B-RAN网络（区块链无线接入网络）阅读笔记

Blockchain Radio Access Network Beyond 5G阅读笔记

摘要

提出一种先进的无线网接入模式B-RAN，B-RAN利用区块链，将大规模的免信任子网络连接成大规模可信任合作网络。关于增长的B-RAN网络，我们引入了一个网络经济学的概念。B-RAN可以通过连接多边平台以及多个群组来创造价值。为了在不同的群组中建立深度整合且健康的multi-fold信任，我们将B-RAN划分成了6个层结构，从底层建立信任关系，并提供了一系列的关键技术来克服中间的主要障碍。最后通过三个案例来研究B-RAN网络的性能。

介绍

balabala 由于现今情况下应用程序和用户服务接入网络很复杂，拓展性不足，费用高昂，企业活个人接入点不协调，利用率不高，所以超越5G需要思考一种新的无线接入模式。

主机间网络（inter-host network）协作可以经济高效地对未来网络进行转变。构建一个跨服务提供商（SP，service providers）共享的动态有机网络平台可以利用一个主机池中的网络元素，并且可以将不协调的AP合并到RAN网络之中，以此来实现高效率、低成本、强可靠性和广泛覆盖。在这种扁平化的主机间网络客户除了可以访问除自己的SP下的AP（access point）外，还可以访问一定范围内的AP。这样就可以在自己的SP阻塞的时候访问范围内不阻塞的AP，或者连接到一个专用AP池。因此，从客户机角度看，大规模网络用较低的成本给了更好的选择。从网络角度看，更低的复杂性的协调减少了对基础资源的投资，同时提高了网络的效率和平衡负载。用这种方法，每个人都可以讲自己的AP合并到共享网络，并将他们的资产商品化到一个无处不在的、不断发展的网络中。

整合这个主机间网络平台并保持公平高效的运行是很难的。主要障碍是缺乏信任，这也导致期待已久的共享无线电技术（如认知无线电CR，cognitive radio）的商业化部署。如图1a所示几个主要的缺乏信任的地方如下：

• SP-Client：在一个动态的多主机网络中，简历并保持一个SP-client信任这一个最基础的关系是非常麻烦的。通常情况下，不信任是双向的。SP受到提供服务的报酬影响，同时客户端要考虑支付后得到的服务和体验(QoS & QoE)。另外，买卖双方都存在隐私问题，特别是个人AP提供的服务。

• SP-SP：为下一代网络服务的3GPP协议中已经强调了SP之间建立互信。这样的互信可以基于比如商业协，但是把全球700多个主要的移动网络提供商（MNO）纳入一个可信网络而不是我们提到的私人SP非常困难。这导致大多数SP宁愿让网络负载为空也不愿意提供服务给未知的人。

• Client-Client：多主机网络平台在多个客户端之间存在信任问题，不来自一个公共实体。自私的客户端可能不遵守协议然后过多的占用资源。这会导致无授权上行网络共同悲剧并带来网络阻塞。为了建立并保持健康的不同网络参与者之间的关系，我们提出了先进的B-RAN网络用于5G网络之外。B-RAN是一种去中心化的，可信赖的，无线接入模式，利用区块链去链接不同参与者，并为所有的参与者创造一个互利的局面。从以下五个方面总结：

  • 可信(Trustworthiness)：B-RAN可以在不同的各方之间建立互信，并通过底层区块链在不可信的环境中解决授权、授权和会计（AAA）问题。

  • 去中心化(Decentralization)：利用区块链的去中心化特点，B-RAN将无线网络转化为健壮的弹性网络去分布网络元素并避免单节点的故障。

  • 效率(Efficiency)：B-RAN可以充分利用没组织的低成本自组的AP并通过共享、卸载（offloading）、聚合来提供高的效率。

  • 灵活性(Flexibility)：B-RAN通过智能合约支持可插拔功能，以便灵活管理异构服务，并与传统网络和新兴的应用兼容。

  • 开放性(Openness)：作为一个凝聚的实体，B-RAN提供了一个开方并且可拓展的生态系统，供组织个人来接入，并保证了安全性和管理性。

后面主要介绍：为什么使用B-RAN，如何构造B-RAN，以及B-RAN如何执行

B-RAN Motivations

Network Effects

网络效应描述了一种随着参与者数量增加而导致服务或者产品价值升高的现象。在B-RAN中，随着客户的增加，SP将会加入经济激励( economic incentives )，又称作跨集团网络效应。因此，大量的SP将提高服务质量，吸引更多客户，又导致更大规模的跨集团网络效应。这种正反馈能让B-RAN更快成长balabala。

balabala规模很大的网络比小网络好。

Multi-Sided Platform(MSP)

传统RAN是单边业务，SP主要二点收入来自于直接给客户提供服务。单边业务是封闭的，线性的单向价值链。这所以现在数据爆炸但是传统SP无法获得更多利润。

为了改变现状我们除了可以横向招募更多SP来整合网络还可以吸引更多方面纵向整合网络成为MSP。如图1c所示，MSP是一个平台，允许多边团队加入并且多边团队能够互动。并且MSP的参与者保留了对剩余交互权的控制。B-RAN是一种典型的MSP，支持SP、客户端交互直连。B-RAN的大规模互联可以重塑原本的单项价值链。

Multi-Sidedness多边性？多面性，就那个意思。

目前传统的移动网络服务提供者同时扮演多重角色如SP、频谱持有和基础设施持有等。所以陷入寡头垄断，市场缺乏竞争和创新。因此为了吸引更多的参与者，B-RAN会将这些功能打散呗，是的降低进入壁垒。B-RAN的多边性可以导致更广泛的更丰富的网络效应。同时引入多样的收入来源。下面列举几个比较重要的边

• 频谱拥有者Spectrum Holders：频谱持有者可以直接将其数字化频谱资产（DSA）租赁给SP甚至客户端，而不必自己是SP，以实现灵活的频谱管理。
• 基础设施所有者Infrastruc Owners：B-RAN中的基础设施包括所有类型的ap、集中式云、存储、回程、边缘节点、物联网传感器等等。许多制造商可以通过直接提供和共享基础设施来加入B-RAN。
• 应用开发者Application Developers：软件开发人员通过提供各种去中心化的应用程序（dapp）和智能合约参与B-RAN。同时，开发人员可以通过B-RAN获得可追踪的数据和证书。
• 内容提供者Content Providers：内容提供商是B-RAN中的关键参与者，他们创建和销售各种内容，如视频流、广告、众感知（crowdsensing）等，所有这些都向不同方向传递了价值转移。
• 维护者Maintainers：严格地说，维护者是市场监管者，而不是MSP中的参与者；然而，它也表现出网络效应。随着B-RAN的发展，更多的维护者将加入到经济激励的行列中，这反过来又加强了B-RAN的中立性和民主化。

Trusted Intelligence

B-RAN作为信任守护者来保障多边之间的信任。B-RAN不仅擅长提供数据，还擅长将信任作为服务。B-RAN连接了大量的实体，使交互超越了数据传输的范围，扩展到更高级的服务，如计算、缓存、众感知等。例如，边缘节点可以基于B-RAN中的免信任链接向客户端提供计算和缓存服务。

目前，机器学习任务包括计算储存传播，事实上，B-RAN也会支持这些功能和任务。B-RAN支持前沿的联合式(federated-style)学习并实现基于网络代理的强大可信智能，而不是单个设备上的有限智能。与传统技术相比，人工智能具有更强的适应性，可以通过实践进行学习。B-RAN通过保持从源到所有操作器的数据跟踪，为分布式学习模型提供更强大的数据安全性，以保证安全性、可信和可解释性。因此，B-RAN适用于需要智能和高安全性的领域，如网络物理控制和自动驾驶。

B-RAN Hierarchical Architecture

B-RAN不是RAN和区块链的直接结合，而是融合了无线网络和分布式账本技术（distributed ledger technologies. ）的新架构。在这个架构中可信关系十分重要，下面将给出六个层级：

• 数据层(Data layer)：数据层申明基本的数据结构如区块、数字操作、加密密钥，并且用区块链，交易池（transaction pool），钱包的形式来组织，并且负责各种数据操作功能如（读、写、缓存、加密、解密）

• 连接层(Link Layer)：连接层利用hash-timelocked-contract（HTLC）的原理，通过在两个节点之间内置的安全机制来保证免信任的服务连接，保证双方利益

• 网络层(Network Layer)：网络层由在相同或不同结构上运行的多个子网组成（图2）。网络层由大量的节点和它们之间的链路组成，负责建立、维护和终止子网间和子网内的连接

• 共识层(Consensus Layer)：共识层包括验证数字操作有效的网络维护者并为系统共识生成新的区块。作为安全和花费之间的权衡特点，共识机制可以分为两类

  • 对于未许可的共识，任何实体都可以是维护者。未许可共识可以加强网络的中立性和民主性，但是也会导致巨大的开销
  • 对于许可的共识，维护者被限制在一些认证过的实体中。例如：主要的MNO和政府机构。这样的许可共识效率高花费低，并且支持更高的产出，然而，竞争者之间的公平治理（fair governance）可能是一个问题。

  B-RAN是一个有许可共识的，始终开放可访问的网络。像Prsim这种区块链中的先进协议可以用来在B-RAN中提高共识层的表现。

• 交易层(Trade Layer)：交易层提供智能合约支持的服务级别协议（SLA, service level agreement）以及实体间资源和资产的公平交换。此外，它支持跨网的资源分配和负载均衡，来实现深度集成。

• 应用层(Application Layer)：应用层为用户、SP、开发者提供可信的应用程序接口&#