面向区块链工作量证明的移动边缘卸载机制

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随着互联网技术的发展,移动设备已经成为我们工作生活必不可少的工具,保障移动应用的数据安全成为亟待解决的问题。作为一项有效的安全技术,区块链成为可行的解决方案。由于硬件的限制,移动设备无法承载区块链工作量证明所需的算力,移动边缘计算被提出用来解决这一问题。因此,如何设计一个有效的卸载机制,对异构的边缘计算资源进行分配,激励边缘服务提供商和移动设备参与资源市场交易,并在满足经济学性质的前提下最大化系统总效益,是本文的研究重点。本文提出了一种基于团购的组合双边拍卖边缘卸载模型对资源进行分配。通过团购机制吸引更多的移动设备参与利用边缘计算资源完成工作量证明任务,从而提高边缘服务器的资源利用率。在给定的无线接入网络中,本文提出的基于团购的组合双边拍卖边缘卸载模型的主要框架如下:第一阶段,矿工和边缘服务器分别向中间拍卖师提交各自的投标;第二阶段,中间拍卖师根据双方的投标在满足资源限制的前提下依次给矿工匹配边缘计算资源,并根据团购规则计算团购中矿工的折扣价格;第三阶段,矿工向边缘服务器支付相应的金额后,边缘服务器为矿工提供支持挖矿任务的计算资源服务。基于上述边缘卸载模型,本文设计了两种基于不同团购规则的贪心算法对资源进行分配,确保投标价格更高的矿工和边缘服务提供商将得到优先匹配。第一种团购规则基于阶跃函数,在以阶跃函数为团购规则的算法中,只有当一个矿工加入团购能使团购中矿工的数量正好达到阶跃值,该矿工才能触发折扣升级。第二种团购规则基于连续分段函数,在以连续分段函数为团购规则的算法中,每一个新加入团购的矿工都能触发折扣升级。本文还设计了一种基于Vickrey-Clarke-Groves拍卖的定价算法确定赢家的支付价格,并保证参与者的激励相容性。此外,本文还设计了一种自定义的禁忌搜索算法对基于阶跃函数的贪心算法进行优化。本文通过理论分析证明了设计的算法具有计算高效性,同时满足拍卖的三个经济学性质:预算平衡、个体理性和激励相容性。此外,仿真实验探索了禁忌搜索算法的参数邻域大小和迭代次数对系统总效益的影响,并在算法性能上与已有研究进行了对比。实验结果表明,与已有研究相比,当参与拍卖的矿工数量为500时,系统总效益提高了6倍,边缘服务器的利用率提高了1.5倍。
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