面向区块链网络的计算卸载与文件存储策略研究

来源 :南京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:deng5384588
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近年来,区块链技术的兴起引起了学术界的广泛关注。作为一种分布式的计算与存储方式,区块链网络中节点要承担繁重的任务,包括以挖矿为代表的共识计算和对海量数据的存储。然而,有些移动端的矿工在处理挖矿任务时,由于自身算力不足,无法完成挖矿任务,随着移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)的出现,将区块链与无线网络相结合,卸载挖矿任务到边缘计算节点能有效地解决矿工算力不足问题。在计算卸载时,需要衡量多种因素,找到最佳卸载方案,使得系统性能达到最优;另一方面,由于区块链中每个区块的大小一般只有几MB,无法存储大型文件。传统区块链存储策略,将文件存储在指定的云服务器上,并生成hash值存入区块链以保证安全性,但此策略并未考虑到在存储卸载过程中,对背书节点和存储节点的规划,会造成资源和安全等方面的问题;此外,这些策略也没有考虑到文件使用频次,对于频繁从云服务器上下载文件会造成回程链路压力。基于此,本文从有效提升无线区块链网络卸载能效及大型文件存储效率出发,深入研究了无线区块链网络中基于能效的计算卸载策略及基于Fabric平台的文件存储策略。具体研究内容及主要贡献如下:首先,针对区块链网络计算卸载,提出了两种基于能效优化的卸载策略。通过建模,将挖矿任务分为本地计算和卸载计算两部分;将用户速率与功耗比值定义为公平能效函数,分别研究了最大化最小速率准则及最大化系统能效准则下网络资源优化问题。采用Dinkelbach算法及SCALE(Successive Convex Approximation for Low Complexity)算法对优化问题进行求解,并将所提方案与最小化系统功耗方案和最大化处理速率方案进行对比。仿真结果表明本文提出的卸载方案能够取得网络最佳能效,同时表明在功耗与速率之间存在最佳折衷点,对实际的网络设计具有指导意义。然后,针对区块链文件存储,本文构建了一种基于Fabric平台的大型文件存储系统。根据Fabric的存储规则,需要先进行背书(即验证交易)然后才能进行存储。1)针对背书过程,设计了一种动态背书节点选择策略:以上传时延、排队时延和处理时延总和作为通信节点的评分,根据评分选择最优的背书节点,能够有效提升验证速度。2)针对存储过程,设计了一种基于区块链的分布式文件分类存储方案:通过时延对文件进行评分,然后根据评分为文件规划相应存储节点,由此能够增强存储的安全性和资源利用效率。3)针对文件读取过程,通过合理设计智能合约监控文件,有效监控各个文件在规定时间内的调用次数,将文件分成常用文件及不常用文件,并将常用文件分块存储在靠近用户近侧的存储设备中,这样可使用户从临近存储设备直接下载,而无需占用云端回程链路。实验表明:本文设计的基于Fabric平台的大型文件存储系统不仅能够保证背书节点的高效性,有效缓解了客户端选取背书节点的压力;而且能够快速恢复受损文件,解决数据丢失问题;同时还能够能加快文件读取速度、缓解回程链路压力、减少线路拥塞等问题。
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