[发明专利]一种基于区块链的可信分布式计算卸载方法

说明书

本发明公开了一种基于区块链的可信分布式的计算卸载方法，涉及分布式环境下边缘计算技术领域，包括如下步骤：(1)建立面向边缘计算任务卸载的去中心化分布式联盟链架构，(2)提出针对复杂计算任务子任务间具有内部关联性的聚类计算任务卸载方法；(3)以链上链下数据协同的方式降低区块链对任务卸载时延要求的影响。本发明首次提出一种基于区块链的可信分布式计算卸载方法，在开放的、不可信的边缘网络环境中，安全可靠的进行计算任务卸载。在引入区块链“可信”特性的同时，降低区块链对计算卸载的时延影响，以平衡任务卸载需求发布方与边缘服务商的收益为目标，降低最小化计算卸载时延和最大化计算卸载成功率。

技术领域

本发明属于分布式环境下边缘计算技术领域，涉及一种基于区块链的可信分布式计算卸载方法。

背景技术

随着工业物联网各种关键任务应用的发展，例如图像识别、视频流等数据的采集与分析的发展，现有技术对应的物联网设备往往没有足够的计算能力，需要为其提供支撑计算能力和超低延迟连接。传统的云计算面对“低延迟”要求已经无法满足技术要求，计算中心逐渐从云计算下沉到边缘计算。边缘计算指的是接近于事物、数据和行动源头处的计算，与传统的集中式云计算系统相比，具有更低的时延、更快的响应速度和更好的用户体验。目前的边缘计算网络充斥着大量分散的、异构的资源，网络和网络之间缺乏有效的资源整合手段，资源和资源之间的信任问题也无法解决，计算任务卸载的安全性和隐私问题一直以来都是边缘计算卸载的重要挑战。因为边缘计算天然与区块链的去中心化模式吻合，且区块链具有可追溯、防篡改的特征，许多研究尝试结合区块链技术来解决边缘计算卸载中面临的安全性和隐私问题。

区块链能够在缺乏信任的分布式网络环境下实现交易的安全性和数据的高度一致性，然而，区块链“可信”付出的代价之一就是性能，这与工业物联网场景下对边缘计算的超低时延要求相悖。以比特币为例，区块链平均每秒能处理5至7笔交易，但需要10分钟才能出1个块，而达到交易需要6个块，达成一次交易记录需要长达1个小时。一方面，区块链无差别地保存海量数据，开销巨大，另一方面，复杂的计算任务如高斯消元等可用有向无环图表示的任务，子任务之间一般具有不同程度的数据与时间关联性，导致分布式环境下任务卸载存在诸多限制。因此区块链与边缘计算结合应用，存在以下不足：1.如何利用区块链有效整合边缘计算网络中的各种异构资源；2.区块链交易成本高，效率低，需要对区块链进行降本增效。

发明内容

本发明针对现有分布式边缘计算中任务卸载存在的缺陷，提供了一种在边缘计算中基于区块链的可信计算任务卸载系统及方法。

本发明提供以下技术方案：基于用户或者任务卸载需求方、边缘计算服务商或者资源提供方、以及联盟链构成的分布式系统模型，提供一种基于联盟链的链上、链下数据协同方法；

其中，用户或者任务卸载需求方，为当前时刻需要进行任务卸载请求的代理方；当前时刻存在多个用户发布任务卸载请求，或者，一个用户提供多个卸载任务，且任务之间可能具有数据关联性，即任务一的计算结果是任务二的输入数据；

边缘计算服务商或者资源提供方，为当前时刻存在空闲资源的边缘计算服务器的代理方；当前时刻存在多个边缘计算服务商，或者，一个边缘计算服务商提供多台边缘计算服务器，各个服务器分布在不同地区；

联盟链负责处理并记录用户的卸载请求和边缘计算服务商的资源分布情况，通过部署的智能合约提供包括注册、认证、卸载请求和资源发布的分布式服务；

分布式非关系数据库Mongodb，Mongodb是一个基于分布式文件存储的数据库，负责储存任务卸载全过程中产生的数据，包括中间文档记录；Mongodb是强数据一致性的，为任务卸载与联盟链可查性提供数据支撑；