介绍
除了在第五代蜂窝网络中交换语音、图像或视频信息外，研究人员正在探索交互的新维度，包括五感通信、无处不在的即时通信、虚拟/增强现实（VR/AR）、技能互联网、无线脑机接口、，全息通信和普适智能，引领人们真正沉浸在遥远的环境中（Zhang等人，2017年，Zhang等，2019年，Guo等人，2021年）。与此同时，5G网络提供的远程学习、自动驾驶、医疗保健、工业互联网、安全交易和智能城市等不同领域的智能通信评估激发了专家们对6G的研究。6G无线网络旨在通过无缝集成从地面、空中、太空到水下的先进无线网络影响，为未来数据密集型智能社会提供全自动化服务（Chowdhury等人，2020）。随着数据流量和新兴多媒体应用的巨大增长，预计到2025年6G每月将达到607 EB，到2030年每月将达到5016 EB（Tariq等人，2020年，Saad等人，2020）。预计6G移动网络基本上是虚拟化的、软件定义的和基于云的系统，以激励大量广泛连接的异构设备，包括万物互联（IoE），实现难以置信的网络服务范围（Zhang等人，2019年）。随着向6G的范式转变，物联网通过实现将物理设备连接到通信领域的网络空间的有前途的应用而发挥着重要作用（Qi等人，2020）。
未来一代无线网络的出现支持一组新的数据密集型和实时应用程序，包括可持续商业模式、敏捷管理、网络编排、网络切片、频谱共享和许多其他垂直服务（Guo等人，2021）。然而，这些差异化服务往往会增加一些问题，例如数据隐私、网络可靠性、不变性、安全性、高效资源利用、多重访问控制、虚拟网络功能等（Nguyen等人，2020a）。移动网络运营商（MNO）无法有效处理庞大的蜂窝基础设施，尤其是在高峰流量需求期间。这可能会迫使移动运营商提高终端移动用户的使用价格，因为额外带宽的许可费用高昂，基础设施部署和管理数量不断增加。因此，跨国公司必须将其现有的集中式业务战略改变为以软件定义的网络、网络虚拟化和智能管理为主导的灵活的去中心化架构（Rawat，2020，Ahokangas et al.，2019）。分散的微型移动互联网范式需要一个可扩展且值得信赖的解决方案，以实现准实时基础设施管理以及改进的财务交互和服务水平协议（SLA）。
区块链技术（BCT）作为一种不可变的分布式分类账，用于执行与密码符号相关的安全金融交易。换句话说，BCT在不可信网络中的未知实体之间建立可信的安全通信。BCT作为一个通用的、相互的和分布式的分类账运行，用作衡量所有通信架构（尤其是网络安全领域）的大规模安全指数。BCT在分布式应用方面取得了发展势头，被认为是关键的可信技术，在物联网和6G移动通信的背景下，受到了研究和工业界的高度关注。区块链提供了一个可扩展的分布式平台，用于永久记录数据并验证不同实体之间的交易，而无需涉及中央参与者（Dinh等人，2018年）。区块链与6G无线网络的集成潜在地允许MNO监控和管理资源和频谱利用率，并具有一些附加优势，如改进频谱拍卖、减少管理支出、基础设施共享等。由于透明度的固有优势，BC可以记录实时资源利用率，并通过频谱的动态分配显著提高频谱效率（Weiss et al.，2019）。随着无线网络范式向分布式解决方案的转变，MNO部署了大量基站，数十亿多媒体设备在其中相互通信。这一趋势表明，在未来的无线网络中，固定频谱分配和相应的资源共享机制并不有效，也不具有可扩展性。使用底层基础设施实施区块链不仅可以提供高效的频谱共享和资源管理，还可以因服务共享而享受激励（Maksymyuk等人，2020年）。
比特币和以太币是区块链增强类不可变数据列表的最流行实现。区块链技术中的去中心化账本用于有效记录分布式对等（P2P）网络上多方之间的每项完成交易的数据（Alladi等人，2019年，Puthal等人，2018年）。此外，BCT为包括个人和行业在内的众多实体提供了一个可信、安全和不可变的平台，以便在无需中央当局控制的情况下进行协作、数字资产交换和相关交易。除了安全支付和存储财务数据之外，区块链应用程序正在扩展到其他领域，例如供应链管理、工业制造、医疗保健和教育部门（Taylor等人，2020年）。BCT 1.0通常处理加密货币（例如比特币）和支付，而BCT 2.0处理自动化数字金融，最新的BCT 3.0与数字社会相关，例如工业4.0、工业物联网和智能城市（Efanov和Roschin，2018）。名为工业4.0的第四次工业革命是指配备智能物联网设备的智能工厂设置。另一方面，工业物联网（IIoT）是物联网的一个子集，在从传统工业向智能工业4.0的过渡过程中，我们的数字社会的互联性和物联网设备的卓越性使其得到了改善。
虽然物联网授权的应用程序将为人类生活带来便利，并促进智能生活，但5G网络要支持这些高级应用程序，是一项艰巨的任务。随着物联网的发展，6G将通过支持超高速数据需求、低延迟、广泛覆盖、本地化和其他大规模机器类型通信，克服5G功能的局限性。文献（Panarello等人，2018）研究了区块链和物联网技术的集成，用解决方案来处理限制，但未能确定解决复杂性方面的确切问题。作者（Hang和Kim，2019a）研究了集成物联网区块链平台目标功能中的数据传感完整性，以实现对不同区域中节点的轻松访问。然而，执行时间、通信和计算开销问题被忽略。在利用人工智能研究支持业务连续性的智能物联网系统的有效性时，延迟和计算能力问题仍未解决（Singh和Park，2020年）。Huang等人（2019）调查了6G网络的绿色演变，描述了架构转型和包括区块链在内的相关潜在技术。作者从研究挑战和通信技术的角度关注基于区块链的超密集蜂窝物联网架构和机器学习方法（Sharma和Wang，2020）。Hussain等人（2020年）对利用机器学习方法的移动网络和物联网系统中的资源管理进行了广泛调查。尽管这些工作为5G奠定了坚实的背景和突破性的技术，但区块链在支持6G的大规模物联网系统中的作用在之前的调查中尚未涉及。为了填补这一空白，本文从网络架构、透明度、先进的网络管理、安全交易的关键成就等方面，以更广泛的机会审视了区块链在6G和工业物联网中的功能。表1总结了区块链支持的无线网络和物联网系统背景下的现有文献调查和评论。所有相关论文都针对不同的应用提出了物联网背景下区块链的潜在特征。与其他相关论文相比，在本文中，我们更深入地研究了基于业务连续性的工业物联网和6G通信领域，包括详细的近期趋势、挑战、解决方案和未来范围。
过去几年，在工业物联网和6G通信领域出现了数量有限的区块链研究项目，因此，面向行业的研究仍处于起步阶段。除了身份验证、责任追究、资产跟踪等功能外，BCT在允许参与者节点从智能行业的角度以安全的方式相互交换信息方面发挥着重要作用。新型冠状病毒疫情已导致全世界采用虚拟视频会议、娱乐、直播视频通信，范围从教育、商业到医疗部门。专家预计，实时和虚拟交互的性能需求、若干数据和计算密集型垂直领域的升级，例如使用加密货币的数字交易、工业自动化、增强现实、虚拟现实、自动驾驶、，并且设备到设备通信（D2D）将在后疫情时代后急剧增加。在6G通信和大规模物联网实施领域，可以发现许多重大挑战，以满足预期的需求激增。分布式区块链账本技术是解决限制和促进运营标准的关键促成因素。据作者所知，没有对BCT在工业物联网和6G网络方面的应用进行文献综述。本调查文件的主要贡献总结如下。
- •
在未来第六代无线网络和工业物联网的背景下，展示区块链技术的潜在关键特征，为研究社区提供启示。
- •
讨论以生态系统为中心的BC驱动6G商业模式，用于可持续全球社会、IIoT、工业4.0及以后的应用，重点关注金融稳定、技术转让、生态平衡和重建、环境保护、政府机构民主化以及创新和创业。
- •
概述分布式账本技术对多个利益相关者（例如资源代理、微运营商和边缘云运营商）以6G生态系统为中心的多种商业模式转换的基本影响，以解决可扩展性、可持续性和可复制性后果。
- •
针对网络威胁或未经授权的访问，提供关于完整性、安全性和隐私问题的广泛调查。之后，必要的步骤取决于各种详尽的分层安全风险，并根据自适应一致性算法和加密机制考虑范围有效的解决方案。
- •
文中广泛指出了所遇到的挑战性问题、潜在的缓解技术以及BC增强型6G蜂窝和工业应用的未来大趋势。
论文的其余部分组织如下。第2节介绍了区块链技术的基本原理、架构、优缺点、广泛的应用场景、遇到的挑战以及缓解技术。第4节广泛讨论了6G中区块链的好处，包括技术模型、BC授权的去中心化网络设计和社会经济可持续商业模型。第5节介绍了物联网系统区块链的融合。第6节说明了安全和隐私问题。此外，第7节介绍了本次调查的总结以及研究挑战、未来研究方向和吸取的教训。最后，第8节总结了审查文件。图1描述了这篇调查论文的大纲。
