一种基于边缘计算的去中心化存算网络

本发明涉及行业网络组织与运营技术，尤其涉及边缘计算、区块链、分布式文件系统等领域。

背景技术：

1、云计算技术的发展和应用，带来了存算效率的极大提升，通过集中化地部署存储、计算与网络设施，基于虚拟化技术按需提供算力设施服务，用户进行存算组网时不再需要构建独立机房、网络、算力和存储服务设施，且在使用过程中可根据需要进行动态扩展或释放，这全面地提升了互联网基础设施服务的灵活性、便捷性和设施使用效率。

2、但云计算技术这种集中式的存算设施部署，带来了另外一个问题，这就是当大量数据、算力设施集中在网络的中心节点时，生产端/用户端产生的大量数据带来了数据传输的极大负担，并且由于算力中心远离需求端，使数据的传输、处理延时增大，这对行业网络中广泛需要的物联网应用、vr应用，难以满足要求。此外，云计算让数据存储在云服务商的中心化设施上，还易受到网络攻击，网络的安全和可持续服务存在隐患。

3、为解决该问题，边缘计算应运而生，边缘计算通过在用户侧/生产侧部署边缘计算设施，来解决用户侧/生产侧的高效、高速、低延时数据处理需求，使用户侧/生产侧的数据处理效能获得极大提升。但在行业网络应用中大量部署边缘计算设施将带来另外一些问题，包括：(1)如何实现边缘计算设施所产生的数据的共享利用、综合利用问题；(2)如何进一步提升边缘计算所产生的数据存储的安全性、可靠性、健壮性问题，避免边缘设施的失效而带来数据的损失；(3)在当前正在快速发展的元宇宙应用中，如何保护边缘计算设施所产生大量价值数据的产权，并可靠实现数据在授权下的自由流转问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明设计了基于边缘计算的去中心化存算网络，以部署于用户或生产侧的边缘计算设备为基础，通过在骨干网络中分布式部署若干公共存算节点，在公共存算节点部署区块封装节点软件和去中心化分布式文件节点软件，在边缘计算设备上部署区块同步节点软件和分布式文件节点软件，构建去中心化的区块链网络与分布式文件存储系统，边缘计算设备所产生的数据通过分布式文件节点软件存入该去中心化存算网络中，数据存储的地址记载于区块链的公共账本中。通过使用本存算网络，既满足在行业网络应用中用户/生产侧对高带宽、低延时、高效率的数据处理要求，又有效地解决整个行业网络的数据共享、数据产权保护、数据安全和综合运用的问题，可广泛应用于各类行业网络的组织与运营。为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

2、如图1所示，基于边缘计算的去中心化存算网络的组成包括如下部分：

3、第一，部署在用户或生产侧的边缘计算设备，边缘计算设备除了安装有支持边缘计算的相关软硬件外，还安装有去中心化的区块链同步节点软件、去中心化分布式文件系统节点软件；

4、第二，若干部署在骨干网络中的公共存储、算力节点，安装有区块链区块封装节点软件、分布式文件系统节点软件；

5、第三，部署在边缘计算设备和公共存算节点中的区块链区块封装节点软件、同步节点软件，基于p2p协议和共识机制，构建成一个去中心化的区块链网络，在所有节点维护一个共识公共账本，提供区块链智能合约计算服务；

6、第四，部署在边缘计算设备和公共存算节点中的分布式文件系统节点软件，基于p2p协议，构建成一个去中心化的数据存储网络；

7、第五，在区块链中部署有一个智能合约，用于存储分布式文件存储的数据地址和描述关键字信息；

8、第六，在骨干网络中部署一个或多个数据检索网关，安装中心化的检索数据库，用于存储数据关链字信息及存储地址，面向全网提供数据检索查询服务。

9、如图2所示，基于边缘计算的去中心化存算网络，其数据的存储过程，为如下步骤：

10、第一，边缘计算设备在服务用户或生产过程中产生数据，如物联网所采集的数据；

11、第二，数据直接或加密处理后通过分布式文件系统节点软件，存入该去中心化数据存储网络，并返回该数据的分布式文件系统存储地址；

12、第三，边缘计算设备将该数据的存储地址及该数据的相关描述信息存入区块链的地址索引智能合约中；

13、第四，检索网关根据新产生的智能合约地址与关键字信息，生成检索索引信息并存入检索数据库。

14、如图3所示，基于边缘计算的去中心化存算网络，其数据查询使用过程，为如下步骤：

15、第一，位于网络任一位置的节点，通过访问检索网关，以关键字查询获得数据地址；

16、第二，查询节点通过该数据地址，通过分布式文件系统访问相应数据；

17、第三，若该数据是用户加密数据，则向该数据的发布节点请求数据访问授权；

18、第四，数据发布节点收到数据查询节点的访问授权请求后，决定是否授权查询节点访问其数据；

19、第五，经授权的查询节点获得授权地址的相关数据。

20、如图4所示，基于边缘计算的去中心化存算网络，其区块链网络面向边缘计算设备提供去中心化的智能合约算力服务，边缘计算设备使用智能合约进行去中心化计算的步骤为：

21、第一，边缘设备准备好智能合约代码或调用智能合约指令后，通过其区块链同步节点发送智能合约部署或调用交易指令；

22、第二，智能合约部署或调用交易指令经同步节点软件同步给区块链网络的所有区块封装节点；

23、第三，区块封装节点软件根据该存算网络的共识规则，选定一区块封装节点软件封装该时刻的所有智能合约指令，并封装成一个区块；

24、第四，所封装区块广播给区块链网络中的所有节点，所有节点独立对该区块进行合法性验证，若合法则将该区块加入本地节点管理的公共账本中；

25、第五，以该区块中的智能合约指令更改本地节点管理的区块链状态数据库。

26、如图1所示，基于边缘计算的去中心化存算网络，其数据检索网关，若受网络攻击，导致网络中的中心化的检索数据库遭受破坏，可通过调用任一节点的区块链公共账本，通过重新加载记载于区块链智能合约中的数据地址与关键字信息的历史账本信息，可对检索网络中的中心化检索数据库数据进行恢复，从而确保网络系统的安全性、可靠性。

技术特征：

1.一种基于边缘计算的去中心化存算网络，其特征在于该存算网络包括有如下组成部分：

2.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的去中心化存算网络，其特征在于其数据的存储过程，包括有如下步骤：

3.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的去中心化存算网络，其特征在于其数据查询使用过程，包括有如下步骤：

4.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的去中心化存算网络，其特征在于其区块链网络面向边缘计算设备提供去中心化的智能合约算力服务，边缘计算设备使用智能合约进行去中心化计算的步骤包括：

5.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的去中心化存算网络，其特征在于其数据检索网关，若受网络攻击，导致其中心化的检索数据库遭受破坏，可通过任一节点的区块链公共账本中所记载的数据地址与关键字信息的存储账本进行恢复。

技术总结
本发明公开了一种基于边缘计算的去中心化存算网络。以部署于用户或生产侧的边缘计算设备为基础，通过在骨干网络中分布式部署若干公共存算节点，在公共存算节点部署区块封装节点软件和去中心化分布式文件节点软件，在边缘计算设备上部署区块同步节点软件和分布式文件节点软件，边缘计算设备所产生的数据通过分布式文件节点软件存入该去中心化存算网络中，数据存储的地址记载于区块链的公共账本中，供网络中任何节点公开或授权检索。通过使用本存算网络，既满足在行业网络应用中用户/生产侧对高带宽、低延时、高效率的数据处理要求，又有效地解决整个行业网络的数据共享、数据产权保护、数据安全和综合运用的问题，可广泛应用于相关行业网络的组织与运营。

技术研发人员：赵其刚,李维,赵其国
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15