm，则币值Vcoin和汇率Rcoin分别为：
3)发行Nc个SCoin，其中用于激励的SCoin数目Ne＝αNc，α为激励共享系数，支付区块链运行费用和MEC的计算、存储资源使用费，随着区块链的使用动态调整；
4)运营商与MEC共享频谱交易的收益，MEC加速出块和共识过程；
5)如果运营商在周期内退出频谱分配系统，需要清算他们的SCoin和锚定资产；
6)如果频谱资源短缺，运营商需要重新抵押资产，并生成新的SCoin以确保所需资源；
所述SCoin稳定币的第二阶段的处理过程包括：
A.结算收益并协商新周期的SCoin的汇率Rcoin
1)FSRMC关闭频谱市场，回收SCoin进行结算；
2)SE将持有的SCoin兑换为资产折现；
3)使用DPOS+PBFT作为共识算法，SE商定并同意新周期的SCoin的汇率Rcoin。
B.使用新汇率规划下个频谱市场周期
1)FSRMC在Rcoin下规划SCoin发行量和锚定资产总量；
2)SE利用SCoin在新Rcoin下竞争初始频谱资源；
3)SE规划抵押资产种类和比例，并提交给FSRMC；
C.建立SE社区以促进SCoin的使用和遵守建立的标准；
1)SE社区提供有关采用SCoin标准和市场动态的反馈；
2)使用DPOS+PBFT共识机制鼓励SE持有和使用SCoin以进行后续汇率的调整。
7.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括。
8.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
针对频谱币的金融激励特性，提出交易市场周期和共识机制结合的汇率调整机制，考虑到交易市场的周期性，在两个市场周期之间，由频谱区块链中的运营商、基础服务提供商频谱实体通过区块链共识机制，考虑了运营商对频谱币的议价权，通过共识达成统一认可的频谱价值；协调决定针对整合后的频谱资源，频谱管理机构发行多少频谱币，运营商为获取频谱币需要抵押多少资产。
9.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
考虑了频谱连续性、干扰水平和成交率三个因素，综合评估频谱使用行为对系统的影响，评估单个频谱实体对系统内全部实体的干扰程度指标SID，其中频谱连续性表明是否加剧了频谱碎片化，干扰水平表现了对共识组内其他实体造成的干扰程度，成交率表明对区块链资源的利用效率，所述SID包括：①SE的频谱使用的连续性，即是否加剧了频谱碎片化；②干扰水平，对其他实体造成的干扰程度③成交率，表明对区块链资源的利用效率。本。
10.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
采用多资产储备池以及资产权重通过多资产储备池汇率调节机制来稳定SCoin稳定币的汇率。
Priority Applications (1)
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| CN202310854340.XA CN117196617A (zh) | 2023-07-12 | 2023-07-12 | 一种基于频谱币的多实体频谱交易方法 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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