CN118118396A - 一种区块链分簇网络的构建方法、区块协同存储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种区块链分簇网络的构建方法、区块协同存储方法，属于数据存储技术领域，包括：在区块链网络中根据各节点的性能和传输时延获取各簇头节点；对各簇头节点进行分簇处理，获取初始分簇网络；判断初始分簇网络中各簇中的节点数量是否满足成员阈值判定条件，若否，则对各簇节点数量进行调整，得到分簇网络。本发明通过各节点的性能和传输时延获取各簇头节点，考虑了选取为簇头节点的节点性能以及该节点与其他节点的距离，避免因簇头节点性能低下和分布不均导致的分簇网络的传输问题，且根据分簇网络中各簇节点的数量来对各簇中的节点进行分配调整，避免了某些分簇中节点过多或过少的情况，提高了节点存储性能的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种区块链分簇网络的构建方法、区块协同存储方法，属于数据存储技术领域。
背景技术
区块链是一个集合了分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式，其有着广泛的应用前景，但是面临着节点储存限制等问题；在区块链网络中，节点之间需要实时验证和同步区块信息，这就要求节点本身需要较大的存储能力。
由于传统的动态分簇算法主要应用于传感器网络而不是区块链网络，例如LEACH协议中所采取的算法，存在以下缺点：
1)簇头的性能随机性较高：决定簇头的算法采取完全的随机方案，并不适用于有区块链网络中具有较大差异的各个节点，传输性能和信任值较低的节点不具备担当簇头的能力。
2)簇头的选择分布随机性较高：同样是由于采取完全的随机方案所产生的问题。不同于传感器网络，区块链网络中节点之间传输区块耗时较大，需要尽可能缩短传输时延，因此簇头的分布需要尽可能照顾到其他节点。
3)簇头采取轮换制：由于区块链网络对簇头要求较高，既需要具有较高的传输效率和信任值，也需要簇头分布均匀化，轮换制进行更换不利于网络的稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种区块链分簇网络的构建方法、区块协同存储方法，能够在分簇网络中选择合适的簇头并降低簇头的负担，提高了簇内节点的存储空间利用率，解决了当前分簇算法随机选择簇头，进而使簇头因性能和分布因素导致分簇网络不稳定的问题。
为达到上述目的/为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：
一方面，本发明提供了一种区块链分簇网络的构建方法，包括：
在区块链网络中根据各节点的性能和传输时延获取各簇头节点；
对各簇头节点进行分簇处理，获取初始分簇网络；
判断初始分簇网络中各簇的节点数量是否满足成员阈值判定条件，若否，则对各簇的节点数量进行调整，得到分簇网络。
进一步地，所述在区块链网络中根据各节点的性能和传输时延获取各簇头节点，包括：
计算各节点的性能：
其中：
Ei表示第i个节点的性能；e1表示CPU的功率系数；e2表示可用存储空间大小系数；
表示第i个节点CPU功率的无量纲化数值：/>Ci表示第i个节点的CPU功率；
表示第i个节点存储空间大小的无量纲化数值：/>Si表示第i个节点的存储空间大小；
根据各节点的性能构建候选集：
其中：
W表示候选集；Pi表示第i个节点生成的(0，1)随机数；O表示候选节点冗余率；p∈(0，1)表示簇头节点占总节点数的百分比；
根据候选集选取各簇头节点形成簇头节点集合。
更进一步地，所述根据候选集选取各簇头节点形成簇头节点集合，包括：
a.分别计算候选集W中各节点与其他节点间的距离；
b.构建过渡集合H；
c.从候选集W中任意选择一节点加入过渡集合H中扩充过渡集合H，并将该节点从候选集W中删除；
d.获取候选集W中与最新加入过渡集合H中的节点距离最远的节点，判断该节点与过渡集合H中其他节点的距离是否满足预设距离范围，若满足，则将该节点加入过渡集合H中，并将其从候选集W中删除；若不满足，则将该节点从候选集W中删除；
e.判断过渡集合H中的节点数占总节点数的比例是否大于p，若是，则进入f，若否，则进入c；
f.过渡集合H扩充完成，扩充完成的过渡集合H为簇头节点集合。
进一步地，所述对各簇头节点进行分簇处理，包括：
各簇头节点向周围非簇头节点发送消息A，其中，所述消息A包括该簇头节点信息和加入该簇的要求；
各簇头节点等待预设时间后，接收来自各非簇头节点的消息B；
各簇头节点与满足要求的非簇头节点建立连接。
更进一步地，所述对各簇头节点进行分簇处理，还包括：
非簇头节点在预设时间内接收来自各个簇头节点发送的消息A；
按接收消息的距离由近至远，依次选择向簇头节点发送包括该非簇头节点信息及确认加入的消息B，直到加入任意簇或没有新的簇头节点选择。
进一步地，所述成员阈值判定条件，包括：
Vmin≤V≤Vmax；
其中：Vmin表示簇成员下限值；V表示簇中节点数量；Vmax表示簇成员上限值；簇中的节点数量满足成员阈值判定条件的簇为正常簇。
更进一步地，所述判断初始分簇网络中各簇的节点数量是否满足成员阈值判定条件，若否，则对各簇的节点数量进行调整，得到分簇网络，包括：
若目标簇中节点数量不满足成员阈值判定条件，则判断目标簇中节点数量是否小于Vmin，若是，则目标簇为小簇；若否，则目标簇为大簇；
若目标簇为小簇，则获取多个来自其他簇具有可接收的非簇头节点名单，
目标簇簇头根据通信延迟大小从低到高收入非簇头节点名单中的节点，直到小簇变为正常簇；
若目标簇为大簇，则获取多个来自其他簇具有可接收节点的簇头名单，获取目标簇内各非簇头节点距离目标簇簇头节点的通信延迟，并按照通信延迟从低到高排列，从簇头名单中按照上述顺序选取节点并将选取的节点加入该簇头节点所属簇，直到大簇变为正常簇。
另一方面，本发明还提供了一种区块协同存储方法，包括：
通过构建好的分簇网络中目标簇的簇头节点获取非簇头节点的存储空间及待存储区块的大小，其中，所述分簇网络通过上述的区块链分簇网络的构建方法进行构建；
根据获取到的存储空间及待存储区块的大小获取非簇头节点可存储的交易数目；
根据非簇头节点可存储的交易数目对待存储区块进行分组处理，获取与非簇头节点数量对应的交易包；
通过分簇网络中目标簇的簇头节点将交易包发送至各个非簇头节点。
进一步地，所述通过构建好的分簇网络中目标簇的簇头节点获取非簇头节点的存储空间，包括：
其中：Si表示目标簇I中第i个节点的存储空间大小；MI表示目标簇I中非簇头节点的数量；SI表示目标簇I中非簇头节点存储空间总和。
进一步地，所述根据获取到的存储空间及待存储区块的大小获取非簇头节点可存储的交易数目，包括：
计算目标簇的空间利用率：
其中：Sn表示目标簇簇头节点收到的待存储区块的大小；
为正整数，表示冗余存储的系数；
根据目标簇的空间利用率计算非簇头节点可存储的交易数目：
其中：B表示预设的交易大小。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明通过各节点的性能和传输时延获取各簇头节点，考虑了选取为簇头节点的节点性能以及该节点与其他节点的距离，避免因簇头节点性能低下和分布不均导致的分簇网络的传输问题，且根据分簇网络中各簇节点的数量来对各簇中的节点进行分配调整，避免了某些分簇中节点过多或过少的情况，提高了节点存储性能的利用率，解决了当前分簇算法随机选择簇头，进而使簇头因性能和分布因素导致分簇网络不稳定的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种区块链分簇网络的构建方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种区块链分簇网络的构建方法中的大簇、正常簇及小簇的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种区块链分簇网络的构建方法中的分簇网络结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种区块链分簇网络的区块协同存储方法的分组处理过程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种区块链分簇网络的区块协同存储方法的簇头节点分发交易包的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种区块链分簇网络的构建方法，包括：
在区块链网络中根据各节点的性能和传输时延获取各簇头节点，具体的：
计算各节点的性能：
其中：
Ei表示第i个节点的性能；e1表示CPU的功率系数；e2表示可用存储空间大小系数；
表示第i个节点CPU功率的无量纲化数值：/>Ci表示第i个节点的CPU功率；
表示第i个节点存储空间大小的无量纲化数值：/>Si表示第i个节点的存储空间大小；
根据各节点的性能构建候选集：
其中：
W表示候选集；Pi表示第i个节点生成的(0，1)随机数；O表示候选节点冗余率；p∈(0，1)表示簇头节点占总节点数的百分比；
根据候选集选取各簇头节点形成簇头节点集合，包括：
a.分别计算候选集W中各节点与其他节点间的距离；
b.构建过渡集合H；
c.从候选集W中任意选择一节点加入过渡集合H中扩充过渡集合H，并将该节点从候选集W中删除；
d.获取候选集W中与最新加入过渡集合H中的节点距离最远的节点，判断该节点与过渡集合H中其他节点的距离是否满足预设距离范围，若满足，则将该节点加入过渡集合H中，并将其从候选集W中删除；若不满足，则将该节点从候选集W中删除；
e.判断过渡集合H中的节点数占总节点数的比例是否大于p，若是，则进入f，若否，则进入c；
f.过渡集合H扩充完成，扩充完成的过渡集合H为簇头节点集合。
对各簇头节点进行分簇处理，获取初始分簇网络，具体的：
各簇头节点向周围非簇头节点发送消息A，其中，消息A包括该簇头节点信息和加入该簇的要求；
各簇头节点等待预设时间后，接收来自各非簇头节点的消息B；
各簇头节点与满足要求的非簇头节点建立连接；
非簇头节点在预设时间内接收来自各个簇头节点发送的消息A；
按接收消息的距离由近至远，依次选择向簇头节点发送包括该非簇头节点信息及确认加入的消息B，直到加入任意簇或没有新的簇头节点选择。
判断初始分簇网络各簇的节点数量是否满足成员阈值判定条件，若否，则对各簇的节点数量进行调整，具体的：
成员阈值判定条件，包括：
Vmin≤V≤Vmax；
其中：Vmin表示簇成员下限值；V表示簇中节点数量；Vmax表示簇成员上限值；
如图2所示，簇中的节点数量满足成员阈值判定条件的簇为正常簇；
若目标簇中节点数量不满足成员阈值判定条件，则判断目标簇中节点数量是否小于Vmin，若是，则目标簇为小簇；若否，则目标簇为大簇；
若目标簇为小簇，则获取多个来自其他簇具有可接收的非簇头节点名单，
目标簇簇头根据通信延迟大小从低到高收入非簇头节点名单中的节点，直到小簇变为正常簇；
若目标簇为大簇，则获取多个来自其他簇具有可接收节点的簇头名单，获取目标簇内各非簇头节点距离目标簇簇头节点的通信延迟，并按照通信延迟从低到高排列，从簇头名单中按照上述顺序选取节点并将选取的节点加入该簇头节点所属簇，直到大簇变为正常簇；
如图3所示，得到分簇网络。
实施例2
本发明提供了一种区块协同存储方法，包括：
通过构建好的分簇网络中目标簇的簇头节点获取非簇头节点的存储空间及待存储区块的大小，分簇网络通过上述的区块链分簇网络的构建方法进行构建，具体的：
其中：Si表示目标簇I中第i个节点的存储空间大小；MI表示目标簇I中非簇头节点的数量；SI表示目标簇I中非簇头节点存储空间总和。
根据获取到的存储空间及待存储区块的大小获取非簇头节点可存储的交易数目，具体的：计算目标簇的空间利用率：
其中：Sn表示目标簇簇头节点收到的待存储区块的大小；
为正整数，表示冗余存储的系数，具体为整个簇所存储的交易加在一起是簇头节点收到交易的倍数；
根据目标簇的空间利用率计算非簇头节点可存储的交易数目：
其中：B表示预设的交易大小；
如图4所示，根据非簇头节点可存储的交易数目对待存储区块进行分组处理，获取与非簇头节点数量对应的交易包，其中：
Transaction-1、Transaction-2、Transaction-3、Transaction-4、Transaction-5、Transaction-6表示可存储的交易数目；
Packet-1、Packet-2、Packet-3表示分组后的交易包数目。
如图5所示，通过分簇网络中目标簇的簇头节点将交易包发送至各个非簇头节点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种区块链分簇网络的构建方法，其特征在于，包括：
在区块链网络中根据各节点的性能和传输时延获取各簇头节点；
对各簇头节点进行分簇处理，获取初始分簇网络；
判断初始分簇网络中各簇的节点数量是否满足成员阈值判定条件，若否，则对各簇的节点数量进行调整，得到分簇网络。
2.根据权利要求1所述的区块链分簇网络的构建方法，其特征在于，所述在区块链网络中根据各节点的性能和传输时延获取各簇头节点，包括：
计算各节点的性能：
其中：
Ei表示第i个节点的性能；e1表示CPU的功率系数；e2表示可用存储空间大小系数；
表示第i个节点CPU功率的无量纲化数值：/>Ci表示第i个节点的CPU功率；
表示第i个节点存储空间大小的无量纲化数值：/>Si表示第i个节点的存储空间大小；
根据各节点的性能构建候选集：
其中：
W表示候选集；Pi表示第i个节点生成的(0，1)随机数；O表示候选节点冗余率；p∈(0，1)表示簇头节点占总节点数的百分比；
根据候选集选取各簇头节点形成簇头节点集合。
3.根据权利要求2所述的区块链分簇网络的构建方法，其特征在于，所述根据候选集选取各簇头节点形成簇头节点集合，包括：
a.分别计算候选集W中各节点与其他节点间的距离；
b.构建过渡集合H；
c.从候选集W中任意选择一节点加入过渡集合H中扩充过渡集合H，并将该节点从候选集W中删除；
d.获取候选集W中与最新加入过渡集合H中的节点距离最远的节点，判断该节点与过渡集合H中其他节点的距离是否满足预设距离范围，若满足，则将该节点加入过渡集合H中，并将其从候选集W中删除；若不满足，则将该节点从候选集W中删除；
e.判断过渡集合H中的节点数占总节点数的比例是否大于p，若是，则进入f，若否，则进入c；
f.过渡集合H扩充完成，扩充完成的过渡集合H为簇头节点集合。
4.根据权利要求1所述的区块链分簇网络的构建方法，其特征在于，所述对各簇头节点进行分簇处理，包括：
各簇头节点向周围非簇头节点发送消息A，其中，所述消息A包括该簇头节点信息和加入该簇的要求；
各簇头节点等待预设时间后，接收来自各非簇头节点的消息B；
各簇头节点与满足要求的非簇头节点建立连接。
5.根据权利要求4所述的区块链分簇网络的构建方法，其特征在于，所述对各簇头节点进行分簇处理，还包括：
非簇头节点在预设时间内接收来自各个簇头节点发送的消息A；
按接收消息的距离由近至远，依次选择向簇头节点发送包括该非簇头节点信息及确认加入的消息B，直到加入任意簇或没有新的簇头节点选择。
6.根据权利要求1所述的区块链分簇网络的构建方法，其特征在于，所述成员阈值判定条件，包括：
Vmin≤V≤Vmax；
其中：Vmin表示簇成员下限值；V表示簇中节点数量；Vmax表示簇成员上限值；簇中的节点数量满足成员阈值判定条件的簇为正常簇。
7.根据权利要求6所述的区块链分簇网络的构建方法，其特征在于，所述判断初始分簇网络中各簇的节点数量是否满足成员阈值判定条件，若否，则对各簇的节点数量进行调整，得到分簇网络，包括：
若目标簇中节点数量不满足成员阈值判定条件，则判断目标簇中节点数量是否小于Vmin，若是，则目标簇为小簇；若否，则目标簇为大簇；
若目标簇为小簇，则获取多个来自其他簇具有可接收的非簇头节点名单，
目标簇簇头根据通信延迟大小从低到高收入非簇头节点名单中的节点，直到小簇变为正常簇；
若目标簇为大簇，则获取多个来自其他簇具有可接收节点的簇头名单，获取目标簇内各非簇头节点距离目标簇簇头节点的通信延迟，并按照通信延迟从低到高排列，从簇头名单中按照上述顺序选取节点并将选取的节点加入该簇头节点所属簇，直到大簇变为正常簇。
8.一种区块协同存储方法，其特征在于，包括：
通过构建好的分簇网络中目标簇的簇头节点获取非簇头节点的存储空间及待存储区块的大小，其中，所述分簇网络通过权利要求1～7任一项所述的区块链分簇网络的构建方法进行构建；
根据获取到的存储空间及待存储区块的大小获取非簇头节点可存储的交易数目；
根据非簇头节点可存储的交易数目对待存储区块进行分组处理，获取与非簇头节点数量对应的交易包；
通过分簇网络中目标簇的簇头节点将交易包发送至各个非簇头节点。
9.根据权利要求8所述的区块协同存储方法，其特征在于，所述通过构建好的分簇网络中目标簇的簇头节点获取非簇头节点的存储空间，包括：
其中：Si表示目标簇I中第i个节点的存储空间大小；MI表示目标簇I中非簇头节点的数量；SI表示目标簇I中非簇头节点存储空间总和。
10.根据权利要求8所述的区块协同存储方法，其特征在于，所述根据获取到的存储空间及待存储区块的大小获取非簇头节点可存储的交易数目，包括：
计算目标簇的空间利用率：
其中：Sn表示目标簇簇头节点收到的待存储区块的大小；
为正整数，表示冗余存储的系数；
根据目标簇的空间利用率计算非簇头节点可存储的交易数目：
其中：B表示预设的交易大小。
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