CN114301972A - 一种基于云边协同的区块链节点分级部署方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于云边协同的区块链节点分级部署方法和系统，涉及云边协同技术领域，所述方法包括：将边缘节点部署在数据中心；将区块链的全节点部署在云节点中；将区块链的轻节点容器或轻节点容器组部署在边缘节点中；从所述轻节点容器中选举主容器。主容器用于对外提供区块链服务、参与区块链共识，将资源需求较大的区块链全节点部署在云节点，轻节点容器部署在边缘节点，选举的主容器用于对外提供区块链服务，实现了区块链节点的分级部署，通过云边协同的方式提升了区块链节点的灵活性和高可用性。
Description
技术领域
本发明涉及云边协同技术领域，具体涉及一种基于云边协同的区块链节点分级部署方法和系统。
背景技术
边缘计算是为应用开发者和服务提供商在网络的边缘侧提供云服务和IT环境服务；目标是在靠近数据输入或用户的地方提供计算、存储和网络带宽。边缘计算主要着重解决传统云计算模式下的高延迟、网络不稳定和低带宽的问题，以便为边缘侧用户请求提供更快、更稳定的实时响应。
区块链是一个基于密码学算法连接与保护的分布式共享账本，具有不可伪造、可追溯、公开透明等特点。近几年区块链技术作为新兴技术快速发展，已被国家列入战略性前沿技术、国家新型基础设施的范围。受国家政策、基础技术推动，以及不断增长的下游应用领域需求，我国区块链行业市场规模不断发展，产业效应明显。
目前公有云上搭建的区块链平台存在数据安全性降低、网络延时大、区块链资源有限等问题；而私有云搭建一套区块链平台仍存在部署流程复杂、高可用能力受限、不适用于云边协同平台、同时区块链节点缺乏一定的灵活性等问题；当区块链用户端位置移动导致与边缘区块链平台位置增大时，网络延时也会随之增大。
Kubernetes平台本身并不支持云边协同的功能，需要结合Openyurt或KubeEdge等云边协同框架进行扩展。在云边协同场景中，由于云边网络不稳定，基于Kubernetes部署的区块链系统会面临在云边网络暂时性断连时，边缘节点上的区块链节点被驱逐的问题。
虽然如Openyurt、KubeEdge等云边协同框架解决了云边网络断连时，边缘节点上的Pod被驱逐的问题，但并没有考虑在云边断网时，边缘节点上出现异常时的高可用方案。如果在云边网络断连时，边缘部分节点出现宕机或边缘节点上的Pod出现异常时，由于失去了云端的管控，导致区块链无法正常对外提供服务。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种基于云边协同的区块链节点分级部署方法和系统，将资源需求大的区块链全节点部署到云节点，将区块链轻节点部署到边缘端，实现了区块链节点的分级部署，提升了区块链节点的灵活性和高可用性。
本发明公开了一种基于云边协同的区块链节点分级部署方法，所述方法包括：将边缘节点部署在数据中心；将区块链的全节点部署在云节点中；将区块链的轻节点容器或轻节点容器组部署在边缘节点中；从所述轻节点容器中选举主容器。
优选的，主容器再选举的方法：
获取客户端的位置信息；
根据所述位置信息和数据中心的距离，从轻节点容器中获得最优容器；
判断最优容器是否为主容器；
若否，将所述最优容器转换为主容器。
优选的，通过共识算法选举主容器，所述主容器用于对外提供区块链服务；
判断所述客户端的访问请求中是否有地理位置信息；
若不具有地理位置信息，根据所述IP信息获取所述客户端的地理位置信息。
优选的，通过共识算法选举主容器，所述主容器用于对外提供区块链服务；
判断所述客户端的访问请求中是否有地理位置信息；
若不具有地理位置信息，根据所述IP信息获取所述客户端的地理位置信息。
优选的，主容器修复的方法包括：
通过心跳机制检测所述轻节点容器的运行状态；
判断，所述主容器是否正常；
若正常，检测主容器的网络流量转发规则是否存在；
若不存在，添加流量转发规则，将访问区块链轻节点的流量转发到主容器；
若异常，从正常运行的轻节点容器中选举主容器，并修改流量转发规则。
优选的，部署有多个数据中心，所述数据中心之间通过专用网和地址进行连接，边缘节点及轻节点容器与云节点断开连接的情况下，所述轻节点容器不会被驱逐；为所述数据中心预设优先级，根据所述优先级选举主容器。
优选的，所述数据中心还部署有通过PV绑定的NAS存储服务器；
NAS存储服务器映射有多主同步的边缘数据库，所述边缘数据库通过用户存储请求(PersistentVolumeClaim，PVC)绑定PV存储卷(PersistentVolume)；
所述云节点部署有主数据库，所述主数据库与边缘数据库相互独立，所述主数据库和边缘数据库分别用于存储区块链的账本数据；
将区块链的轻节点容器部署在边缘节点中的方法包括：
获取区块链节点容器化镜像；
将部署信息以Kubernetes配置文件的形式发送到云边协同平台，所述部署信息包括全节点部署信息、轻节点容器部署信息、配置参数、密钥和主容器切换等待时间；
根据所述轻节点容器部署信息和区块链节点容器化镜像，在数据中心的边缘节点部署轻节点容器，并将选举主容器的方法通过sidecar的方式嵌入到轻节点容器中。
本发明还提供一种用于实现上述方法的系统，包括第一部署模块、高可用模块和选举模块；
所述第一部署模块用于将边缘节点部署在数据中心；
所述高可用模块用于将区块链的全节点部署在云节点中，将轻节点容器部署在边缘节点中；
所述选举模块用于从所述轻节点容器中选举主容器。
优选的，所述高可用模块部署在云节点，
所述高可用模块根据全节点部署信息和区块链节点容器化镜像，在云节点部署全节点容器；根据轻节点容器部署信息和区块链节点容器化镜像，在数据中心的边缘节点部署轻节点容器，同时将选举模块以sidecar的方式嵌入到轻节点容器中。
优选的，本发明的系统还包括部署在边缘节点的服务治理模块，所述服务治理模块用于检测连接状态、检测或修复流量转发规则。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：主容器用于对外提供区块链服务、参与区块链共识，将资源需求较大的区块链全节点部署在云节点，轻节点容器部署在边缘节点，选举的主容器用于对外提供区块链服务，实现了区块链节点的分级部署，通过云边协同的方式提升了区块链节点的灵活性和高可用性。
附图说明
图1是本发明的基于云边协同的区块链节点分级部署方法的流程图；
图2是主容器再选举的方法流程图；
图3是本发明的系统逻辑框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
一种基于云边协同的区块链节点分级部署方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤101：将边缘节点部署在数据中心。可以部署M个数据中心，每个数据中心可以部署有多个边缘节点。
步骤102：将区块链的全节点部署在云节点。全节点拥有完整区块链账本的节点，用于同步所有的区块链数据，能够独立校验区块链上的所有交易并实时更新数据，主要负责区块链的交易的广播和验证。可以通过容器化的方式部署全节点。
步骤103：将区块链的轻节点容器或轻节点容器组(POD)部署在边缘节点。轻节点本地只保存与自身相关的交易数据，不保存完整区块链信息。
步骤104：从所述轻节点容器或容器组(POD)中选举主容器。可以基于资源、连接状态、边缘节点的处理情况、物理位置等指标，通过选举共识算法选举主容器，例如预设指标的权重，根据指标及其权重计算各个轻节点容器的选举分值，根据选举分值选举主容器，但不限于此。
主容器用于对外提供区块链服务、参与区块链共识，将资源需求较大的区块链全节点部署在云节点，轻节点容器部署在边缘节点，选举的主容器用于对外提供区块链服务，实现了区块链节点的分级部署，通过云边协同的方式提升了区块链节点的灵活性和高可用性。
步骤105：主容器再选举。如图2所示，再选举的方法包括：
步骤201：获取客户端的位置信息。客户端的访问请求中可以附带有地址位置信息，也可以通过客户端的IP信息获取地理位置信息。
步骤202：根据所述位置信息和数据中心的距离，从轻节点容器中获得最优容器。
步骤203：判断最优容器是否为主容器。
若否，执行步骤204：在等待时间(TolerancePeriod)后，判断主容器是否切换到最优容器。
若没有切换到最优容器，执行步骤205：将所述最优容器转换为主容器。
若是或主容器已切换到最优容器，执行步骤206：不切换主容器。
步骤106：主容器异常修改：
步骤211：判断主容器是否正常。可以通过心跳机制检测主容器的运行状态。
若异常，执行步骤212：获得连接正常的轻节点容器，执行步骤213。
步骤213：从所述连接正常的轻节点容器中选举主容器，并修改流量转发规则，将访问区块链轻节点的流量转发到主容器。
若正常，执行步骤214：判断所述主容器的网络流量转发规则是否存在。
若不存在，执行步骤215：为所述主容器添加流量转发规则，将访问区块链轻节点的流量转发到主容器。
实施例1
步骤S1：搭建一套云边协同平台，Kubernetes的控制面组件部署在云节点，Kubernetes边缘节点位于M个地区数据中心(IDC)，所述数据中心之间通过专用网和地址进行连接，边缘节点及轻节点容器与云节点断开连接的情况下，通过专用网和地址与其它边缘节点连接，所述轻节点容器不会被驱逐。
步骤S2：为所述IDC部署通过PV绑定的NAS存储服务器，NAS存储服务器可以与IDC内的边缘节点通信。NAS存储服务器可以包括诸如GlusterFS、CephFS等支持高可用的分布式文件系统，或诸如NFS等简单的文件系统。
NAS存储服务器映射有多主同步的边缘数据库，所述边缘数据库通过用户存储请求(PersistentVolumeClaim，PVC)绑定PV存储卷(PersistentVolume)。多主同步的边缘数据库支持多个数据库同时读写。
云节点部署有主数据库，所述主数据库与边缘数据库相互独立，所述主数据库和边缘数据库分别用于存储区块链的账本数据。主数据库与边缘数据库可以以POD的形式进行部署。
步骤S3：轻节点容器部署在边缘节点中：
步骤S31：获取区块链节点容器化镜像。
步骤S32：将部署信息以Kubernetes配置文件的形式发送到云边协同平台，所述部署信息包括全节点部署信息、轻节点容器部署信息、配置参数、密钥和主容器切换等待时间。
步骤S33：根据所述轻节点容器部署信息和区块链节点容器化镜像，在数据中心的边缘节点部署轻节点容器(POD)，并将选举主容器的方法通过sidecar的方式嵌入到轻节点容器中。使得该过程对区块链节点部署者透明无感知。
步骤S4：针对轻节点容器通过共识算法选举出一个Pod作为Leader Pod对外提供服务，参与区块链共识。可以根据不同场景采用不同的共识算法。根据不同共识算法，对区块链节点Pod最少副本数也会有相应的要求。
例如，根据数据中心的地域预设优先级，根据所述优先级选举主容器。使所述边缘区块链的轻节点访问数据库时具有地域优先级。
步骤S5：根据访问该区块链节点的客户端访问流量，获取客户端地理位置，并根据情况发起主容器切换(LeadershipTransfer)，将主容器(Leader)身份赋予离客户端地理位置最近的Pod副本；客户端可以在访问请求中包含相应的地理位置信息，方便选举组件获取准确的地理位置信息；否则，根据IP信息粗略估计客户端位置。
步骤S6：当小于N/2的Pod副本出现异常时，且原先的主容器组(POD)包含在异常Pod中时，选举组件自动从剩余的Pod副本中重新选取一个Pod副本作为Leader Pod参与区块链共识。
步骤S7：对区块链节点网络进行监控、管理和自动修复。当所述云端节点和边缘节点能够通过网络正常通信时，对区块链节点网络进行监控和流量转发，由云端节点对区块链节点故障或Leader Pod迁移导致的网络异常进行处理。当所述云端节点和边缘节点网络断连，且边缘节点上部署的区块链节点出现异常时，通过修改流量转发规则对网络故障进行修复。
实施例2
本实施例提供一种用于实现上述方法的系统，如图3所示，包括第一部署模块1、高可用模块2和选举模块3；
第一部署模块1用于将边缘节点部署在数据中心；
高可用模块2用于将区块链的全节点部署在云节点中，将轻节点容器部署在边缘节点中；
选举模块3用于从所述轻节点容器中选举主容器。
其中，高可用模块2部署在云节点，
高可用模块2根据全节点部署信息和区块链节点容器化镜像，在云节点部署全节点容器；根据轻节点容器部署信息和区块链节点容器化镜像，在数据中心的边缘节点部署轻节点容器，同时将选举模块3以sidecar的方式嵌入到轻节点容器中。
所述系统还包括部署在边缘节点的服务治理模块4，服务治理模块4用于检测连接状态、检测或修复流量转发规则。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于云边协同的区块链节点分级部署方法，其特征在于，所述方法包括：
将边缘节点部署在数据中心；
将区块链的全节点部署在云节点中；
将区块链的轻节点容器或轻节点容器组部署在边缘节点中；
从所述轻节点容器中选举主容器。
2.根据权利要求1所述的区块链节点分级部署方法，其特征在于，还包括主容器再选举的方法：
获取客户端的位置信息；
根据所述位置信息和数据中心的距离，从轻节点容器中获得最优容器；
判断最优容器是否为主容器；
若否，将所述最优容器转换为主容器。
3.根据权利要求2所述的区块链节点分级部署方法，其特征在于，通过共识算法选举主容器，所述主容器用于对外提供区块链服务；
判断所述客户端的访问请求中是否有地理位置信息；
若不具有地理位置信息，根据所述IP信息获取所述客户端的地理位置信息。
4.根据权利要求1所述的区块链节点分级部署方法，其特征在于，还包括主容器修复的方法：
判断主容器是否正常；
若异常，获得连接正常的轻节点容器；
从所述连接正常的轻节点容器中选举主容器。
5.根据权利要求4所述的区块链节点分级部署方法，其特征在于，主容器修复的方法包括：
通过心跳机制检测所述轻节点容器的运行状态；
判断所述主容器是否正常；
若正常，检测主容器的网络流量转发规则是否存在；
若不存在，添加流量转发规则，将访问区块链轻节点的流量转发到主容器；
若异常，从正常运行的轻节点容器中选举主容器，并修改流量转发规则。
6.根据权利要求1所述的区块链节点分级部署方法，其特征在于，部署有多个数据中心，所述数据中心之间通过专用网和地址进行连接，边缘节点及轻节点容器与云节点断开连接的情况下，所述轻节点容器不会被驱逐；
为所述数据中心预设优先级，根据所述优先级选举主容器。
7.根据权利要求6所述的区块链节点分级部署方法，其特征在于，
所述数据中心还部署有通过PV绑定的NAS存储服务器；
NAS存储服务器映射有多主同步的边缘数据库，所述边缘数据库通过用户存储请求绑定PV存储卷；
所述云节点部署有主数据库，所述主数据库与边缘数据库相互独立，所述主数据库和边缘数据库分别用于存储区块链的账本数据；
将区块链的轻节点容器部署在边缘节点中的方法包括：
获取区块链节点容器化镜像；
将部署信息以Kubernetes配置文件的形式发送到云边协同平台，所述部署信息包括全节点部署信息、轻节点容器部署信息、配置参数、密钥和主容器切换等待时间；
根据所述轻节点容器部署信息和区块链节点容器化镜像，在数据中心的边缘节点部署轻节点容器，并将选举主容器的方法通过sidecar的方式嵌入到轻节点容器中。
8.一种用于实现如权利要求1-7任一项所述区块链节点分级部署方法的系统，其特征在于，包括第一部署模块、高可用模块和选举模块；
所述第一部署模块用于将边缘节点部署在数据中心；
所述高可用模块用于将区块链的全节点部署在云节点中，将轻节点容器部署在边缘节点中；
所述选举模块用于从所述轻节点容器中选举主容器。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述高可用模块部署在云节点，
所述高可用模块根据全节点部署信息和区块链节点容器化镜像，在云节点部署全节点容器；根据轻节点容器部署信息和区块链节点容器化镜像，在数据中心的边缘节点部署轻节点容器，同时将选举模块以sidecar的方式嵌入到轻节点容器中。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括部署在边缘节点的服务治理模块，所述服务治理模块用于检测连接状态、检测或修复流量转发规则。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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