[发明专利]基于共识算法的物联网设备集群协同方法及系统

说明书

本发明公开了种基于共识算法的物联网设备集群协同方法，所述方法：将所述物联网设备集群内节点组成超级节点簇，若超级节点簇内Leader节点发生宕机，则正常运转的Leader节点向宕机区域发送日志块以及自身最新哈希校验码；若宕机区域Follower节点未收到所在区域的Leader节点心跳，判定所在区域的Leader节点宕机，接收其他区域的Leader节点所发送的所述最新哈希校验码，并计算自身最新日志哈希码，若所述最新日志哈希码与接收的最新哈希校验码匹配成功，则所述Follower节点转为Leader节点。本发明能够有效防止物联网设备集群数据共享时，由于分裂投票导致选举超时的情况发生，同时减小集群内单个Leader节点的开销，使得系统的容错率提高，可用性更强。

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种基于共识算法的物联网设备集群协同方法及系统。

背景技术

目前，物联网几乎覆盖了生活的方方面面，物联网设备存在于各个应用场景。由于物联网设备的需求过大，通常需要第三方代理介入，导致高昂的代理成本，从而使得整个物联网系统的发展陷入瓶颈期。

然而，区块链技术的发展为物联网系统提供了巨大的发展潜能，区块链利用智能合约可以解决整个物联网系统设备的自动化执行管理，为物联网发展瓶颈的突破带来了重大的机遇。

但是，由于物联网自身的特性，大多数物联网设备无法承载区块链所需的计算能力和内存空间。大多数物联网设备节点作为物联网通信节点，大都存在吞吐量与数据传输延迟的约束，过大的通信开销容易造成节点崩溃，因此，大部分物联网的运作只适合小型局域网，存在应用场景的局限性。

为了扩大物联网的应用场景，针对物联网节点的崩溃，需要采取一些容错机制，可以考虑采取区块链技术中的共识算法解决节点崩溃时的容错问题，例如抗拜占庭容错与抗崩溃容错，它们适用场景不同。抗拜占庭容错一般适用于允许网络中存在恶意节点的情形；而抗崩溃容错的算法不允许恶意节点的攻击，只关注节点的运行故障。其中，Raft共识算法就是主要解决抗崩溃容错问题，以保证在集群崩溃情况下集群仍能正常工作。

然而，在Raft共识算法中，Raft节点可以处于三种状态，分别为领导状态，候选者状态以及跟随者状态，分别对应为Leader节点，Candidate节点，Follower节点，不同状态的节点其操作权限不同。物联网集群中的每个节点都包含一个计时器，每个节点的计时器时间随机。由于Raft集群中只允许单个Leader节点的存在，在集群Leader节点崩溃后，所有集群节点都为Follower节点，所有节点的计时器开始倒计时，优先倒计时结束的节点转化为Candidate节点并立即向集群发起投票请求，Candidate节点请求其他Follower节点投票给自己以竞选成为Leader节点。只有当集群中超过半数的节点投票给自己才能转化为Leader节点。对Follower节点而言，若收到Candidate节点的请求则对比自己的日志长度与所述Candidate节点日志长度，当Candidate节点的日志长度大于自己的日志则进行投票，否则等待符合条件的Candidate节点，每个Follower节点自身只有一次投票机会，先满足日志长度条件的Candidate节点可以获得该票。在物联网设备集群中，由于网络传输延迟和倒计时随机使得存在多个Follower节点同时变为Candidate节点，一起竞争投票数，造成所有Candidate节点都无法获得半数的Follower节点的投票情况，因此，一段时间内Raft网络不会出现Leader节点，此过程被称为分裂投票。分裂投票的情况下，Candidate节点又被转化为Follower节点，集群重新竞选Leader节点，使得整个过程使得物联网集群开销增大。

发明内容

本发明提供一种基于共识算法的物联网设备集群协同方法、计算设备，基于Raft共识算法，通过多Leader节点协同治理集群，可以有效避免投票不均造成的分裂投票的问题，从而同时减小单个节点的压力，提高了系统的容错能力。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于共识算法的物联网设备集群协同方法，所述方法包括：