निम्न-ऊंचाई कंप्यूटिलिटी नेटवर्क: आर्किटेक्चर, पद्धति और चुनौतियाँ

1. परिचय

मानवरहित हवाई वाहनों (यूएवी) और इलेक्ट्रिक वर्टिकल टेकऑफ एंड लैंडिंग (ईवीटीओएल) विमानों के प्रसार ने निम्न-ऊंचाई अर्थव्यवस्था (एलएई) के युग की शुरुआत कर दी है। ये प्लेटफॉर्म शहरी लॉजिस्टिक्स, हवाई संवेदन और आपातकालीन प्रतिक्रिया जैसी सेवाओं को सक्षम करते हैं। इन हवाई वाहनों के नेटवर्क, जिन्हें निम्न-ऊंचाई आर्थिक नेटवर्क (एलएईनेट) कहा जाता है, समन्वय, सुरक्षा और संसाधन उपयोग में चुनौतियों का सामना करते हैं। इन वाहनों की ऑनबोर्ड कंप्यूटिंग शक्ति ("कंप्यूटिलिटी") एक महत्वपूर्ण अप्रयुक्त संसाधन है। यह शोध पत्र निम्न-ऊंचाई कंप्यूटिलिटी नेटवर्क (एलएसीनेट) का प्रस्ताव करता है, जो वितरित हवाई कंप्यूटिंग संसाधनों को ब्लॉकचेन पर टोकनाइज्ड रियल-वर्ल्ड एसेट्स (आरडब्ल्यूए) के रूप में मानता है, जिससे आकाश में सुरक्षित, प्रोत्साहित और कुशल सहयोगी कंप्यूटिंग क्लस्टर सक्षम होते हैं।

2. पृष्ठभूमि एवं संबंधित कार्य

2.1 निम्न-ऊंचाई अर्थव्यवस्था एवं नेटवर्क

एलएईनेट निचले वायुक्षेत्र में संचालित यूएवी और ईवीटीओएल के सघन, समन्वित नेटवर्क का प्रतिनिधित्व करते हैं। मुख्य अनुप्रयोगों में डिलीवरी, निगरानी और संचार शामिल हैं। हालाँकि, इन नेटवर्कों के पैमाने को बढ़ाने से वायु यातायात प्रबंधन, टक्कर से बचाव और साइबर सुरक्षा में जटिल समस्याएँ उत्पन्न होती हैं, जो मूल रूप से विभिन्न प्रकार के हितधारकों के बीच विश्वास की कमी में निहित हैं।

2.2 ब्लॉकचेन एवं आरडब्ल्यूए टोकनाइजेशन

ब्लॉकचेन लेनदेन और संपत्ति स्वामित्व को रिकॉर्ड करने के लिए एक विकेंद्रीकृत, अपरिवर्तनीय लेजर प्रदान करता है। रियल-वर्ल्ड एसेट (आरडब्ल्यूए) टोकनाइजेशन में किसी भौतिक संपत्ति (जैसे, रियल एस्टेट, वस्तुएं) के अधिकारों को ब्लॉकचेन पर एक डिजिटल टोकन के रूप में प्रस्तुत करना शामिल है। यह शोध पत्र इस अवधारणा को कंप्यूटिंग संसाधनों तक विस्तारित करता है, यह प्रस्ताव करते हुए कि एक हवाई वाहन की कम्प्यूटेशनल क्षमता और आउटपुट को एक व्यापार योग्य, सत्यापन योग्य संपत्ति के रूप में टोकनाइज किया जा सकता है।

3. एलएसीनेट आर्किटेक्चर

3.1 मुख्य घटक

प्रस्तावित एलएसीनेट आर्किटेक्चर में चार परतें शामिल हैं: भौतिक विमान परत (कंप्यूट इकाइयों वाले ड्रोन, ईवीटीओएल), टोकनाइजेशन परत (आरडब्ल्यूए टोकन बनाने के लिए ब्लॉकचेन स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट), ऑर्केस्ट्रेशन परत (उपलब्ध संसाधनों के साथ कंप्यूट कार्यों का मिलान) और एप्लिकेशन परत (लॉजिस्टिक्स, संवेदन, एआई सेवाएं)।

3.2 टोकनाइजेशन फ्रेमवर्क

प्रत्येक भाग लेने वाला विमान एक नॉन-फंजिबल टोकन (एनएफटी) या एक सेमी-फंजिबल टोकन बनाता है जो इसकी अद्वितीय हार्डवेयर पहचान का प्रतिनिधित्व करता है और एक फंजिबल टोकन जो इसके उपलब्ध कंप्यूटिंग चक्रों (जैसे, जीपीयू-सेकंड) का प्रतिनिधित्व करता है। स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट संसाधन उपयोग, मूल्य निर्धारण और एसएलए (सेवा स्तर समझौता) अनुपालन की शर्तों को परिभाषित करते हैं।

3.3 ऑर्केस्ट्रेशन तंत्र

एक विकेंद्रीकृत ऑर्केस्ट्रेशन तंत्र समन्वय तल के रूप में ब्लॉकचेन का उपयोग करता है। कार्यों को स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट कॉल के रूप में प्रकाशित किया जाता है। उपलब्ध कंप्यूटिलिटी वाले विमान कार्यों के लिए बोली लगाते हैं। विजेता बोली लगाने वाले के टोकन को एस्क्रो में रखा जाता है, और क्रिप्टोग्राफिक प्रमाणों (जैसे, जेडके-स्नार्क) के माध्यम से सत्यापित सफल कार्य पूरा होने पर, भुगतान जारी किया जाता है।

4. पद्धति एवं केस स्टडी

4.1 शहरी लॉजिस्टिक्स परिदृश्य

शोध पत्र एक शहरी एलएसीनेट का मॉडल तैयार करता है जिसमें डिलीवरी ड्रोन और एयर-टैक्सी शामिल हैं। ड्रोन पार्सल डिलीवरी संभालते हैं लेकिन रीयल-टाइम नेविगेशन और बाधा से बचाव एआई इनफेरेंस कार्यों को पास के, अधिक शक्तिशाली ईवीटीओएल को टोकन के बदले में ऑफलोड कर सकते हैं, जिनमें निष्क्रिय जीपीयू होते हैं।

4.2 सिमुलेशन एवं परिणाम

सिमुलेशन एक पारंपरिक अलग-थलग बेड़े की तुलना प्रस्तावित आरडब्ल्यूए-आधारित एलएसीनेट से करते हैं।

चार्ट विवरण: एक बार चार्ट वाई-अक्ष पर "औसत कार्य पूर्णता समय" दिखाएगा, जिसमें "बेसलाइन (कोई साझाकरण नहीं)" और "एलएसीनेट (आरडब्ल्यूए-आधारित)" के लिए दो बार होंगे। एलएसीनेट बार काफी छोटा होगा। एक लाइन चार्ट समय के साथ "कुल कंप्यूट उपयोग %" दिखाएगा, जिसमें एलएसीनेट लाइन लगातार बेसलाइन से ऊपर होगी।

5. चुनौतियाँ एवं भविष्य की दिशाएँ

मुख्य चुनौतियों में शामिल हैं: वायुक्षेत्र में टोकनाइज्ड संपत्तियों के लिए नियामक बाधाएँ, संसाधन-सीमित उपकरणों पर ब्लॉकचेन सर्वसम्मति का तकनीकी ओवरहेड, और कंप्यूटिलिटी टोकन के लिए बाजार तरलता। भविष्य के शोध दिशाएँ हैं:

• एआई-संचालित ऑर्केस्ट्रेशन: गतिशील संसाधन मूल्य निर्धारण और मिलान के लिए रीइन्फोर्समेंट लर्निंग का उपयोग।
• सहयोगी एज एआई: डेटा केंद्रीकरण के बिना मॉडल प्रशिक्षण के लिए एलएसीनेट्स में फेडरेटेड लर्निंग।
• अंतर-अधिकार क्षेत्र नीति: अंतरराष्ट्रीय वायुक्षेत्र में डिजिटल संपत्ति अधिकारों के लिए मानक विकसित करना।

6. विश्लेषक का परिप्रेक्ष्य: मुख्य अंतर्दृष्टि, तार्किक प्रवाह, शक्तियाँ एवं कमियाँ, क्रियान्वयन योग्य अंतर्दृष्टि

मुख्य अंतर्दृष्टि: शोध पत्र की प्रतिभा निष्क्रिय ड्रोन कंप्यूट को एक तकनीकी उपोत्पाद से आरडब्ल्यूए टोकनाइजेशन के माध्यम से मुद्रीकरण योग्य, व्यापार योग्य पूंजीगत संपत्ति में पुनः परिभाषित करने में निहित है। यह केवल दक्षता के बारे में नहीं है; यह आकाश की एज परत के लिए एक नए संपत्ति वर्ग और बाजार तंत्र का निर्माण करने के बारे में है। यह सीधे मौलिक एलएई अड़चन से निपटता है: बहु-हितधारक सहयोग के लिए विश्वास और आर्थिक प्रोत्साहन की कमी।

तार्किक प्रवाह: तर्क प्रभावशाली है: 1) एलएईनेट उभर रहे हैं लेकिन विश्वास-वंचित हैं। 2) उनकी अल्प-उपयोगिता वाली कंप्यूट एक बर्बाद संपत्ति है। 3) ब्लॉकचेन+आरडब्ल्यूए विश्वास और वित्तीयकरण परत प्रदान करता है। 4) टोकनाइजेशन "कंप्यूटिलिटी" के लिए एक सुरक्षित, तरल बाजार सक्षम करता है। 5) केस स्टडी विलंबता/उपयोगिता लाभ साबित करती है। तर्क वितरित सिस्टम, अर्थशास्त्र और नीति के बीच सेतु बनाता है।

शक्तियाँ एवं कमियाँ: इसकी शक्ति इसका समग्र, अंतःविषय दृष्टिकोण है, जो विकेंद्रीकृत वित्त (डीफाई) से अत्याधुनिक अवधारणाओं को एज कंप्यूटिंग के साथ मिलाता है। सिमुलेशन एक महत्वपूर्ण प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रदान करता है। हालाँकि, शोध पत्र तकनीकी व्यवहार्यता पर अत्यधिक आशावादी है। रीयल-टाइम ड्रोन समन्वय के लिए ऑन-चेन सर्वसम्मति (हल्की चेन पर भी) की विलंबता/ओवरहेड को सरलता से टाल दिया गया है। यह शुरुआती आईओटी-ऑन-ब्लॉकचेन प्रचार को दर्शाता है जो अक्सर थ्रूपुट पर ठोकर खाता था, जैसा कि "ब्लॉकचेन फॉर आईओटी: ए क्रिटिकल एनालिसिस" (आईईईई आईओटी जर्नल, 2020) जैसे अध्ययनों में उल्लेख किया गया है। नियामक चर्चा, हालांकि उल्लेखित है, सतही है—संप्रभु वायुक्षेत्र में संपत्तियों को टोकनाइज करना रियल एस्टेट को टोकनाइज करने की तुलना में कहीं अधिक जटिल एक कानूनी खदान क्षेत्र है।

क्रियान्वयन योग्य अंतर्दृष्टि: निवेशकों के लिए, एयरोस्पेस को वेब3 इंफ्रास्ट्रक्चर के साथ मिलाने वाले स्टार्टअप्स पर नजर रखें। इंजीनियरों के लिए, हाइब्रिड आर्किटेक्चर को प्राथमिकता दें: सेटलमेंट और एसएलए लॉगिंग के लिए ब्लॉकचेन का उपयोग करें, लेकिन रीयल-टाइम ऑर्केस्ट्रेशन के लिए एक तेज, ऑफ-चेन प्रोटोकॉल (जैसे क्लस्टर के बीच एक संशोधित राफ्ट सर्वसम्मति) का उपयोग करें। नियामकों के लिए, यह शोध पत्र एक चेतावनी है कि तकनीक कानून से आगे न निकल जाए, इससे पहले डिजिटल वायुक्षेत्र संपत्ति फ्रेमवर्क को अभी से सैंडबॉक्सिंग शुरू करें।

7. तकनीकी विवरण

कंप्यूटिलिटी के टोकनाइजेशन को मॉडल किया जा सकता है। मान लीजिए $C_i(t)$ समय $t$ पर विमान $i$ की उपलब्ध कंप्यूटिंग क्षमता (फ्लॉप्स में) का प्रतिनिधित्व करता है। इस क्षमता को असतत इकाइयों में टोकनाइज किया जा सकता है। एक कार्य $T_k$ को $R_k$ इकाइयों की कंप्यूट की आवश्यकता होती है। ऑर्केस्ट्रेशन समस्या एक गतिशील मिलान है:

$$\min \sum_{k} \left( \alpha \cdot \text{Latency}(i,k) + \beta \cdot \text{Cost}(\text{Token}_i, R_k) \right)$$

इस शर्त के अधीन कि $C_i(t) \geq R_k$ और वायुक्षेत्र निकटता बाधाएँ। स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट दोहरे-टोकन मॉडल को लागू करते हैं: एक पहचान एनएफटी $ID_i$ (मेटाडेटा: हार्डवेयर विशिष्टताएँ, मालिक) और एक उपयोगिता टोकन $UT_i(t)$ जो $C_i(t)$ का प्रतिनिधित्व करता है, गतिशील रूप से बनाया और नष्ट किया जाता है।

8. विश्लेषण फ्रेमवर्क उदाहरण

परिदृश्य: एक डिलीवरी ड्रोन की एलएसीनेट में भाग लेने की आर्थिक व्यवहार्यता का मूल्यांकन करना।

फ्रेमवर्क चरण:

1. संपत्ति सूची: ऑनबोर्ड कंप्यूट की सूची बनाएं (जैसे, एनवीडिया जेटसन एजीएक्स ओरिन, 200 टीओपीएस)।
2. लागत आधार: प्रति घंटा परिचालन लागत की गणना करें (ऊर्जा, रखरखाव, मूल्यह्रास)।
3. राजस्व मॉडल: दो धाराओं से टोकन आय का अनुमान लगाएं:
   • प्राथमिक सेवा: डिलीवरी शुल्क।
   • द्वितीयक सेवा: निष्क्रिय कंप्यूटिलिटी बेचना। बाजार मांग (जैसे, चरम बनाम मंदी) के आधार पर मूल्य मॉडल करें।
4. शुद्ध मूल्य गणना: $\text{Net Value} = (\text{Primary Revenue} + \text{Token Revenue}) - \text{Operational Cost} - \text{Blockchain Tx Fees}$.
5. संवेदनशीलता विश्लेषण: चर के खिलाफ मॉडल का परीक्षण करें: टोकन मूल्य अस्थिरता, कंप्यूट मांग झटके, नियामक कर परिदृश्य।

यह फ्रेमवर्क एक ऑपरेटर को यह तय करने में मदद करता है कि कंप्यूटिलिटी को टोकनाइज करने से सकारात्मक आरओआई मिलता है या नहीं, एक लागत केंद्र को लाभ केंद्र में बदल देता है।

9. भविष्य के अनुप्रयोग एवं दृष्टिकोण

एलएसीनेट अवधारणा में शहरी लॉजिस्टिक्स से परे परिवर्तनकारी क्षमता है:

• आपदा प्रतिक्रिया: एड-हॉक एलएसीनेट्स क्षति आकलन के लिए उपग्रह/हवाई इमेजरी को रीयल-टाइम में प्रोसेस करने के लिए बन सकते हैं, जिसमें एनजीओ या सरकारें प्रयास को वित्तपोषित करने के लिए कंप्यूटिलिटी टोकन खरीद सकते हैं।
• सटीक कृषि: कृषि ड्रोन के झुंड जटिल मल्टीस्पेक्ट्रल विश्लेषण मॉडल को ऑन-द-फ्लाई चलाने के लिए कंप्यूट साझा कर सकते हैं, कीटनाशक या पानी के उपयोग को अनुकूलित कर सकते हैं।
• मनोरंजन एवं मीडिया: प्रमुख कार्यक्रमों की लाइव हवाई प्रसारण के लिए, एक एलएसीनेट रीयल-टाइम, अल्ट्रा-हाई-डेफिनिशन वीडियो स्टिचिंग और प्रभावों के लिए वितरित रेंडरिंग शक्ति प्रदान कर सकता है।
• वैज्ञानिक अनुसंधान: वायुमंडलीय निगरानी गुब्बारे या उच्च-ऊंचाई छद्म-उपग्रह (एचएपीएस) दीर्घकालिक एलएसीनेट्स बना सकते हैं, जलवायु मॉडलिंग के लिए अनुसंधान संस्थानों को अतिरिक्त कंप्यूट चक्र बेच सकते हैं।

दीर्घकालिक दृष्टिकोण वायुक्षेत्र के लिए एक "डीपिन" (विकेंद्रीकृत भौतिक अवसंरचना नेटवर्क) की ओर इशारा करता है, जहां हार्डवेयर स्वामित्व, संचालन और उपयोगिता खपत पूरी तरह से टोकनाइज्ड और लोकतांत्रिक हो जाती है।

10. संदर्भ

1. H. Luo et al., "Low-Altitude Computility Networks: Architecture, Methodology, and Challenges," Submitted to IEEE Journal.
2. M. S. Rahman et al., "Blockchain and IoT Integration: A Systematic Survey," IEEE IoT Journal, vol. 8, no. 4, 2021.
3. Z. Zheng et al., "An Overview of Blockchain Technology: Architecture, Consensus, and Future Trends," 2017 IEEE International Congress on Big Data.
4. Y. Mao et al., "A Survey on Mobile Edge Computing: The Communication Perspective," IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 19, no. 4, 2017.
5. Civil Aviation Administration of China (CAAC), "Development Plan for the Low-Altitude Economy," 2023.
6. A. Dorri et al., "Blockchain for IoT: A Critical Analysis," IEEE Internet of Things Journal, vol. 7, no. 7, 2020.