[发明专利]一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统和性能优化模型

权利要求书

1.一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统，其特征在于：该6G网络分为三层，包括核心云层、边缘云层和设备层，

所述核心云层主要由各运营商提供的云计算中心组成，负责系统的整体调度、管理和监督，并统领各分片链中作为主节点的MEC完成联邦学习，训练全局的网络设备调度模型，在网络中出现新节点时，对新节点进行身份认证和注册，将新节点根据注册信息分入各个分片；

所述边缘云层由高性能的移动边缘计算节点MEC和各类基站组成，MEC负责连接通信网络中的核心云层和设备层，主要任务是管理分片内部的分片链共识和中继联邦学习消息，还可以参与主链共识获取全局模型；

所述设备层由传感器、网关设备、智能终端、固定基站和移动基站组成，是网络中用于决策和聚合模型的数据的来源，负责收集数据，下达决策和形成本地模型，设备层中有若干个分片，每一个分片内有若干个簇，这些簇将分片内的所有设备全部覆盖，每一个簇都有一个网关或智能终端作为簇头，负责接收传感器发送的数据并向移动基站下达相应指令。

2.根据权利要求1所述的一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统，其特征在于：所述区块链网络采用分片区块链设计，包括一个主链和若干个分片链，

所述分片链由同一个分片的边缘云层中的移动边缘计算节点MEC与设备层中的网关和智能终端节点共同维护，存储的内容包括设备层中的各个分簇中维护的数字孪生模型以及由原始数据和对移动基站下达的指令组成的大量非结构化数据摘要；

所述主链由核心云层中的云计算中心和边缘云层中的MEC共同维护，负责管理区块链网络中的所有分片及节点和保存联邦学习的模型；

分片链结合数字孪生通过传感器发送给网关和智能终端的数据建立本地模型完成对网络基础设施调度，主链结合联邦学习，将各分片链中的本地模型聚合成全局模型，实现大规模网络基础设施的调度与可信共享。

3.根据权利要求2所述的一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统，其特征在于：所述网络基础设施调度包括如下步骤：

S1：当一个新的网络设备进入网络时，首先要向最近的云计算中心提出注册申请，完成注册后，将根据其配置信息决定该设备在网络中的任务和分片，该网络设备包括传感器，智能终端、网关设备和服务器；

S2：每个分簇的簇头不断地从分簇内的设备接收原始数据，当新的一轮工作周期开始，设备层的网关将在前一工作周期中收集到的物理空间的真实数据传送给数字孪生虚拟空间；

S3：虚拟空间根据收到的数据文件进行分析和预测，更新数字孪生状态；

S4：当网络中出现网络拥堵或者更高速率的网络服务请求的预兆，超出固定宏基站的服务能力时，根据更新后的模型向移动基站下达调度指令，为指定区域的用户提供临时的高速的网络服务，并更新数字孪生状态；

S5：若当前工作周期中需要对网络基础设施进行调度，则在调度完成后，设备层将数字孪生的状态更新和当前工作周期所使用的数据文件摘要上传至分片链，分片内部完成数据和模型的共识；

S6：在工作周期的开始，核心云中的云计算中心会完成工作周期负责人的选举，当前工作周期的负责人向网络中的各个分片分配联邦学习任务；

S7：各个分片根据分片链中共识的数字孪生状态更新完成本地模型的更新；

S8：选为负责人的云计算中心收集足够的本地模型；

S9：云计算中心将本地模型进行聚合，将聚合后的全局模型和各分片的本地模型作为交易发布到主链网络中进行共识。

4.根据权利要求1所述的一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统，其特征在于：负责接收传感器发送的数据包括业务类别和网络状况。

5.一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统的性能优化模型，其特征在于：推导了区块链网络在共识中进行计算和通信所花费的时间，通过分析区块链网络共识时间和交易吞吐量来评估网络的工作效率，分析出影响系统吞吐量的主要因素为分片数量，并求解出了不同网络规模下的最佳分片数量和最佳系统吞吐量。

6.一种面向6G网络的高吞吐量区块链系统的安全性能分析模型，其特征在于：描述了面向6G网络的高吞吐量区块链系统针对拜占庭攻击采取的措施，通过攻击模型和防御模型，分析了系统受到恶意节点攻击时的安全性能。