一种用于TSN中边缘计算节点管理的区块链共识方法

本发明属于区块链技术、时间敏感网络和边缘计算，具体涉及一种用于tsn中边缘计算节点管理的区块链共识方法。

背景技术：

1、互联网和大数据的兴起推动了云计算的广泛应用与快速发展，然而随着近年来移动互联网和物联网应用的蓬勃发展，数据中心计算性能正逐渐达到“瓶颈”。将所有数据发送到集中式云中进行计算和存储可能会导致数据拥塞、高时延和差的服务质量。因此，基于“中心交付方式”的云计算服务模式已经难以适应当前网络的发展需求。为了缓解数据中心处理压力、消除计算与通信“瓶颈”、提升系统服务质量，边缘计算应运而生。边缘计算摆脱了原来云计算的集中式处理模式，将计算中心移动到网络的边缘，位于用户所在的位置的附近，具有分布式的特点。

2、边缘计算提供边缘智能服务，tsn技术构建确定性网络。tsn和边缘计算结合，可以满足企业数字化在敏捷连接、实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求，同时满足边缘计算架构部署的灵活性。通过部署具备tsn能力的边缘计算网关设备(或具备边缘计算能力的tsn设备)，tsn技术可以为网络中工业设备、传感器到边缘计算节点、云端的连接构建确定性、大带宽的标准化算力网络。另一方面，时间敏感网络自身的智能运维也需借助边缘计算能力。tsn网络相关实时资源数据计算分析、网络及流量模型建立和策略生成等能力的需求，又会促使边缘计算的部署。因此,边缘计算与时间敏感网络技术的融合应用将是未来一段时间的研究重点。

3、将边缘计算应用到tsn中，需对边缘计算节点间的协同过程的行为进行定义与规范，并制定安全机制实施利益分配。区块链作为一种分布式账本管理技术，具有去中心化、高安全性、透明性、不可变性和可追溯性等优点，区块链技术的核心优势之一就是能够在决策权高度分散的去中心化系统中使得各节点高效地针对区块数据的有效性达成共识。区块链技术可为tsn中的边缘计算节点管理提供支撑，但目前还没有适配于tsn中边缘计算节点的区块链架构，需要设计适配的区块链架构。并且多种传统共识算法,例如工作量证明(proof of work)共识算法、权益证明(proof of stake,pos)共识算法和授权股份证明(delegated proof of stake,dpos)共识算法等，都不适用于tsn中边缘计算节点的区块链，需要根据tsn和边缘计算的特点设计适用于该区块链的共识算法。

技术实现思路

1、为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种用于tsn中边缘计算节点管理的区块链共识方法，该方法包括：

2、s1、构建基于区块链的tsn架构；

3、s2、采用边缘节点协同管理方法对基于区块链的tsn架构中的各个边缘节点进行管理；

4、s3、采用基于投票选举的方式对共识算法进行改进；

5、s4、采用改进的共识算法对基于区块链的tsn架构中的区块链进行共识。

6、本发明的有益效果：

7、本发明针对时间敏感网络技术和边缘计算技术能更好地相结合，设计了面向时间敏感网络中边缘计算管理的区块链，并提出了以时间敏感网络中的高精度时钟同步机制为基础的共识方法，该发明可以提高工业系统的响应速度和整体可靠性，可为tsn中的边缘计算节点管理提供支撑，并制定安全机制实施利益分配，具有良好的实际意义和应用价值。

技术特征：

1.一种用于tsn中边缘计算节点管理的区块链共识方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于tsn中边缘计算节点管理的区块链共识方法，其特征在于，基于区块链的tsn架构包括：中心化用户配置中心软件cuc、中心化网络配置中心cnc、边缘设备ed、提供协同服务的边缘计算节点pecn、请求协同服务的边缘计算节点recn以及其他边缘节点oecn。

3.根据权利要求1所述的一种用于tsn中边缘计算节点管理的区块链共识方法，其特征在于，采用边缘节点协同管理方法对基于区块链的tsn架构中的各个边缘节点进行管理包括：

4.根据权利要求1所述的一种用于tsn中边缘计算节点管理的区块链共识方法，其特征在于，投票选举包括：将tecchain中的区块链节点分为投票节点、候选节点以及代理节点；其中投票节点为拥有投票的节点，包括所有边缘设备和边缘计算节点；候选节点为被选举的节点，包括所有cecn节点；代理节点为被选举出来的代表团成员，包含一个负责新block创建的producer节点，剩余的团队成员皆为验证节点。

5.根据权利要求1所述的一种用于tsn中边缘计算节点管理的区块链共识方法，其特征在于，采用改进的共识算法对基于区块链的tsn架构中的区块链进行共识包括：从所有节点中选举出代理节点；根据选举出的代理节点采用s-dpod算法和bft-dpod算法进行节点共识；共识结束后对代理节点进行考核。

6.根据权利要求5所述的一种用于tsn中边缘计算节点管理的区块链共识方法，其特征在于，从所有节点中选举出代理节点的过程包括：cecn节点ci向投票节点tg提供masterclock时钟同步服务，计算节点tg向ci投票的投票值；当计算出所有cecn节点投票值以后，按从高到低进行排列，选择排在最前面的z个节点作为代理节点；投票值的计算公式为：

7.根据权利要求5所述的一种用于tsn中边缘计算节点管理的区块链共识方法，其特征在于，采用s-dpod算法进行共识的过程包括：

8.根据权利要求5所述的一种用于tsn中边缘计算节点管理的区块链共识方法，其特征在于，采用bft-dpod算法进行共识的过程包括：bft-dpod算法将每一轮共识过程分为6个时隙，分别对应request、delegates selection、propose、pre-verification、commit、reply六个环节；具体过程包括：

技术总结
本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种用于TSN中边缘计算节点管理的区块链共识方法，包括：构建基于区块链的TSN架构；采用边缘节点协同管理方法对基于区块链的TSN架构中的各个边缘节点进行管理；采用基于投票选举的方式对共识算法进行改进；采用改进的共识算法对基于区块链的TSN架构中的区块链进行共识；本发明针对时间敏感网络技术和边缘计算技术能更好地相结合，设计了面向时间敏感网络中边缘计算管理的区块链，并提出了以时间敏感网络中的高精度时钟同步机制为基础的共识方法。

技术研发人员：陈俊华,罗愉展,黄学达,洪浩竣,王佩月
受保护的技术使用者：重庆邮电大学工业互联网研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16