用于區塊鏈系統中邊緣計算節點的資源分配研究

狄文橋

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心通信發明審查部，廣州 510530）

0 引言

物聯網設備，智能手機甚至車輛之類的創新性邊緣設備改變了我們連接到物理世界的方式。隨著這些邊緣設備變得越來越普及和強大，它們正在創建大量數據。隨著在邊緣生成的數據量的增加，在對等邊緣設備之間共享數據允許在本地處理數據，而無需云或其他集中式授權。而區塊鏈技術是一種適用的安全分類帳，用于在這種分布式環境中共享傳遞數據信息。但邊緣設備對資源（尤其是存儲和電池）有一定的限制，典型的區塊鏈系統的復雜性和數據重復性使得不可能將其直接部署到邊緣環境中。因此，我們面臨著克服邊緣設備上分配存儲資源的困難。

1 系統模型

本小節在基于邊緣計算的網絡基礎之上，將邊緣設備節點賦予區塊鏈屬性，從而形成移動區塊鏈系統模型，如圖1所示，該系統結構主要由三層組成，即云服務層，邊緣計算層和區塊鏈層。

區塊鏈層包括移動設備、車載移動網絡（VANET）設備或IoT設備，邊緣計算層為區塊鏈層提供計算資源，云服務層為邊緣計算層提供云服務。區塊鏈層可確保通過區塊鏈傳輸過程中數據的安全性，邊緣計算層為區塊鏈層提供計算資源和邊緣云服務，云服務層結合了傳統云存儲和區塊鏈的使用，以確保數據的安全性。

2 資源分配

本小節主要討論邊緣計算環境中的資源分配問題，首先分析存儲分配問題，然后分析節點的數據和塊訪問問題。

2.1 公平有效的存儲

公平存儲，要求在對等邊緣環境中公平緩存數據，按照每個節點具有不同的容量，為不同容量的節點緩存相適應的數據，例如將較少的數據存儲到具有較少資源的節點上，如果節點上沒有剩余資源則將該節點中不再存儲任何數據。

高效訪問，邊緣設備的移動性和無線信號衰減可能會導致網絡中的數據丟失，從而使對存儲的預測不太準確，為解決這個問題可以根據網絡中邊緣設備的互聯情況，例如時延、節點間跳數等因素來分析網絡的可靠性，進而提供公平有效的數據存儲。

2.2 數據和塊存儲分配

當生成數據項時，數據項的生產者還生成相應的元數據項并進行廣播。接收元數據項的每個節點都會計算將存儲數據項的節點集。當節點挖掘下一個塊時，該節點會將所有接收到的元數據項以及存儲的節點信息打包到該塊中。然后，該塊將通過網絡廣播。網絡中的其他節點將收到塊數據并檢查此信息。如果選擇一個節點作為存儲節點，它將從生產者那里獲取數據并進行存儲。區塊鏈本身變成一個相對較大的數據結構，每個節點都可以存儲所有塊。塊還需要存儲在所有節點的一小部分中。每個新塊將被分配存儲在某些節點上。存儲節點信息在該塊中被編碼。然后，相應的節點收到此信息后，將該塊保留在其存儲中。塊的信息還包含前一個塊的存儲位置，以便要求苛刻的用戶可以從最新的塊開始獲取鏈。

2.3 最近的塊存儲分配

移動性是邊緣設備的關鍵特征之一。節點的移動性可能會導致連接不穩定，從而導致數據丟失。因此，區塊鏈的最新區塊是潛在的節點暫時斷開最需要的。如果最近的塊在網絡中更普遍，則檢索它們將變得更加容易。與數據和塊存儲不同，節點需要緩存一定數量的最新塊，并使用FIFO替換這些塊。首先，所有節點至少存儲最后一塊以進行挖掘。找到下一個塊的節點還將計算需要存儲一個新塊的節點。通過解決相同的問題（即考慮網絡當前狀況的公平和有效的存儲問題）來選擇節點。然后，所選節點將獲得與存儲數據項或塊的節點相同的激勵。

2.4 數據項和塊訪問過程

對于需要某個數據項的節點，它首先檢查塊中的元數據項，然后從存儲該數據項的節點中獲取該數據項。請求節點將數據請求信息發送到一個緩存節點，然后此節點將數據發送回去。如果需要，節點可以使用公共密鑰和相應元數據項中的簽名來驗證數據。

3 結束語

本文主要分析了區塊鏈系統中邊緣計算節點的資源分配，以克服邊緣設備上分配存儲資源的困難，以試圖探討區塊鏈技術與邊緣計算技術具有良好融合發展的技術優勢。