[发明专利]一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法

说明书

本发明涉及一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法，属于移动通信技术领域。首先，针对移动设备的不同任务需求，进行最优卸载决策，并对卸载过程中的网络资源进行最优分配，提高任务卸载效率。其次，为解决网络安全问题，本发明引入区块链技术，通过选举出的主节点对交易处理形成新的块，并经过验证节点共识操作后，新的区块接入区块链系统中；针对区块链节点“勾结选票”问题，会出现恶意节点通过抱团等行为影响投票，导致选举出恶意节点成为主节点，采用改进的授权权益证明共识算法，通过基于信誉度的选举机制，选举信誉度高的节点成为区块链服务节点，并在共识过程中对新产生的区块内的交易信息实时监督验证。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法。

背景技术

随着语音控制、人脸识别、互动游戏、增强现实等计算密集型移动应用的飞速发展，资源有限的移动设备很难满足这些移动应用的性能要求。最近，移动边缘计算(MEC)被引入来解决这个问题，它将计算任务分配给网络中资源丰富的边缘服务器或边缘节点。与传统的集中式云计算系统相比，MEC系统的分布式结构有很多优点，包括降低延迟、降低能耗、提高体验质量。然而，由于与边缘节点的交互以及会发生跨MEC服务器的服务迁移，安全性和隐私问题是MEC计算卸载的重要挑战。

在现代物联网环境下，雾计算的引入扩充了移动边缘计算的应用场景和领域，与边缘计算相类似，通过布置大量广泛分布的雾节点(fognode)用来及时处理移动设备的卸载请求，由于节点分布距离设备端更近，大大降低了任务时延，提高了服务质量；然而，由于雾节点的广泛分布，大量的节点都长期处于无人管理的环境下，同时雾节点由于其服务特性，需要收集处理大量的移动终端数据信息，如何保证设备传输的任务信息不被恶意节点篡改，造成对用户隐私的威胁和其他安全问题是当前亟待解决的问题。

为了解决这些问题，区块链被认为是一种可靠有效的方法。传统的数字账本方法依赖于可信的一个中央权威机构，而区块链使用社区验证来同步分散的账本，这些账本在多个节点上复制共识。区块链技术本质上是一种对等peertopeer(P2P)网络，其中由网络产生的交易以完全分散、透明和安全的方式被记录，网络中的任何节点都可以参与记录这些交易。因此，区块链在移动边缘计算和雾计算中的应用引起了人们极大兴趣。当前，大多数现有工作认为区块链是覆盖在fog系统之上的系统，因此，区块链和fog的设计和优化是分开进行的，这将导致系统性能的降低。由于fog节点的计算能力有限，当fog服务器同时处理卸载任务和区块链任务时，很容易造成区块链系统和fog系统之间计算资源分配不平衡。此外，当fog系统分配到较少计算资源时，在fog节点上卸载任务的执行时间会变得过高。同样，当区块链节点分配到的计算资源较低，验证新的区块延迟也会过高，影响将事务记录到区块链中的效率。

针对以上现象，本发明提出一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方案。针对fog系统和区块链系统进行联合优化，以最小化网络总任务处理时延为目标，做出最优卸载决策，并且针对区块链系统的安全性和稳定性，采用基于信誉度的DPoS共识算法，选举出信誉度较高的fog节点参与区块链操作，实现分布式账本的可靠性，对网络的交易和数据的内容实现监督和审查，对区块链系统的计算和通信资源做出最优分配。

综上所述，本发明为解决传统雾网络任务传输的可靠性和用户隐私保护问题，结合fog系统和区块链系统，提出了一种基于区块链的雾网络卸载决策和最优资源分配方案。Fog系统上传的交易由选举出的主节点打包验证操作，通过主节点和验证节点的相互监督验证，可以有效的保证传输数据的安全性。此外，对数据进行的任何操作将导致共识过程中Hash结果值不同，可以及时被检测发现，并取消交易，保证了用户数据的隐私性。最后，为提高网络资源利用率，本发明综合考虑两个系统下的任务处理总延时，以最小化网络总任务处理时延为优化目标，优化在两个系统下fog资源分配，保证网络的稳定性。

发明内容