اختر اللغة

شبكات القدرة الحاسوبية على الارتفاعات المنخفضة: توكنة RWA للحوسبة الطرفية الجوية

بحث في توكنة القدرة الحاسوبية للطائرات المسيرة و eVTOL كأصول واقعية باستخدام البلوكشين لإنشاء شبكات تعاونية للحوسبة على الارتفاعات المنخفضة للخدمات الحضرية.
aicomputetoken.org | PDF Size: 1.4 MB
التقييم: 4.5/5
تقييمك
لقد قيمت هذا المستند مسبقاً
غلاف مستند PDF - شبكات القدرة الحاسوبية على الارتفاعات المنخفضة: توكنة RWA للحوسبة الطرفية الجوية

تحسين الأداء

35%

انخفاض في زمن استجابة المهام

استخدام الموارد

42%

زيادة في كفاءة الحوسبة

درجة الثقة

89%

دقة التحقق

1. المقدمة

يبرز المجال الجوي على الارتفاعات المنخفضة كمجال حاسم لخدمات المدن الذكية، حيث تشكل المركبات الجوية غير المأهولة (UAVs) ومركبات الإقلاع والهبوط العمودي الكهربائية (eVTOL) الشبكات الاقتصادية على الارتفاعات المنخفضة (LAENets). تتيح هذه الشبكات خدمات اللوجستيات الحضرية والاستشعار الجوي وخدمات الاتصالات، لكنها تواجه تحديات كبيرة في إدارة الثقة واستخدام الموارد.

التحديات الرئيسية:

  • إرساء الثقة بين أصحاب المصلحة المتعددين
  • الموارد الحاسوبية غير المستغلة بالكامل على المركبات الجوية
  • التنسيق الآمن في المجال الجوي المقيد
  • محاذاة الحوافز لتقاسم الموارد

2. الخلفية والأعمال ذات الصلة

2.1 الشبكات الاقتصادية على الارتفاعات المنخفضة

تمثل الشبكات الاقتصادية على الارتفاعات المنخفضة شبكات كثيفة من العقد الجوية المستقلة التي تعمل في المجال الجوي المنخفض لتقديم خدمات اللوجستيات والاتصالات والاستشعار. وقد وضعت إدارة الطيران المدني في الصين خططًا لتطوير هذا القطاع، وتوسيع مسارات لوجستيات الطائرات المسيرة وخدمات التنقل الجوي الحضري.

2.2 أساسيات توكنة الأصول الواقعية

تتضمن توكنة الأصول الواقعية (RWA) تمثيل الأصول المادية كرموز رقمية على شبكات البلوكشين. تتيح هذه الطريقة الملكية الجزئية، والتداول الشفاف، والتسوية الآلية للأصول المادية.

3. هندسة LACNet

3.1 مكونات النظام

تتكون هندسة شبكة القدرة الحاسوبية على الارتفاعات المنخفضة (LACNet) من أربع طبقات رئيسية:

  • الطبقة المادية: الطائرات المسيرة، ومركبات eVTOL، والمحطات الأرضية ذات القدرات الحاسوبية
  • طبقة البلوكشين: السجل الموزع لإدارة الرموز والعقود الذكية
  • طبقة التنظيم: تخصيص الموارد وجدولة المهام المدعومة بالذكاء الاصطناعي
  • طبقة التطبيق: الخدمات الحضرية بما في ذلك اللوجستيات والمراقبة والحوسبة الطرفية

3.2 آلية التوكنة

يتم تحويل الموارد الحاسوبية إلى رموز غير قابلة للاستبدال (NFTs) تمثل قدرات حاسوبية محددة. يحتوي كل رمز على بيانات وصفية حول:

  • القدرة الحاسوبية (أداء CPU/GPU)
  • الذاكرة والتخزين المتاحين
  • الموقع الجغرافي وأنماط التنقل
  • فترات التوافر والتسعير

4. التنفيذ التقني

4.1 الإطار الرياضي

تمت صياغة مشكلة تخصيص الموارد كمسألة تحسين تعظيم المنفعة الإجمالية للشبكة:

$\max \sum_{i=1}^{N} \sum_{j=1}^{M} x_{ij} \cdot u_{ij} - \lambda \cdot \sum_{i=1}^{N} c_i \cdot y_i$

بشرط:

$\sum_{j=1}^{M} x_{ij} \leq 1 \quad \forall i \in [1,N]$

$\sum_{i=1}^{N} x_{ij} \cdot r_{ij} \leq R_j \quad \forall j \in [1,M]$

حيث تمثل $x_{ij}$ تعيين المهمة، و$u_{ij}$ هي المنفعة، و$c_i$ هي التكلفة الحاسوبية، و$R_j$ هي سعة المورد.

4.2 التنفيذ البرمجي

// العقد الذكي لتوكنة القدرة الحاسوبية
contract ComputilityToken is ERC721 {
    struct ComputeAsset {
        uint256 cpuCapacity;
        uint256 memory;
        uint256 storage;
        uint256 availability;
        address owner;
        uint256 pricePerCycle;
    }
    
    mapping(uint256 => ComputeAsset) public computeAssets;
    
    function mintToken(
        uint256 tokenId,
        uint256 cpu,
        uint256 memory,
        uint256 storage,
        uint256 price
    ) external {
        computeAssets[tokenId] = ComputeAsset(
            cpu, memory, storage, block.timestamp + 24 hours, msg.sender, price
        );
        _mint(msg.sender, tokenId);
    }
    
    function executeComputation(
        uint256 tokenId,
        uint256 cycles
    ) external payable {
        ComputeAsset storage asset = computeAssets[tokenId];
        require(msg.value >= cycles * asset.pricePerCycle, "الدفعة غير كافية");
        require(block.timestamp <= asset.availability, "المورد غير متاح");
        
        // تنفيذ الحساب وتحويل الدفع
        payable(asset.owner).transfer(msg.value);
    }
}

5. النتائج التجريبية

تم إجراء محاكاة باستخدام سيناريو لوجستي حضري يتضمن 50-200 طائرة مسيرة و eVTOL. أظهر التنسيق القائم على الأصول الواقعية تحسينات كبيرة:

مقاييس الأداء:

  • زمن استجابة المهمة: انخفاض بنسبة 35% مقارنة بالطرق المركزية التقليدية
  • استخدام الموارد: تحسن بنسبة 42% في كفاءة الحوسبة
  • ضمان الثقة: دقة تحقق بلغت 89% من خلال إجماع البلوكشين
  • القابلية للتوسع: أداء قياسي خطي يصل إلى 500 عقدة

تضمنت هندسة المحاكاة إعداد بلوكشين هجين باستخدام Ethereum لإدارة الرموز و Hyperledger Fabric لمعالجة المعاملات الخاصة، على غرار الطرق التي نوقشت في منشورات IEEE IoT Journal حول الحوسبة الطرفية الموزعة.

6. التطبيقات المستقبلية

تتمتع شبكات LACNet بتطبيقات واسعة عبر مجالات متعددة:

التطبيقات الفورية (1-2 سنة):

  • توصيل الطرود الحضرية مع تفريغ الحوسبة في الوقت الفعلي
  • تنسيق الاستجابة للطوارئ أثناء الكوارث
  • المراقبة الجوية مع معالجة الذكاء الاصطناعي الطرفي

الاتجاهات المستقبلية (3-5 سنوات):

  • التنظيم الديناميكي المدعوم بالذكاء الاصطناعي باستخدام التعلم المعزز
  • أطر السياسات عبر الاختصاصات القضائية للأصول الممثلة برموز
  • التكامل مع شبكات 6G للاتصال السلس
  • التعلم الموحد عبر العقد الطرفية الجوية

التحليل الأصلي: تقارب الحوسبة الطرفية والأصول الممثلة برموز

يمثل هذا البحث تقدمًا كبيرًا في تقارب الحوسبة الطرفية وتقنية البلوكشين، معالجةً التحديات الحرجة في ثقة الموارد واستخدامها داخل الشبكات على الارتفاعات المنخفضة. يبني مفهوم "القدرة الحاسوبية" كأصل قابل للتوكنة على الأعمال الراسخة في الأنظمة الموزعة مع تقديم نماذج اقتصادية جديدة لتقاسم الموارد الجوية.

يستلهم هذا النهج الإلهام من عدة نماذج تقنية. على غرار كيفية إظهار CycleGAN (Zhu et al., 2017) للترجمة غير الخاضعة للإشراف من صورة إلى صورة، تتيح شبكات LACNet الترجمة السلسة بين الموارد الحاسوبية المادية وتمثيلات الأصول الرقمية. تتماشى منهجية التوكنة هذه مع البحث من مبادرة العملة الرقمية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا حول أسواق الحوسبة القابلة للتحقق، بينما تعكس آليات التنسيق الموزعة المبادئ من نظام إدارة العنقود Borg من جوجل.

ما يميز هذا العمل هو معالجته الشاملة للأبعاد التقنية والاقتصادية على حد سواء. على عكس أطر الحوسبة الطرفية التقليدية التي تركز فقط على التحسين التقني، تدمج شبكات LACNet آليات الحوافز من خلال توكنة الأصول الواقعية، مما يخلق نظامًا بيئيًا ذاتي الاستدامة. يعالج هذا النهج المزدوج التحدي الأساسي لرغبة المشاركة في الأنظمة الموزعة - وهي مشكلة موثقة على نطاق واسع في دراسات IEEE Transactions on Network Science and Engineering حول الشبكات التعاونية.

النتائج المحاكاة التي تظهر انخفاض زمن الاستجابة بنسبة 35% وتحسين الكفاءة بنسبة 42% تستحق الذكر بشكل خاص عند مقارنتها بمناهج الحوسبة الطرفية التقليدية. تنبع هذه التحسينات من اكتشاف الموارد الديناميكي وضمانات التنفيذ القابلة للتحقق التي توفرها البلوكشين، متغلبةً على قيود التنظيم المركزي التي تم تحديدها في بحث Amazon Web Services حول اختناقات الحوسبة الطرفية.

ومع ذلك، لا تزال هناك عدة تحديات لم تتم معالجتها. يتطلب استهلاك الطاقة لآليات إجماع البلوكشين، وعدم اليقين التنظيمي حول توكنة الأصول الجوية، والنفقات الحسابية للتحقق التشفيري مزيدًا من التحقيق. يجب أن يستكشف العمل المستقبلي آليات الإجماع الهجينة المشابهة لتلك المقترحة في بحث Ethereum 2.0، مما يجمع بين إثبات الحصة وتحمل الخطأ البيزنطي العملي لتحسين الكفاءة.

يفتح هذا البحث إمكانيات مثيرة لمستقبل البنية التحتية للحوسبة الحضرية. كما لوحظ في تقرير غارتنر 2023 للتقنيات الناشئة، يمثل دمج الأصول الرقمية مع البنية التحتية المادية اتجاهًا رئيسيًا، حيث تضع شبكات LACNet في طليعة هذا التقارب. تشير قابلية تمديد الإطار إلى بيئات الطرف المتنقلة الأخرى - من المركبات المستقلة إلى الأنظمة البحرية - إلى قابلية تطبيق واسعة تتجاوز المجال الجوي المحدد الذي تم فحصه في هذا العمل.

7. المراجع

  1. H. Luo et al., "Low-Altitude Computility Networks: Architecture, Methodology, and Challenges," IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing, 2023.
  2. M. Chiang et al., "Fog and Edge Computing: Principles and Paradigms," Wiley, 2019.
  3. J. Zhu et al., "Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks," ICCV, 2017.
  4. A. Narayanan et al., "Bitcoin and Cryptocurrency Technologies," Princeton University Press, 2016.
  5. M. Abadi et al., "TensorFlow: Large-Scale Machine Learning on Heterogeneous Distributed Systems," OSDI, 2016.
  6. Civil Aviation Administration of China, "Low-Altitude Economy Development Guidelines," 2022.
  7. IEEE Standards Association, "Blockchain for Edge Computing Standards Framework," 2023.
  8. Gartner, "Top 10 Strategic Technology Trends for 2023," Gartner Research, 2023.