[发明专利]一种基于网络时延和资源管理的优化任务卸载方法

说明书

本发明公开了一种基于网络时延和资源管理的优化任务卸载方法，在融合区块链和雾计算系统中基于节点剩余资源和网络时延对优化卸载PoW难题进行了研究。在由基站雾节点、固定位置雾节点及移动雾节点共同构成的网络场景中分析了将PoW难题卸载至各种类型的雾节点所需要的总时长。此后基于网络节点剩余的计算资源、存储资源、功率资源和节点间的社交关系对MUB的支出进行了分析。并基于节点剩余资源和网络时延提出了优化任务卸载方案，并以最大化MUB收益为目标构建了数学优化模型，使用SA算法和博弈理论对优化模型进行了求解。最后，通过模拟仿真分析证明上述方案的优越性。未来的工作中将考虑在系统内引入人工智能的智能任务卸载方式。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于网络时延和资源管理的优化任务卸载方法，具体地说，涉及一种融合区块链与雾计算系统中基于网络时延和资源管理的优化任务卸载方法。

背景技术

雾计算技术的基本思想是将由云服务器提供的网络功能下沉到网络边缘，由于雾服务器的位置部署更加靠近网络用户，因此与云计算相比，雾计算可以有效降低数据传输时延。此外，雾计算采用的分布式处理方式还能有效缓解大量数据涌入云端造成的网络拥塞问题。由于雾计算所具备的优势能够满足未来的网络应用需求，故而其受到了广泛的关注。

此外，比特币价值的持续增长促进了工业界和学术界业对区块链技术的广泛研究。区块链是基于互联网的分布式记账技术，其特点是分散和透明。分布式账本的出现可以有效地解决集中认证方式中交易成本昂贵，数据容易丢失等问题，并且还可以有效提升虚拟货币体系中节点间的信任度。这些优点使得每个安装了区块链应用程序的设备都能参与到数据的记录和存储中，极大提升了电子交易中记账方式的灵活性和安全性。

在区块链技术中，由于设备挖掘数字货币的方式与传统的矿工挖掘矿藏的方式较为类似，故挖掘数字货币的设备被形象地称为“矿工”。通过求解计算密集型的PoW(Proofof Work)难题，即哈希值的求解，矿工将获得可观的数字货币收入。然而，求解PoW难题需要消耗大量计算资源，因此在现实应用中通常是通过部署大规模的硬件设施，如CPU和GPU等用于哈希值的求解。受到设备尺寸的约束，在移动终端上部署大规模的计算单元明显不切实际，所以区块链技术在移动智能终端上的应用面临着极大的困难和挑战。

为了解决上述问题，可以考虑将雾计算技术引入到区块链系统中，借助雾计算提供的强大算力进行PoW难题的求解，并向安装了区块链应用程序的移动用户MUB(MobileUser with Blockchain)提供低时延的网络性能保证。现有技术中的作者从安全性、通用性的角度分析了融合区块链和雾计算系统的可行性。通过将区块链结合到雾计算网络中，系统可以在大量分布式边缘节点上提供对网络的可靠访问和控制，存储和计算。此外，还有少数学者在融合区块链和雾计算网络环境中基于资源管理进行了系统收益的研究。有的现有技术提出了一种Stackelberg博弈模型，为雾计算中的资源分配提供有效的管理方法。此后引入支持雾计算的区块链系统模型，以帮助雾服务提供商获取更多利润。还有现有技术中作者采用了两阶段的Stackelberg博弈以最大化雾计算提供商和个体MUB的收益。在博弈过程中，运营商设定第一阶段的服务价格，MUB则通过观察在第二阶段中购买服务。作者采用反向归纳法推导出了博弈的纳什均衡点，最终实现了系统收益的最大化。

这些优秀的前期研究成果致力于研究雾计算和区块链技术的融合，并有少数文献分析了系统的资源管理和效益问题。然而，这些文献却忽略了对MUB收入的研究。现有技术中只分析了网络运营商的利润。同时，不同的网络资源管理方案对网络性能会产生重大的影响，而网络性能又会进一步决定MUB的收益。基于上述分析，在融合区块链与雾计算系统中仍然有必要对下述问题进行进一步的研究：

1)运行区块链应用的主要目的是通过求解PoW难题，获取交易记录权进而获得数字货币奖励，而MUB是执行区块链应用的主体，因此在融合区块链与雾计算的系统中应侧重研究MUB的收益分析。