用于区块链系统中边缘计算节点的资源分配研究

2020-01-01狄文桥

数字通信世界 2020年2期

狄文桥

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心通信发明审查部，广州 510530）

0 引言

物联网设备，智能手机甚至车辆之类的创新性边缘设备改变了我们连接到物理世界的方式。随着这些边缘设备变得越来越普及和强大，它们正在创建大量数据。随着在边缘生成的数据量的增加，在对等边缘设备之间共享数据允许在本地处理数据，而无需云或其他集中式授权。而区块链技术是一种适用的安全分类帐，用于在这种分布式环境中共享传递数据信息。但边缘设备对资源（尤其是存储和电池）有一定的限制，典型的区块链系统的复杂性和数据重复性使得不可能将其直接部署到边缘环境中。因此，我们面临着克服边缘设备上分配存储资源的困难。

1 系统模型

本小节在基于边缘计算的网络基础之上，将边缘设备节点赋予区块链属性，从而形成移动区块链系统模型，如图1所示，该系统结构主要由三层组成，即云服务层，边缘计算层和区块链层。

区块链层包括移动设备、车载移动网络（VANET）设备或IoT设备，边缘计算层为区块链层提供计算资源，云服务层为边缘计算层提供云服务。区块链层可确保通过区块链传输过程中数据的安全性，边缘计算层为区块链层提供计算资源和边缘云服务，云服务层结合了传统云存储和区块链的使用，以确保数据的安全性。

2 资源分配

本小节主要讨论边缘计算环境中的资源分配问题，首先分析存储分配问题，然后分析节点的数据和块访问问题。

2.1 公平有效的存储

公平存储，要求在对等边缘环境中公平缓存数据，按照每个节点具有不同的容量，为不同容量的节点缓存相适应的数据，例如将较少的数据存储到具有较少资源的节点上，如果节点上没有剩余资源则将该节点中不再存储任何数据。

高效访问，边缘设备的移动性和无线信号衰减可能会导致网络中的数据丢失，从而使对存储的预测不太准确，为解决这个问题可以根据网络中边缘设备的互联情况，例如时延、节点间跳数等因素来分析网络的可靠性，进而提供公平有效的数据存储。

2.2 数据和块存储分配

当生成数据项时，数据项的生产者还生成相应的元数据项并进行广播。接收元数据项的每个节点都会计算将存储数据项的节点集。当节点挖掘下一个块时，该节点会将所有接收到的元数据项以及存储的节点信息打包到该块中。然后，该块将通过网络广播。网络中的其他节点将收到块数据并检查此信息。如果选择一个节点作为存储节点，它将从生产者那里获取数据并进行存储。区块链本身变成一个相对较大的数据结构，每个节点都可以存储所有块。块还需要存储在所有节点的一小部分中。每个新块将被分配存储在某些节点上。存储节点信息在该块中被编码。然后，相应的节点收到此信息后，将该块保留在其存储中。块的信息还包含前一个块的存储位置，以便要求苛刻的用户可以从最新的块开始获取链。

2.3 最近的块存储分配

移动性是边缘设备的关键特征之一。节点的移动性可能会导致连接不稳定，从而导致数据丢失。因此，区块链的最新区块是潜在的节点暂时断开最需要的。如果最近的块在网络中更普遍，则检索它们将变得更加容易。与数据和块存储不同，节点需要缓存一定数量的最新块，并使用FIFO替换这些块。首先，所有节点至少存储最后一块以进行挖掘。找到下一个块的节点还将计算需要存储一个新块的节点。通过解决相同的问题（即考虑网络当前状况的公平和有效的存储问题）来选择节点。然后，所选节点将获得与存储数据项或块的节点相同的激励。