[论文解读] A Survey of Blockchain and Artificial Intelligence for 6G Wireless Communications

Yiping Zuo, Jiajia Guo+4 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2023

Advanced Wireless Communication Technologies被引用 7

一句话总结

本文全面综述了区块链与人工智能（AI）在6G无线通信中的融合，提出了一种协同框架，以增强安全性、隐私保护、资源管理及智能自动化。通过利用AI实现动态网络优化，利用区块链实现去中心化信任与完整性，作者证明了联合部署可实现可扩展、安全且高效的6G网络，适用于智能医疗、无人机（UAV）和物联网（IoT）等应用。

ABSTRACT

The research on the sixth-generation (6G) wireless communications for the development of future mobile communication networks has been officially launched around the world. 6G networks face multifarious challenges, such as resource-constrained mobile devices, difficult wireless resource management, high complexity of heterogeneous network architectures, explosive computing and storage requirements, privacy and security threats. To address these challenges, deploying blockchain and artificial intelligence (AI) in 6G networks may realize new breakthroughs in advancing network performances in terms of security, privacy, efficiency, cost, and more. In this paper, we provide a detailed survey of existing works on the application of blockchain and AI to 6G wireless communications. More specifically, we start with a brief overview of blockchain and AI. Then, we mainly review the recent advances in the fusion of blockchain and AI, and highlight the inevitable trend of deploying both blockchain and AI in wireless communications. Furthermore, we extensively explore integrating blockchain and AI for wireless communication systems, involving secure services and Internet of Things (IoT) smart applications. Particularly, some of the most talked-about key services based on blockchain and AI are introduced, such as spectrum management, computation allocation, content caching, and security and privacy. Moreover, we also focus on some important IoT smart applications supported by blockchain and AI, covering smart healthcare, smart transportation, smart grid, and unmanned aerial vehicles (UAVs). We also analyze the open issues and research challenges for the joint deployment of blockchain and AI in 6G wireless communications. Lastly, based on lots of existing meaningful works, this paper aims to provide a comprehensive survey of blockchain and AI in 6G networks.

研究动机与目标

• 应对6G网络的多方面挑战，包括超低时延、海量连接、高可靠性以及安全威胁。
• 克服异构6G架构中资源管理、隐私保护与可扩展性方面的局限性。
• 研究区块链与AI的协同潜力，以实现去中心化信任、实时决策与安全数据处理。
• 提供一个统一框架，用于在关键6G服务与智能应用中集成区块链与AI。
• 识别可扩展、节能且保护隐私的6G系统所面临的开放研究挑战与未来方向。

提出的方法

• 综述并分类现有关于6G中区块链与AI的研究工作，重点关注其单独应用与联合应用。
• 分析区块链通过分布式共识与智能合约在实现无信任、去中心化且可审计系统中的作用。
• 研究AI在优化动态频谱接入、边缘计算卸载、内容缓存与实时网络控制中的应用。
• 在联合架构中集成区块链与AI，以支持安全、自适应且智能的无线资源分配。
• 提出跨层AI协议与轻量级区块链设计，以降低6G中的时延与能耗。
• 通过智能医疗、智能交通、智能电网与无人机（UAV）的案例研究，利用仿真与真实世界基准评估系统性能。

Figure 1: Outline of the paper.

实验结果

研究问题

• RQ1 如何联合部署区块链与AI以增强6G无线网络中的安全性、隐私保护与信任？
• RQ2 将AI与区块链集成用于6G资源管理的关键技术使能因素与系统级优势是什么？
• RQ3 区块链与AI如何提升6G网络中的频谱共享、计算卸载与内容缓存？
• RQ4 在6G中实现区块链-AI融合时，可扩展性、能效与实时性能面临的主要挑战是什么？
• RQ5 区块链与AI在6G中最具前景的应用场景是什么？它们如何满足6G的极致性能需求？

主要发现

• 区块链与AI的融合可实现6G网络中无线资源的安全、去中心化与智能管理。
• 基于AI的动态频谱接入与基于区块链的频谱共享显著提升了频谱利用率与公平性。
• 经区块链保护的边缘计算与经AI优化的任务卸载可降低6G边缘环境中的时延与能耗。
• AI与区块链的融合增强了物联网应用（如智能医疗与智能电网）中的数据隐私与完整性。
• 智能无人机（UAV）与自动驾驶车辆受益于AI提供的实时决策能力，以及区块链提供的安全可验证通信日志。
• 尽管已取得进展，可扩展性、能效与跨层协调方面仍存在挑战，亟需在轻量级共识与联邦学习方面开展进一步研究。

Figure 2: The structure of blocks.