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系統識別號 U0026-3107201921384700
論文名稱(中文) 以區塊鏈技術實作動態頻譜管理及接取平台
論文名稱(英文) Implementation of Blockchain-Based Dynamic Spectrum Management and Access Platform
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 電信管理研究所
系所名稱(英) Institute of Telecommunications and Management
學年度 107
學期 2
出版年 108
研究生(中文) 黃瀚緯
研究生(英文) Han-Wei Huang
電子信箱 likeneverdie@gmail.com
學號 R96064021
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 61頁
口試委員 指導教授-陳文字
口試委員-沈宗緯
口試委員-林福林
口試委員-林易泉
中文關鍵字 動態頻譜接取系統  區塊鏈  感知無線電  軟體定義無線電  GNU Radio  USRP  頻譜資源資料庫  頻譜交易 
英文關鍵字 Dynamic Spectrum Access  Software-Defined Radio  GNU Radio  Cognitive Radio  Blockchain  Database  Spectrum Transaction 
學科別分類
中文摘要 隨著資通訊產業的日趨進步與快速發展,越來越多裝置設備都有連接上網路的需求,因此對於頻譜資源的需求有增無減,然而頻譜資源是有限的,要如何有效利用目前就已經十分壅塞的頻譜資源,是不論電信業者、政府機關、資通訊產業業者都面臨到的難題。為了能夠讓頻譜資源的使用更加有效率、頻譜資源更易管理,本研究利用擁有環境偵測能力的感知無線電 CR (cognitive radio) 技術,在軟體定義無線電平台GNU Radio下進行開發,實作一個動態頻譜接取系統,並建立一個符合IEEE國際標準之動態頻譜接取系統,同時也將區塊鏈技術融合至動態頻譜接取平台中的頻譜交易機制當中。本篇研究以感知無線電裝置結合軟體定義無線電技術,並將裝置連接上建立在樹莓派 (Raspberry Pi3) 之動態頻譜接取資料庫,讓感知無線電裝置能夠在發射資料前先藉由自身環境感測能力偵測周遭頻譜使用狀況,透過軟體定義無線電設備USRP (universal software radio peripheral),並調整自身發射的參數,連接資料庫後由資料庫進行最終的干擾判斷進而同意裝置之發射請求。本研究同時在動態頻譜接取系統中實作頻譜交易的功能,並將能夠確保交易安全的區塊鏈技術融入頻譜交易當中,利用區塊鏈分散式帳本的架構驗證交易的安全性,讓整個動態頻譜接取系統更加完善且安全,以符合未來頻譜資源使用的需求。
英文摘要 With the rapid development of the information communication technology, more and more devices have their demands on the spectrum resource to access the internet service. However, spectrum resource is limited. It’s a big challenge for mobile operator, manufacture, and government to make spectrum usage more efficient. In order to manage the spectrum resource efficiently, this study aims to build a dynamic spectrum management and access platform according to the IEEE 1900 standards. Also, this study includes spectrum transaction which is implemented with blockchain technology into the spectrum management platform. Raspberry Pi 3 Model B equipped with USRP (universal software radio peripheral) is used in this study as a CR (cognitive radio) device. In dynamic spectrum access scheme, a CR device would sense the radio environment before transmitting data in order to avoid possible interference. If the device concludes that other devices nearby are using the certain spectrum resource, the device itself will dynamically adjust its key parameters such as carry frequency and modulation scheme. Spectrum management database plays another significant row in this study. When the database receives a transmitting request from CR device, it must determine whether interference happens. To make the spectrum transaction system safe and sound, blockchain technology is employed in this study. Blochchain is resistant to modification of each transaction record, so it can assure the safety of whole system without any malicious attack and simultaneously verify every transaction in the dynamic spectrum management and access platform.
論文目次 目錄
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 5
1.3 論文組織 7
第二章 文獻回顧探討 10
2.1 動態頻譜接取 10
2.1.1 軟體定義無線電 12
2.1.2 感知無線電 13
2.1.3 頻譜資源資料庫 14
2.2 區塊鏈概念及其特性 15
2.3 區塊鏈技術實作動態頻譜接取系統文獻回顧 19
2.4 文獻歸納小結 20
第三章 研究架構 23
3.1 軟體架構 23
3.1.1 GNU Radio 23
3.2 硬體裝置介紹 25
3.2.1 USRP技術規格 25
3.2.2 樹莓派技術規格 26
3.3 感知無線電模組設計 28
3.3.1 傳送端設計 28
3.3.2 接收端設計 29
3.4 區塊鏈實作去中心化動態頻譜接取平台 30
3.4.1 頻譜租賃交易資訊 31
3.4.2 共享頻段地理資訊 32
3.4.3 感知無線電裝置資訊 33
3.5 系統整合架構 34
第四章 研究結果 35
4.1 平台架構與實驗流程 35
4.2 資料庫實作與設計 38
4.2.1 硬體及軟體使用 38
4.2.2 資料欄位設計 39
4.3 頻譜交易機制 42
4.3.1 區塊鏈概念實作 42
4.3.2 交易驗證 44
4.4 動態頻譜接取概念設計與實作 46
4.4.1 通道偵測 46
4.4.2 偵測通道後發射資料 50
4.4.3 資料庫干擾判斷 53
4.5 研究結果探討 56
第五章 結論 58
5.1 結論 58
5.2 未來研究建議 59
參考文獻 60



表目錄
表 1、USRP B200 mini 規格 26
表 2、Raspberry Pi 3規格 27
表 3、頻譜租賃交易資訊 31
表 4、頻譜共享資訊 32
表 5、感知無線電設備裝置資訊 33
表 6、DSA資料庫之資料表名稱及功能 40


圖目錄
圖 1、中華民國頻率分配表(特高頻、超高頻、極高頻) 3
圖 2、動態頻譜接取系統整體架構圖 6
圖 3、動態頻譜接取模型(以使用頻段區分) [8] 11
圖 4、動態頻譜接取模型(以發射功率區分) [8] 11
圖 5、軟體定義無線電架構圖[4] 12
圖 6、感知無線電系統架構[9] 13
圖 7、分頻、分時之頻譜使用狀況示意圖 [10] 14
圖 8、比特幣交易紀錄(擷取自區塊No. 438995) [14] 17
圖 9、比特幣區塊資料(擷取自區塊No. 438995 Hash值部分)[14] 18
圖 10、區塊鏈概念示意圖 [14] 18
圖 11、GNU Radio開發環境 24
圖 12、USRP B200 Mini [12] 26
圖 13、樹莓派實體照片 27
圖 14、收發之車載資訊 28
圖 15、感知無線電傳送端設計 29
圖 16、感知無線電接收端設計 30
圖 17、系統整合架構圖 34
圖 18、實驗硬體設備 35
圖 19、頻譜交易流程圖 36
圖 20、隱藏節點問題 37
圖 21、動態頻譜接取實驗流程 38
圖 22、phpMyAdmin管理者介面 39
圖 23、主要使用之資料表 41
圖 24、主鍵所連接之資料表 41
圖 25、頻譜購買介面 42
圖 26、頻譜購買介面(購買確認彈跳視窗) 43
圖 27、頻譜交易介面(交易成功) 43
圖 28、驗證交易介面(正常情況) 44
圖 29、驗證交易介面(異常狀況) 45
圖 30、通道偵測程式之參數調整 47
圖 31、實際進行通道偵測資料(無偵測到訊號) 48
圖 32、實際進行通道偵測資料(無偵測到訊號)頻譜圖 49
圖 33、實際進行通道偵測資料(有偵測到訊號) 49
圖 34、實際進行通道偵測資料(有偵測到訊號)頻譜圖 50
圖 35、調變方式選擇之圖形化介面(準備畫面) 51
圖 36、調變方式選擇之圖形化介面(發射後) 52
圖 37、裝置發出傳送請求(GMSK)-同意 52
圖 38、裝置發出傳送請求(OFDM)-拒絕 53
圖 39、GMSK方塊圖 54
圖 40、OFDM方塊圖(1) 54
圖 41、OFDM方塊圖(2) 55
圖 42、GMSK訊號發射圖 55
圖 43、OFDM訊號發射圖 56
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  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2019-08-05起公開。
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