CN115604765A

CN115604765A - 计算卸载优化方法和装置、电子设备和存储介质

Info

Publication number: CN115604765A
Application number: CN202211026689.6A
Authority: CN
Inventors: 杨伟伟; 梁辉
Original assignee: Dongguan University of Technology
Current assignee: Dongguan University of Technology
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2022-08-25
Publication date: 2023-01-13

Abstract

本申请提供了一种计算卸载优化方法和装置、电子设备和存储介质，其中，该方法包括：建立基于区块链的云原生网络系统；根据目标边缘服务器的边缘计算结果和目标物联网设备的任务到达率确定每对联盟节点的信誉度；根据信誉度生成区块链共识机制；获取联盟链系统在计算卸载过程中所需的第一时延和消耗的第一能耗、获取区块链共识机制在共识过程中所需的第二时延；根据第一时延、第一能耗以及第二时延建立时延最小化目标模型，并基于时延最小化目标模型得到计算卸载优化方案。通过本申请，解决了相关技术中存在无法同时满足物联网设备的计算实时性和数据安全性需求的问题。

Description

计算卸载优化方法和装置、电子设备和存储介质

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种计算卸载优化方法和装置、电子设备和存储介质。

背景技术

近年来，物联网设备的爆发式增长，促使计算密集型应用不断地出现，如：智能驾驶、虚拟/增强现实和在线游戏等，这类应用具有计算量大，实时性高等特点。然而物联网设备计算和存储资源有限，无法满足计算密集型应用超低时延的服务需求。利用云原生网络架构，以云作为网络的中心，将所有业务与云直接相连，使得网络从传统端到端的传输连接演变为云和端的高效协作。边缘云提供计算和存储资源，物联网设备可以将计算任务卸载到边缘云服务器执行，从而有效地降低任务的计算时延和物联网设备的能耗。但是由于边缘设备通常部署在无线基站等网络边缘，具有分布式和异构等特点，且处于开放和不安全的环境，导致物联网设备的计算卸载面临数据安全问题。

相关技术通过引入区块链技术保障物联网设备在任务卸载过程中的数据安全，区块链作为一种多方共建、共享和共管的技术，可以通过共识机制保证计算卸载过程数据的安全可靠。但传统区块链共识机制存在交易吞吐量低、资源消耗大和交易认证时延长等问题，无法保障海量资源受限的物联网设备频繁执行计算卸载时的数据安全。且现有计算卸载方法的优化目标多数只考虑降低计算卸载任务产生的时延，而没有考虑区块链系统的交易认证时延。

因此，现有技术存在无法同时满足物联网设备的计算实时性和数据安全性需求的问题。

发明内容

本申请提供了一种计算卸载优化方法和装置、电子设备和存储介质，以至少解决相关技术中存在无法同时满足物联网设备对计算实时性和数据安全性的问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种计算卸载优化方法，该方法包括：

建立基于区块链的云原生网络系统，其中，所述云原生网络系统中包含计算卸载过程中信息处理的联盟链系统，所述联盟链系统包含多对联盟节点，每对所述联盟节点中包含目标物联网设备和目标边缘服务器，所述目标物联网设备为发送任务卸载信息的对象，所述目标边缘服务器为计算所述任务卸载信息和进行区块链共识的对象；

根据所述目标边缘服务器的边缘计算结果和所述目标物联网设备的任务到达率确定每对所述联盟节点的信誉度；

根据所述信誉度生成区块链共识机制；

获取所述联盟链系统在计算卸载过程中所需的第一时延和消耗的第一能耗、获取所述区块链共识机制在共识过程中所需的第二时延；

根据所述第一时延、所述第一能耗以及所述第二时延建立时延最小化目标模型，并基于所述时延最小化目标模型得到计算卸载优化方案。

根据本申请实施例的另一个方面，还提供了一种计算卸载优化装置，该装置包括：

建立模块，用于建立基于区块链的云原生网络系统，其中，所述云原生网络系统中包含计算卸载过程中信息处理的联盟链系统，所述联盟链系统包含多对联盟节点，每对所述联盟节点中包含目标物联网设备和目标边缘服务器，所述目标物联网设备为发送任务卸载信息的对象，所述目标边缘服务器为计算所述任务卸载信息和进行区块链共识的对象；

确定模块，用于根据所述目标边缘服务器的边缘计算结果和所述目标物联网设备的任务到达率确定每对所述联盟节点的信誉度；

生成模块，用于根据所述信誉度生成区块链共识机制；

获取模块，用于获取所述联盟链系统在计算卸载过程中所需的第一时延和消耗的第一能耗、获取所述区块链共识机制在共识过程中所需的第二时延；

得到模块，用于根据所述第一时延、所述第一能耗以及所述第二时延建立时延最小化目标模型，并基于所述时延最小化目标模型得到计算卸载优化方案。

可选地，生成模块包括：

创建单元，用于利用所述目标边缘服务器创建一个初始单元，其中，所述初始单元用于存储所述边缘计算结果和所述联盟节点的信誉度；

选择单元，用于利用所述目标边缘服务器通过第一预设方法选择第一预设数量个边缘区块，将所述第一预设数量个边缘区块的哈希值存入所述初始单元，得到第一单元；

计算单元，用于利用所述目标边缘服务器将一个随机数存入所述第一单元，计算此时所述第一单元的哈希值并将所述哈希值存入所述第一单元，得到第二单元；

广播单元，用于利用所述目标边缘服务器将所述第二单元广播至其他边缘服务器；

验证单元，用于利用所述其他边缘服务器验证所述第二单元是否合法，如果合法，则所述第二单元成为新的边缘区块；

判断单元，用于利用所述其他边缘服务器所产生的边缘区块，验证所述新的边缘区块，并利用所述其他边缘服务器判断验证次数是否达到认证阈值，如果达到所述认证阈值，则所述第二单元的数据被所述联盟链系统成功共识。

可选地，获取模块包括：

第一获取单元，用于获取所述任务卸载信息在传输过程中的传输时延以及所述第一能耗、所述任务卸载信息在边缘服务器排队的排队时延和所述边缘服务器执行所述任务卸载信息所需的执行时延；

第一得到单元，用于根据所述传输时延、所述排队时延以及所述执行时延得到所述第一时延；

第二获取单元，用于获取所述任务卸载信息在所述共识过程中的所述第二时延。

可选地，得到模块包括：

生成单元，用于生成针对所述第一时延、所述第一能耗以及所述第二时延的约束条件；

第一建立单元，用于基于所述约束条件，建立所述时延最小化目标模型。

转化单元，用于通过第二预设方法将所述时延最小化目标模型转化为第二预设数量个局部模型；

第二得到单元，用于通过训练所述第二预设数量个局部模型的参数并行地优化所述局部模型，得到对应的局部变量；

第三得到单元，用于合并所述局部变量，并对所述时延最小化目标模型的全局变量进行优化，得到所述计算卸载优化方案。

可选地，确定模块包括：

第四得到单元，用于利用所述目标边缘服务器根据第三预设数量个所述目标物联网设备对所述目标边缘服务器的信誉度，得到所述目标边缘服务器的综合信誉度；

第五得到单元，用于利用所述目标边缘服务器根据所述目标物联网设备的任务到达率，得到所述目标物联网设备的信誉度；

确定单元，用于根据所述目标边缘服务器的综合信誉度和所述目标物联网设备的信誉度，确定每对所述联盟节点的信誉度。

可选地，建立模块包括：

第二建立单元，用于建立区块链赋能的云原生网络系统，其中，所述云原生网络系统包含第二预设数量个物联网设备和第四预设数量个边缘服务器；

第三建立单元，用于基于所述云原生网络系统，建立计算卸载过程中的所述联盟链系统。

根据本申请实施例的又一个方面，还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；其中，存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于通过运行所述存储器上所存储的所述计算机程序来执行上述任一实施例中的方法步骤。

根据本申请实施例的又一个方面，还提供了一种计算机可读的存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一实施例中的方法步骤。

在本申请实施例中，通过建立基于区块链的云原生网络系统，其中，云原生网络系统中包含计算卸载过程中信息处理的联盟链系统，联盟链系统包含多对联盟节点，每对联盟节点中包含目标物联网设备和目标边缘服务器，目标物联网设备为发送任务卸载信息的对象，目标边缘服务器为计算任务卸载信息和进行区块链共识的对象；根据目标边缘服务器的边缘计算结果和目标物联网设备的任务到达率确定每对联盟节点的信誉度；根据信誉度生成区块链共识机制；获取联盟链系统在计算卸载过程中所需的第一时延和消耗的第一能耗、获取区块链共识机制在共识过程中所需的第二时延；根据第一时延、第一能耗以及第二时延建立时延最小化目标模型，并基于时延最小化目标模型得到计算卸载优化方案。由于本申请实施例一方面通过建立基于区块链的云原生网络系统，并基于联盟节点的信誉度生成共识机制，降低了交易认证时延，提高了区块链共识的安全性，另一方面，将计算卸载任务和区块链共识任务同时优化，实现了区块链赋能的云原生网络的系统时延最小化，解决了相关技术中存在无法同时满足物联网设备的计算实时性和数据安全性需求的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请实施例的一种可选的计算卸载优化方法的流程示意图；

图2是根据本申请实施例的一种可选的区块链赋能的云原生网络系统模型图；

图3是根据本申请实施例的一种可选的计算卸载优化装置的结构框图；

图4是根据本申请实施例的一种可选的电子设备的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在云原生网络中，资源有限的物联网设备通过将计算任务卸载到边缘服务器来降低能耗和计算时延，区块链技术可以通过共识机制保证上述过程中的数据安全。但传统区块链共识机制存在交易吞吐量低、资源消耗大和交易认证时延长等问题，无法保障海量资源受限的物联网设备频繁执行计算卸载任务时的数据安全。另外，边缘服务器执行区块链共识机制和计算卸载任务都会产生时延，如果将这两个时延分别独立优化，无法同时满足物联网设备对计算实时性和数据安全性服务质量需求。为了解决上述问题，根据本申请实施例的一个方面，提供了一种计算卸载优化方法，如图1所示，该方法的流程可以包括以下步骤：

步骤S101，建立基于区块链的云原生网络系统，其中，云原生网络系统中包含计算卸载过程中信息处理的联盟链系统，联盟链系统包含多对联盟节点，每对联盟节点中包含目标物联网设备和目标边缘服务器，目标物联网设备为发送任务卸载信息的对象，目标边缘服务器为计算任务卸载信息和进行区块链共识的对象。

可选地，建立区块链赋能的云原生网络系统，如图2所示，云原生网络中存在多个物联网设备和多个边缘服务器。在该云原生网络系统中构建由物联网设备和边缘服务器这两类利益团体共同维护的联盟链系统。在该联盟链系统中，由多个物联网设备和多个边缘服务器生成多个联盟节点，也可以选择一个物联网设备与其选择的一个边缘服务器作为一对联盟节点。其中，物联网设备作为区块链用户，发送计算卸载任务信息，边缘服务器除了执行计算卸载任务外，作为区块链共识节点，将边缘计算结果等相关信息打包成块，并执行共识算法来维护区块链账本，保证物联网设备低能耗、低时延和高可靠性的服务质量需求。

步骤S102，根据目标边缘服务器的边缘计算结果和目标物联网设备的任务到达率确定每对联盟节点的信誉度。

可选地，对于基于有向无环图(Directed Acyclic Graph,DAG)的区块链系统，交易到达率低或者不稳定时会降低区块链系统性能。任务到达率越高，边缘服务器需要执行的计算卸载任务越多，需要保护的用户数据信息越多，区块链的交易到达率越高。物联网设备根据边缘服务器的边缘计算结果，对边缘服务器进行满意度评价，物联网设备满意度越高，表明边缘服务器计算任务完成的越好，边缘服务器可靠性越高，物联网设备对边缘服务器的信誉度评分越高。物联网设备在线时长越长，活跃度越高，边缘服务器对物联网设备的信誉度评分越高。

步骤S103，根据信誉度生成区块链共识机制。

可选地，基于DAG的区块链采用异步通信机制，允许区块链进行分叉验证，要求新区块进入网络后必须先随机选择网络中已有的两个区块进行验证。对于信誉度高的联盟节点，其发布的交易被选中验证的概率越高，交易验证速度越快，交易认证时延越短。对于信誉度低的联盟节点，其发布的交易被验证的概率低，交易验证速度慢，交易认证时延长。

步骤S104，获取联盟链系统在计算卸载过程中所需的第一时延和消耗的第一能耗、获取区块链共识机制在共识过程中所需的第二时延。

可选地，假定每个任务d_i的平均数据大小和最大允许时延分别为D_i和

整个计算过程中的系统时延包括第一时延即任务卸载时延

和第二时延即区块链交易认证时延

任务卸载时延包括任务传输时延

排队时延

和边缘服务器的计算时延

由于边缘计算结果的数据大小与计算任务的数据大小相比非常小，因而不考虑计算结果传输的时延。另外，由于物联网设备的能量有限，边缘服务器有持续供电的电源，因而只考虑物联网设备的能耗，不考虑边缘服务器产生的能耗，因此第一能耗等于传输阶段的能耗

步骤S105，根据第一时延、第一能耗以及第二时延建立时延最小化目标模型，并基于时延最小化目标模型得到计算卸载优化方案。

可选地，根据DAG区块链共识机制的特点，任务到达率λ_i越高，区块链交易认证时延

越低，共识安全性越高，但此时任务卸载时延

较高，不能满足物联网设备时延的服务质量要求。为了同时满足物联网设备计算实时性和数据安全性的服务质量需求，本申请实施例对计算卸载任务和区块共识任务同时进行优化，以最小化

和

的加权和为优化目标，建立一个数学优化模型作为时延最小化目标模型，并根据该数学优化模型得到计算卸载优化方案。

作为一种可选实施例，根据信誉度生成区块链共识机制包括：

利用目标边缘服务器创建一个初始单元，其中，初始单元用于存储边缘计算结果和联盟节点的信誉度；

利用目标边缘服务器通过第一预设方法选择第一预设数量个边缘区块，将第一预设数量个边缘区块的哈希值存入初始单元，得到第一单元；

利用目标边缘服务器将一个随机数存入第一单元，计算此时第一单元的哈希值并将哈希值存入第一单元，得到第二单元；

利用目标边缘服务器将第二单元广播至其他边缘服务器；

利用其他边缘服务器验证第二单元是否合法，如果合法，则第二单元成为新的边缘区块；

利用其他边缘服务器所产生的边缘区块，验证新的边缘区块，并利用其他目标边缘服务器判断验证次数是否达到认证阈值，如果达到认证阈值，则第二单元的数据被云原生网络系统成功共识。

可选地，边缘服务器m执行物联网设备i的计算卸载任务，并把此计算任务的结果作为区块链上的一个交易。此时，物联网设备i的交易到达率为λ_i，边缘服务器m记录的交易到达率为

ρ_i,m为计算任务卸载策略，N为正整数。边缘服务器m为每个交易创建一个单元(Unit)，用于存储交易信息和联盟节点的信誉度，并利用私钥对此交易进行数字签名。

缠结(Tangle)是基于DAG区块链中最具有代表性的共识方法，在缠结共识过程中，每个Unit在加入DAG区块链账本前，需要先验证两个已经存在的边缘区块(Tips)，第一预设数量可以是二，也可以是其他数值，本申请实施例不对具体数值做限定。当存在多个边缘区块(大于两个)时，Tangle采用基于信誉度的蒙特卡洛马尔可夫链(Markov Chain MonteCarlo，MCMC)边缘区块选择算法选择两个边缘区块，在选择上述两个边缘区块过程中，边缘服务器生成若干个游走粒子，并将上述游走粒子以概率

向边缘区块的方向各自独立游走，其中，

和

分别表示x，y和z的累计权重值。

和

分别表示发布x，y和z的节点的信誉值。z→x表示z直接引用x，α和β是非负可调参数。最先抵达边缘区块的两个粒子所停留的边缘区块即为被选中的区块。联盟节点的信誉度越高，其发布的边缘区块被选中验证的概率越高，交易验证速度越快，交易认证时延越短。当新到达的Unit选择两个边缘区块后，需检查这两个边缘区块是否冲突。如果不存在冲突，则将这两个边缘区块的哈希值存储到Unit中。

为了防止DDoS(Distributed Denial of Service，分布式拒绝服务攻击)攻击，避免算力的浪费，在发布上述交易前边缘服务器还需要做一个轻量化的工作量证明(Proofof Work，PoW)，即将交易的内容和已选两个边缘区块的哈希值打包，添加一个随机数Nonce，计算哈希值。并将此哈希值存储到Unit中，之后，将该Unit广播给网络中其它的边缘服务器。

当其它边缘服务器收到该Unit后，依据数字签名和Nonce值，验证其是否合法。如果合法，则将这个Unit加入到其本地DAG账本中，此时这个合法的Unit成为边缘区块。

其他边缘服务器产生边缘区块的步骤与上述步骤相同，其他边缘服务器产生的边缘区块有概率会直接或者间接验证上述Unit边缘区块。在DAG区块链中，每个区块都有一个累计权重值(初始值为1)，每当该区块被直接或者间接验证一次，其累计权重值加1。当该区块的累计权重值达到认证阈值时，该区块中的交易被全网确认为是一笔成功的交易。

在本申请实施例中，通过设计基于信誉度的DAG区块链的共识机制，解决了传统DAG共识机制存在交易认证时延长，容易受到恶意节点攻击，共识安全性不足的问题。有效地降低交易认证时延，提高区块共识安全性，满足了物联网设备的数据安全性需求。

作为一种可选实施例，获取联盟链系统在计算卸载过程中所需的第一时延和消耗的第一能耗、获取区块链共识机制在共识过程中所需的第二时延包括：

获取任务卸载信息在传输过程中的传输时延以及第一能耗、任务卸载信息在边缘服务器排队的排队时延和边缘服务器执行任务卸载信息所需的执行时延；

根据传输时延、排队时延以及执行时延得到第一时延；

获取任务卸载信息在共识过程中的第二时延。

可选地，在云原生网络中，物联网设备通过无线信道将计算任务卸载到边缘服务器执行，在此过程中，会产生传输时延和第一能耗即传输能耗。物联网设备d_i的计算任务卸载到边缘服务器S_m的上行链路数据传输速率和传输时延可以表示为：

其中，B为信道带宽，采用正交频分复用技术(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)，每个子载波带宽为B₀＝BN，N_m为将计算任务卸载到S_m的终端设备数量。p_i,m和H_i,m分别为d_i到S_m的传输功率和信道增益，

为其他物联网设备所产生的干扰功率，σ²为背景噪声功率。在传输阶段物联网设备d_i的能耗为

由于物联网设备的能量有限，边缘服务器有持续供电的电源，因而只考虑物联网设备的能耗，不考虑边缘服务器产生的能耗。

边缘服务器计算资源有限，不能同时执行多个物联网设备的计算卸载任务，当存在多个计算卸载任务时，会产生排队时延。本文采用排队理论，将边缘服务器处理任务缓冲区中等待执行的卸载任务的模型表示为D/M/1队列，按照物联网设备任务FCFS服务规则，S_m上的任务到达率为

d_i在S_m上每个计算任务的平均排队时间为：

其中，

绝对值非常小，μ_m为S_m的服务速率，λ_m<μ_m。

每个计算任务d_i在S_m上的计算时延可以表示为：

其中，C_i表示处理1比特输入数据所需的CPU周期数，f_m表示S_m的CPU周期频率。

上述传输时延、排队时延和计算时延之和为第一时延，即任务卸载时延。

在无线传输环境非饱和的情况下，边缘服务器完成物联网设备的计算卸载任务后，将每个计算结果和相关信息打包成块，进行区块链共识，进而保护计算卸载的数据安全。对于区块链网络，交易到达率与边缘服务器的服务速率有关，其交易到达率服从均值为

的泊松过程。在S_m上产生的区块的累计权重增长速率为

当此区块的累计权重值达到认证权重阈值W时，其所消耗的区块链交易认证时延即第二时延可以表示为：

在本申请实施例中，通过计算任务传输时延、排队时延和计算时延得出任务卸载时延，并通过计算得出第一能耗以及区块链交易认证时延，综合考虑整个任务卸载过程中以及区块链交易认证过程中的所有时延，并以最小化任务卸载时延和区块链交易认证时延的加权和为优化目标，建立数学优化模型，满足了物联网设备的计算实时性需求。

作为一种可选实施例，根据第一时延、第一能耗以及第二时延建立时延最小化目标模型包括：

生成针对第一时延、第一能耗以及第二时延的约束条件；

基于约束条件，建立时延最小化目标模型。

可选地，本申请实施例对物联网设备任务卸载时延和区块链共识机制进行联合优化，生成的约束条件和建立的数学优化模型为：

其中，ω₁和ω₂为加权系数，C1和C2分别是对物联网设备所能容忍的时延和能耗的约束条件。C3是保证S_m上任务到达率不超过其服务速率。C4和C5是对计算卸载决策的约束条件，保证每个边缘服务器可以服务多个物联网设备，但每个物联网设备只可以将计算任务卸载到一个边缘服务器执行。C6是对每个边缘服务器服务的物联网设备数量的约束条件。

在本申请实施例中，首先针对物联网设备计算卸载任务过程中的时延和能耗，生成约束条件。之后，以最小化任务卸载时延和区块链交易认证时延为目的，基于上述约束条件建立数学优化模型，通过该数学优化模型能够得到计算卸载优化方案，实现了区块链赋能的云原生网络的系统时延最小化，解决了相关技术存在的无法满足物联网设备计算实时性需求的问题。

作为一种可选实施例，基于时延最小化目标模型得到计算卸载优化方案包括：

通过第二预设方法将时延最小化目标模型转化为第二预设数量个局部模型；

通过训练第二预设数量个局部模型的参数并行地优化局部模型，得到对应的局部变量；

合并局部变量，并对时延最小化目标模型的全局变量进行优化，得到计算卸载优化方案。

可选地，由于计算卸载优化问题不是一个凸问题，而且随着云原生网络中用户数量的增多，该问题的规模和复杂度将会迅速增加。本申请采用交替方向乘子法将原始复杂的计算卸载优化问题转变为第二预设数量个无约束的子问题进行求解，第二预设数量表示多个，本申请实施例不对具体数值做限定。之后，计算节点通过训练自己局部模型参数来并行地优化子问题。然后，将所有的局部变量合并起来对全局变量进行优化。最后，经过迭代得到全局解。

在本申请实施例中，通过对计算卸载任务和区块共识任务同时进行优化，并采用交替方向乘子法简化该优化问题，最后得到计算卸载优化方案。本申请提高了优化效率，并且得出的计算卸载优化方案能够同时满足海量资源受限的物联网设备在频繁执行计算卸载任务时对计算实时性和数据安全性的服务质量需求。解决了相关技术中存在无法同时满足物联网设备对计算实时性和数据安全性的问题。

作为一种可选实施例，根据目标边缘服务器的边缘计算结果和目标物联网设备的任务到达率，确定每对联盟节点的信誉度包括：

利用目标边缘服务器根据第三预设数量个目标物联网设备对目标边缘服务器的信誉度，得到目标边缘服务器的综合信誉度；

利用目标边缘服务器根据目标物联网设备的任务到达率，得到目标物联网设备的信誉度；

根据目标边缘服务器的综合信誉度和目标物联网设备的信誉度，确定每对联盟节点的信誉度。

可选地，由于边缘服务器m能够同时为多个物联网设备服务，因而，其信誉度应由多个物联网设备对自己的综合信誉度评分生成，综合信誉度为

其中ρ_i,m为计算任务卸载策略，r_i→m为物联网设备i收到边缘服务器m的计算结果后，根据自身对边缘计算结果的满意度对边缘服务器m的信誉度的评分，N为正整数，

为第三预设数量。得到综合信誉度S_i→m之后，该边缘服务器对综合信誉度进行存储。

由于物联网设备的任务到达率间接反映了区块链的交易到达率，因此，边缘服务器m根据物联网设备的任务到达率λ_i对物联网设备的信誉度进行评分S_m→i＝g(λ_i)，并对S_m→i进行存储。

将每个物联网设备和其选择的边缘服务器作为一对联盟节点，计算之后得到每一对联盟节点的信誉度S_i,m＝αS_i→m+βS_m→i (9)

其中，α和β分别为信誉度权重因子，物联网设备可以根据服务质量需求，调整信誉度的权重。

在本申请实施例中，通过将每个物联网设备和其选择的边缘服务器作为一对联盟节点，考虑其各自的信誉度对区块链性能的影响，计算每对联盟节点的信誉度，提高区块共识安全性，满足物联网设备对数据安全的服务质量需求。

作为一种可选实施例，建立基于区块链的云原生网络系统包括：

建立区块链赋能的云原生网络系统，其中，云原生网络系统包含第二预设数量个物联网设备和第四预设数量个边缘服务器；

基于云原生网络系统，建立计算卸载过程中的联盟链系统。

可选地，区块链赋能的云原生网络系统模型如图2所示，系统中包含云原生网络和区块链网络。在云原生网络中存在N个物联网设备D＝{d₁,...,d_i,...,d_N}和M个边缘服务器

第二预设数量为N，第四预设数量为M，N和M表示多个，本申请实施例不对具体数值做限定。物联网设备d_i在执行计算密集型应用时，生成一系列相同的计算任务，物联网设备直接将上述计算任务通过无线信道传输到边缘服务器执行。假定在一个时隙内，d_i到达的任务数量为n_i＝υ/θ_i，其中，υ是一个时隙的时间长度，θ_i是任务到达的时间间隔，则λ_i＝1/θ_i为d_i的任务到达率。边缘服务器之间通过有线链路连接。区块链网络用于保证计算卸载数据的安全性。

构建由物联网设备和边缘服务器这两类利益团体共同维护的联盟链。其中，物联网设备作为区块链用户发送任务卸载的信息，边缘服务器作为区块链共识节点，执行计算卸载任务和区块链共识任务。该联盟链的工作流程为：首先，物联网设备发送任务卸载的信息到边缘服务器，边缘服务器执行计算卸载任务，并在完成之后将计算结果返回给物联网设备。然后，边缘服务器将计算任务结果和相关信息打包成块，并根据基于DAG的区块链共识机制完成区块链共识，验证无误后将数据信息添加到区块链上，从而保证计算卸载过程用户隐私和数据安全。

在本申请实施例中，建立基于区块链的云原生网络系统，然后根据云原生网络系统建立计算卸载过程中物联网设备和边缘服务器的联盟链模型，通过区块链共识机制，防止节点被恶意篡改以及防止伪造用户的数据信息数据，满足了物联网设备的安全性需求。

根据本申请实施例的另一个方面，还提供了一种用于实施上述计算卸载优化方法的计算卸载优化装置。图3是据本申请实施例的一种可选的计算卸载优化装置的结构框图，如图3所示，该装置可以包括：

建立模块301，用于建立基于区块链的云原生网络系统，其中，云原生网络系统中包含计算卸载过程中信息处理的联盟链系统，联盟链系统包含多对联盟节点，每对联盟节点中包含目标物联网设备和目标边缘服务器，目标物联网设备为发送任务卸载信息的对象，目标边缘服务器为计算任务卸载信息和进行区块链共识的对象；

确定模块302，用于根据目标边缘服务器的边缘计算结果和目标物联网设备的任务到达率确定每对联盟节点的信誉度；

生成模块303，用于根据信誉度生成区块链共识机制；

获取模块304，用于获取联盟链系统在计算卸载过程中所需的第一时延和消耗的第一能耗、获取区块链共识机制在共识过程中所需的第二时延；

得到模块305，用于根据第一时延、第一能耗以及第二时延建立时延最小化目标模型，并基于时延最小化目标模型得到计算卸载优化方案。

作为一种可选实施例，生成模块包括：

创建单元，用于利用目标边缘服务器创建一个初始单元，其中，初始单元用于存储边缘计算结果和联盟节点的信誉度；

选择单元，用于利用目标边缘服务器通过第一预设方法选择第一预设数量个边缘区块，将第一预设数量个边缘区块的哈希值存入初始单元，得到第一单元；

计算单元，用于利用目标边缘服务器将一个随机数存入第一单元，计算此时第一单元的哈希值并将哈希值存入第一单元，得到第二单元；

广播单元，用于利用目标边缘服务器将第二单元广播至其他边缘服务器；

验证单元，用于利用其他边缘服务器验证第二单元是否合法，如果合法，则第二单元成为新的边缘区块；

判断单元，用于利用其他边缘服务器所产生的边缘区块，验证新的边缘区块，并利用其他边缘服务器判断验证次数是否达到认证阈值，如果达到认证阈值，则第二单元的数据被云原生网络系统成功共识。

作为一种可选实施例，获取模块包括：

第一获取单元，用于获取任务卸载信息在传输过程中的传输时延以及第一能耗、任务卸载信息在边缘服务器排队的排队时延和边缘服务器执行任务卸载信息所需的执行时延；

第一得到单元，用于根据传输时延、排队时延以及执行时延得到第一时延；

第二获取单元，用于获取任务卸载信息在共识过程中的第二时延。

作为一种可选实施例，得到模块包括：

生成单元，用于生成针对第一时延、第一能耗以及第二时延的约束条件；

第一建立单元，用于基于约束条件，建立时延最小化目标模型。

转化单元，用于通过第二预设方法将时延最小化目标模型转化为第二预设数量个局部模型；

第二得到单元，用于通过训练第二预设数量个局部模型的参数并行地优化局部模型，得到对应的局部变量；

第三得到单元，用于合并局部变量，并对时延最小化目标模型的全局变量进行优化，得到计算卸载优化方案。

作为一种可选实施例，确定模块包括：

第四得到单元，用于利用目标边缘服务器根据第三预设数量个目标物联网设备对目标边缘服务器的信誉度，得到目标边缘服务器的综合信誉度；

第五得到单元，用于利用目标边缘服务器根据目标物联网设备的任务到达率，得到目标物联网设备的信誉度；

确定单元，用于根据目标边缘服务器的综合信誉度和目标物联网设备的信誉度，确定每对联盟节点的信誉度。

作为一种可选实施例，建立模块包括：

第二建立单元，用于建立区块链赋能的云原生网络系统，其中，云原生网络系统包含第四预设数量个物联网设备和第五预设数量个边缘服务器；

第三建立单元，用于基于云原生网络系统，建立计算卸载过程中的联盟链系统。

此处需要说明的是，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例所公开的内容。

图4是根据本申请实施例的一种可选的电子设备的结构框图，如图4所示，包括处理器401、通信接口402、存储器403和通信总线404，其中，处理器401、通信接口402和存储器403通过通信总线404完成相互间的通信，其中，

存储器403，用于存储计算机程序；

处理器401，用于执行存储器403上所存放的计算机程序时，实现如下步骤：

建立基于区块链的云原生网络系统，其中，云原生网络系统中包含计算卸载过程中信息处理的联盟链系统，联盟链系统包含多对联盟节点，每对联盟节点中包含目标物联网设备和目标边缘服务器，目标物联网设备为发送任务卸载信息的对象，目标边缘服务器为计算任务卸载信息和进行区块链共识的对象；

根据目标边缘服务器的边缘计算结果和目标物联网设备的任务到达率确定每对联盟节点的信誉度；

根据信誉度生成区块链共识机制；

获取联盟链系统在计算卸载过程中所需的第一时延和消耗的第一能耗、获取区块链共识机制在共识过程中所需的第二时延；

根据第一时延、第一能耗以及第二时延建立时延最小化目标模型，并基于时延最小化目标模型得到计算卸载优化方案。

可选地，在本实施例中，上述的通信总线可以包括但不限于PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线、或EISA(Extended IndustryStandard Architecture，扩展工业标准结构)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括RAM，也可以包括但不限于非易失性存储器(non-volatilememory)，例如，至少一个磁盘存储器。可选地，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

作为一种示例，如图4所示，上述存储器403中可以但不限于包括上述计算卸载优化装置中的建立模块301、确定模块302、生成模块303、获取模块304、得到模块305。此外，还可以包括但不限于上述计算卸载优化装置中的其他模块单元，本示例中不再赘述。

上述处理器可以是通用处理器，可以包含但不限于：CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)、NP(Network Processor，网络处理器)等；还可以是DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理器)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit，专用集成电路)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解，图4所示的结构仅为示意。图4其并不对电子设备的结构造成限定。例如，终端设备还可以包括但不限于比图4中所示更多或者更少的组件(如网络接口、显示装置等)，或者具有与图4所示的不同的配置。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令终端设备相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括但不限于：闪存盘、ROM、RAM、磁盘或光盘等。

根据本申请实施例的又一个方面，还提供了一种存储介质。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以用于存储执行计算卸载优化方法的程序代码。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于上述实施例所示的网络中的多个网络设备中的至少一个网络设备上。

可选地，在本实施例中，存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：

根据信誉度生成区块链共识机制；

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例中所描述的示例，本实施例中对此不再赘述。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、ROM、RAM、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种计算卸载优化方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述信誉度生成区块链共识机制；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述信誉度生成区块链共识机制包括：

利用所述目标边缘服务器创建一个初始单元，其中，所述初始单元用于存储所述边缘计算结果和所述联盟节点的信誉度；

利用所述目标边缘服务器通过第一预设方法选择第一预设数量个边缘区块，将所述第一预设数量个边缘区块的哈希值存入所述初始单元，得到第一单元；

利用所述目标边缘服务器将一个随机数存入所述第一单元，计算此时所述第一单元的哈希值并将所述哈希值存入所述第一单元，得到第二单元；

利用所述目标边缘服务器将所述第二单元广播至其他边缘服务器；

利用所述其他边缘服务器验证所述第二单元是否合法，如果合法，则所述第二单元成为新的边缘区块；

利用所述其他边缘服务器所产生的边缘区块，验证所述新的边缘区块，并利用所述其他目标边缘服务器判断验证次数是否达到认证阈值，如果达到所述认证阈值，则所述第二单元的数据被所述联盟链系统成功共识。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述联盟链系统在计算卸载过程中所需的第一时延和消耗的第一能耗、获取所述区块链共识机制在共识过程中所需的第二时延包括：

获取所述任务卸载信息在传输过程中的传输时延以及所述第一能耗、所述任务卸载信息在边缘服务器排队的排队时延和所述边缘服务器执行所述任务卸载信息所需的执行时延；

根据所述传输时延、所述排队时延以及所述执行时延得到所述第一时延；

获取所述任务卸载信息在所述共识过程中的所述第二时延。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一时延、所述第一能耗以及所述第二时延建立时延最小化目标模型包括：

生成针对所述第一时延、所述第一能耗以及所述第二时延的约束条件；

基于所述约束条件，建立所述时延最小化目标模型。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述时延最小化目标模型得到计算卸载优化方案包括：

通过第二预设方法将所述时延最小化目标模型转化为第二预设数量个局部模型；

通过训练所述第二预设数量个局部模型的参数并行地优化所述局部模型，得到对应的局部变量；

合并所述局部变量，并对所述时延最小化目标模型的全局变量进行优化，得到所述计算卸载优化方案。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标边缘服务器的边缘计算结果和所述目标物联网设备的任务到达率，确定每对所述联盟节点的信誉度包括：

利用所述目标边缘服务器根据第三预设数量个所述目标物联网设备对所述目标边缘服务器的信誉度，得到所述目标边缘服务器的综合信誉度；

利用所述目标边缘服务器根据所述目标物联网设备的任务到达率，得到所述目标物联网设备的信誉度；

根据所述目标边缘服务器的综合信誉度和所述目标物联网设备的信誉度，确定每对所述联盟节点的信誉度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立基于区块链的云原生网络系统包括：

建立区块链赋能的云原生网络系统，其中，所述云原生网络系统包含第二预设数量个物联网设备和第四预设数量个边缘服务器；

基于所述云原生网络系统，建立计算卸载过程中的所述联盟链系统。

8.一种计算卸载优化装置，其特征在于，包括：

生成模块，用于根据所述信誉度生成区块链共识机制；

9.一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口和所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信，其特征在于，

所述存储器，用于存储计算机程序；

所述处理器，用于通过运行所述存储器上所存储的所述计算机程序来执行权利要求1至7中任一项中所述的方法步骤。

10.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项中所述的方法步骤。