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移動邊緣計算的區塊鏈技術新體系:共識機制和可擴展性方案

 

 


我們回顧了傳統區塊鏈和新型分布式賬本技術中最重要的共識協議,以及區塊鏈和邊緣計算集成帶來的不同應用和用例。特別地,我們描述了底層的一致性協議如何影響不同DLT系統在邊緣計算方面的應用,重點是當前在可伸縮性和性能方面的研究趨勢。我們在四個主要用例中列出了以太坊、超賬本和物聯網的主要優點和缺點:

(i)邊緣資源和服務的協調,

(ii)邊緣服務市場的實現,

(iii)加強單個邊緣服務的安全、隱私或身份管理,

(四)為工業物聯網數據管理提供框架。

 本文來自arxiv的最新云計算技術相關論文

PDF版論文下載:https://arxiv.org/pdf/2006.07578.pdf

1592355503981

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摘要

移動邊緣計算(MEC)和下一代移動網絡被設置為破壞智能和自治系統互連的方式。這將對很多領域產生影響,從物聯網到智能移動機器人。在固有的分布式體系結構中集成這樣多種MEC服務需要一個健壯的系統來管理硬件資源、平衡網絡負載和保護分布式應用程序。區塊鏈技術已經成為管理MEC服務的一種解決方案,具有一致的協議和數據完整性檢查,從而實現透明和高效的分布式決策。除了透明度之外,從安全角度來看,好處也是顯而易見的。然而,區塊鏈技術在可擴展性方面面臨著巨大的挑戰。在本章中,我們將回顧在成熟的和下一代區塊鏈體系結構中的現有共識協議和可伸縮性技術。由此,我們評估了最適合管理MEC服務的解決方案,并討論了可用替代方案的優點和缺點。

1簡介

物聯網(IoT)的范圍在過去的十年里不斷擴大,覆蓋了一個覆蓋多個領域的更大的生態系統。一些最突出的研究方向是智能城市[1,2]、車輛技術[3,4]或智能醫療系統[5,6,7]。在所有這些領域中,一個共同的因素是物聯網系統正朝著更分布式的體系結構發展[8]。這種轉變
更傳統的以云為中心的架構已經在邊緣計算范式中結晶出來[9,10,11]。與此同時,新技術的設計從一開始就越來越考慮到分散性。其中,區塊鏈技術學將成為近期技術格局崩潰背后的關鍵驅動力之一[12,13]。去中心化技術也是互聯網3.0和工業4.0革命背后的基石。

區塊鏈技術已經成為分散和分布式物聯網系統背后的驅動力,提供安全性[15]、信任度[16,17]、數據管理[18]、點對點交易[19]和容錯中間件[20]。區塊鏈平臺可分為兩種主要類型,這取決于它們如何管理對其適用性有直接影響的用戶憑據:(i)無許可的或公共的,以及(ii)許可的、私有的或聯盟的區塊鏈。它們的區別在于,公共區塊鏈基于具有等效狀態的匿名節點,而聯盟或私有區塊鏈引入不同類型的節點和權限,其中一些節點和權限需要身份驗證才能執行某些操作。雖然對無權限區塊鏈的信任是共享和分發的,但在有權限區塊鏈中,有一系列驗證節點表示受信任的權限[21]。

阻止物聯網系統更廣泛采用區塊鏈的一個主要問題是可伸縮性,這是比特幣體系結構的一個固有問題,許多研究人員一直在解決這個問題[22,23]。雖然智能合約在物聯網和一般分布式系統中具有巨大潛力,但其可擴展性和性能與區塊鏈系統的總體性能密切相關[24]。盡管如此,近年來的多項進展已經證明,新技術可以為下一代區塊鏈系統帶來顯著更高的可擴展性和性能。其中,Elastico在一個無許可的區塊鏈中首次實現了分片協議[25]。分片是一種技術,能夠將區塊鏈中的節點分布到子鏈中,以執行并行驗證,從而增加吞吐量并減少延遲。最新的可伸縮區塊鏈是OmniLedger[26],它比Elastico報告了更好的可伸縮性,并承諾在網絡中形成足夠多的節點時,VISA級別的延遲和吞吐量。

由于區塊鏈系統的分布式性質和分布式賬本技術(DLT)的普遍性,集成它們的物聯網系統必須已經有了自己的分布式架構。因此,在大多數情況下,區塊鏈在邊緣層進行整合是很自然的,這代表了典型物聯網系統中分布最廣、互聯最緊密的一層。雖然可以認為傳感器和執行器更為分散,但它們不一定能夠進行節點間通信。通過這一章,我們使用術語區塊鏈和分布分類賬相等。然而,分布式賬本技術(DLT)通常被用來包含更多的一般系統,這些系統本身并不實現區塊鏈,而是依賴于其他類型的網絡或數據管理體系結構。IOTA就是一個例子,它利用非循環有向圖來表示更一般的數據結構。本文的其余部分將深入探討移動邊緣計算的本質及其與區塊鏈/分布式賬本技術的集成。

 

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