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专利号: 2020105829276
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法,其特征在于:该方法根据所提网络场景的特性,联合优化fog系统和区块链系统下的网络总任务处理时延,并进行最优卸载决策和网络资源的最优分配,该方法包括以下步骤:S1:网络中的设备发送卸载请求,所有的交易都上传至区块链系统中;

S2:基于信誉度进行选举投票,主节点处理交易记录,并作出卸载决策;

S3:主节点收集打包交易,形成新的未授权区块,并进行共识操作;

S4:共识验证通过后,未授权的新区块信息根据“最长链原则”接入区块链系统;

综合考虑fog系统和区块链系统,以最小化网络任务处理总时延为目标,建模优化函数为:

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

C5:

C6:

C7:

C8:

C9:

其中,αk,m表示设备k‑fogm分配指标参数,若αk,m=1,表明设备k选择fogm卸载任务;βn,m表示RBn‑fogm分配指标参数,若βn,m=1,表明用户通过RBn向fogm卸载任务,反之亦然;fk,m表示fogm为设备k提供的CPU频率,单位为cycle/s;γl表示主节点分配参数,若当前主节点为l,γl=1,否则γl=0;fb,l表示区块链系统主节点l的CPU频率,单位为cycle/s;网络设备集合,fog集合和资源块RB集合分别表示为K={1,2,...,K},Μ={1,2,...,M}和Ν={1,

2,...,N};k表示设备k;n表示资源块n;m表示设备fogm;Dn表示任务大小,单位为bit,Cn表示计算频率,单位为cycle/bit;L表示区块链节点的个数;l表示主节点l;Cb表示主节点处任务处理密度,单位为cycle/bit;Ib表示主节点l的输入数据大小,其包括交易记录大小和加密数据大小;Sb表示区块大小; 表示区块验证时延;pk,n,m表示设备k通过RB n传输数据至fogm的传输功率;

201、当网络中有设备产生卸载任务,向附近网络fog节点发送卸载请求;

202、设备发送卸载请求时,发送任务相关内容至附近fog节点,其中包括{Dn,Cn},Dn表示任务大小,单位为bit,Cn表示计算频率,以供后一步优先卸载决策;

203、网络中每个设备发送卸载请求,即产生一次交易记录,所有的交易信息被上传至区块链系统中,并保存在虚拟的挂起池中,选举出的主节点对产生的交易拥有处理权;

204、网络中所有fog节点进行投票选举,按照信誉度高低,选出一部分主节点和验证节点,主节点个数为奇数个;在处理挂起池中的交易记录时,每个执行周期内只有一个主节点拥有权限,其余主节点参与验证过程,对主节点进行监督,防止出现恶意节点“勾结选票”;

205、在每个主节点的执行周期内,可按照偏好选择优先处理的交易记录,并做出卸载决策,选出最优fog节点卸载设备发送的任务请求;

206、在区块链中,数据的操作和传输通过系统中设定的自动化程序由智能合约处理完成,当交易双方对合约内容,包括fog节点提供的计算资源,参与卸载得报酬等达成共识,智能合约执行,设备传输任务内容,fog执行卸载任务;

207、主节点将交易信息打包形成为授权的新区块,新的区块通过广播至附近的其他验证节点,包括未工作的主节点,并通过私钥签名;收到新区块的验证节点,首先通过主节点私钥对应的公钥解密访问数据信息,对区块内的交易记录重新进行hash操作,得到hash值与主节点进行对比,若验证通过,添加签名信息后返回结果给主节点;若内容有被篡改,根据hash操作的不可逆性,此时该区块被验证为不可信的区块,取消主节点的处理权限,并且此次交易被取消;主节点在接受到三分之二以上验证节的验证信息后,新的区块才能被接入到区块链系统中;

208、根据“最长链原则”,在所有主节点执行周期后,连接到最长链进入区块链系统中。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法,其特征在于:在所述步骤S1中,对于网络中所有发送卸载请求的设备,相应的产生对应的一次交易记录,交易信息包括任务大小Dn,处理密度Cn,这些交易记录被保存在区块链系统的资源池中,被选举出的主节点能够对这些交易记录进行处理操作和打包,并且在各自处理周期内才有权限,主节点根据偏好选择优先处理的交易记录。

3.根据权利要求2所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法,其特征在于:所述偏好为交易可获得的奖励。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法,其特征在于:在所述步骤S2中,网络中的所有fog节点首先通过基于信誉度的原则选举投票出主节点和验证节点;

根据传统的DPoS共识算法,会出现拥有权益较大的节点会对投票过程产生影响,从而使得选举出的节点公平性很难得到保证,选举出的主节点根据节点持有货币数量和持有货币时间长短原则结合进行投票;

为获得较高的信誉度,处理能力较好的fog节点会更加乐意参与验证过程,以此获得高收益;

采用基于信誉度原则的方式进行选举,信誉度高的主节点将交易记录打包成区块,并通过私钥签名广播至其余验证节点,包括未在工作的主节点,每个区块的交易记录被组织成一个有哈希值组成的Merkle树,验证节点通过解密操作后,将其通过对Merkle树子节点哈希值再次哈希运算得到的结果与主节点计算得到的结果进行比对,以此保证交易数据的可靠性。

5.根据权利要求4所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法,其特征在于:所述主节点根据fog节点可提供的计算能力,做出最优卸载决策,以最小化任务处理时延为优化目标。

6.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法,其特征在于:在所述步骤S3中,主节点收集达成交易内容的交易信息,并通过智能合约传输任务信息;在收集交易记录后,形成新的未授权块内容,其中包括通过Hash操作后得到的结果,任务交易信息等,并通过私钥进行签名,将块信息广播至其他验证节点;验证节点通过公钥解密块内容,并相应的进行Hash操作,进行结果对比,如果验证通过,反馈验证通过信息至主节点;当主节点收到超过验证节点综述三分之二以上的通过信息后,新区块验证通过,接入区块链系统。

7.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法,其特征在于:在所述步骤S4中,采取“最长链原则”,选举出的主节点在各自执行周期内收集交易信息并形成新的区块,验证通过的区块通过一个反向指针指向它的前一个区块,指针本质上是存储在块中的前一个区块的哈希值;若出现恶意节点,由于在共识过程验证节点的参与,形成的链结构会因为该恶意节点“断裂”出现分叉,下一个主节点将新的区块连接到上一正常主节点形成的区块之后。