中科物缘第一作者区块链论文被顶级SCI刊物录用

近日,中科物缘焦臻桢博士为第一作者撰写的学术论文《A Blockchain based Computing Architecture for Mobile Ad-Hoc Cloud》被顶级SCI刊物IEEE Network录用。

该篇论文国内外首次阐述并论证了基于区块链构建物联网节点自组织云的关键理论及技术。

自组织云是多个物联网设备在本地自发组成计算资源池并进行计算协作和资源分享的一种计算范式。在弱网络覆盖或应用有超低时延需求等场景中,物联网节点往往无法依赖远端云服务提供及时的计算支持,此时,它们可利用本地组成自组织云的方式,借助身边其它设备的闲置资源协助自身更高效地完成计算任务。

例如,在无人驾驶场景中,实时的无人驾驶决策需要有强大的计算能力、海量的车间实时共享数据支持。然而单一无人车的计算能力有限,而云端或边缘端的远程支持又可能遭遇网络抖动、网络覆盖不均、网络时延过高等问题,都给无人驾驶带来了风险。又如,由多架无人机形成的无人机集群在任务执行区域内可能缺乏足够带宽的网络支持(比如敌占区、荒野、海上等),当需要执行人脸捕捉或态势识别等计算量较高的任务时,单无人机的计算能力可能难以高效支撑,而此时云端又不可用。在以上两个场景中,无人车、无人机均可以利用自组织云技术,就近与周围的设备形成协作资源池,最大化利用本地计算资源进行协作。即使在网络可用时,利用好本地化协作也能够降低云到端的响应延迟,降低主干网络和边缘服务器的压力,提升本地计算响应的速度和效率。

自组织云技术还可应用于油田、电网等偏远地区的监测覆盖场景,在这类场景中大量部署的监测设备一般是工作在弱网络覆盖下的边缘计算设备,对本地产生的海量数据进行处理后上传。然而,由于监测状态的多变性,这些设备可能遭遇突发的数据量暴涨,瞬时超越自身的处理能力,这会带来多样的风险。此时,如能采用自组织云资源池技术,就能动态提升本地处理能力,无须在日常情况下对设备和网络进行增容。

然而,现有自组织云技术存在不可忽视的安全及隐私风险,限制了其广泛应用。例如,在无人车场景中,身旁的车辆往往属于不同的人,现有技术无法确保它们完成安全可信且隐私的计算资源分享。

利用区块链技术解决物联网安全及数据隐私问题虽日益多见,但现有区块链技术仅可在Internet环境下构建安全计算环境,现有共识机制无法支持其在比Internet具有更强动态性的自组织网络条件下实现安全高效共识。

针对这一问题,论文提出基于区块链构建安全高效自组织云的计算框架。本文国内外首次对区块链在高动态自组网下的低效性问题进行了分析及量化,对区块链在自组网条件下的构建机理进行了分析,并提出以节点移动特性为依据的节点动态感知型共识机制。最后实验验证了该共识机制能够在保证安全性的前提下显著提升区块链在自组网条件下的TPS及打包效率。

IEEE Network为SCI一区刊物,影响因子7.503,在计算机领域中位居前列。该篇文章合作单位为中国科学院计算技术研究所数字经济产业研究院区块链中心、中国科学院大学等。

该篇文章被计算机领域顶级刊物录用,证明了中科物缘在区块链领域的原创理论与技术受到了学术界的高度认可,也体现了中科物缘在区块链领域尤其是区块链与物联网融合技术领域的领先性。

图片来源于网络

以下为原文摘要:

Abstract: Mobile ad-hoc cloud can exploit the computing resources (e.g., smartphones, vehicles, and unmanned systems) scattered in mobile environment to form a self-organized ad-hoc local resource pool for providing opportunistic computing services. However, the highly dynamic and distributed characteristics of mobile ad-hoc network environment bring great challenges in privacy and security in such opportunistic resource sharing. In this article, we first discuss the attractive features of blockchain for providing such resource sharing services in mobile ad-hoc network environment in a secure and trustful way and then discuss the problems caused when using existing consensus protocols in such environment. We accordingly devise a blockchain based trustful mobile ad-hoc cloud architecture, AdChain cloud. We describe the functions at different layers in this architecture, including network layer, blockchain layer, and smart contract layer. To adapt to the high dynamics of mobile ad-hoc network environment, we design a stability-aware consensus protocol at the blockchain layer. Simulation results show that our solution can achieve improved performance as compared with existing work.