(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211076222.2 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 中国石油大 学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西 路66号 (72)发明人 曹绍华　詹子俊　代聪聪　张卫山　 吴春雷　王雷全　 (51)Int.Cl. H04L 67/10(2022.01) H04L 67/566(2022.01) H04L 9/32(2006.01) H04L 9/40(2022.01) (54)发明名称 一种在云雾协同环境启用双区块链的任务 调度方法 (57)摘要 本发明基于云雾协同卸载环境不完全可信 的特征， 结合双区块链(Double  Blockchain， DBC)技术提出了一种时延敏感且节能地物联网 (Internet  of Things， IoT)任务调度方法。 首 先， 考虑到IoT系统 高吞吐量的特性， 采用基于权 威证明(Proof  of Authority， PoA)和基于工作 证明(Proof  of Work， PoW)的思想， 设计一种适 用于IoT任务调度系统的共识策略。 然后， 权衡区 块链系统可伸缩性和安全性两方面， 提出基于 DBC的IoT任务调度架构。 最后， 结合半贪心和蚁 群系统算法提出了一种低时间复杂度的任务调 度方法， 达到在不完全可信环境下确保IoT任务 及时响应的同时优化系统能耗的目标。 权利要求书3页 说明书5页 附图4页 CN 115442370 A 2022.12.06 CN 115442370 A 1.一种在云雾协同环境启用 双区块链的任务调度方法， 其特征在于： 包括任务调度架 构模块、 双区块链共识和维护模块以及任务调度方法模块， 其中： 1)任务调度架构模块， 用于提供和确定物联网(Internet  of Things， IoT)任务的卸载 环境； 2)双区块链共识和维护模块， 用于保证任务调度环境的安全性以及增强任务调度环境 的可伸缩性； 3)任务调度 方法模块， 可以在短时间内确定大量IoT任务和计算节点的映射关系， 从而 在满足IoT任务响应时间要求的前提下优化任务调度环境的总能耗。 2.如权利要求1所述的在 云雾协同环境启用双区块链的任务调度方法， 其特征在于： 所 述任务调度架构模块包括产生待卸 载任务的各类IoT设备、 确定任务和计算节点映射关系 的智能网关、 多个异构节点共存且不完全可信任的雾计算环境、 计算资源丰富且可信任的 云计算环境以及维护任务调度环境的双区块链， 其中： 双区块链由信息区块链和信誉 区块 链共同组成， 并且都由雾计算节点产生、 共识和验证； 由于信息区块链占用存储资源相对较 多， 所以将其存放于云上， 将信誉区块链存放于各个雾节点和智能网关。 3.如权利要求1所述的在 云雾协同环境启用双区块链的任务调度方法， 其特征在于： 所 述双区块链共识和维护模块包含计算节点职责划分模块、 区块生成节点选择模块、 区块生 成模块、 区块链维护模块和区块随机验证模块模块， 其中： 计算节点职责划分模块， 先依据每个雾节点的信誉值过滤筛选出有效雾节点， 然后有 效雾节点依据自己的工作量证明进 行投票， 并选择 投票排名前K个雾节 点作为leader节点， 其余节点作为 worker节点； 区块生成节点选 择模块， 从leader节点中随机选 择一个节点作为信息区块生成节点FI， 选择距离FI最近的雾节点作为信誉区块 生成节点FR； 区块生成模块， 用于生成信息区块和信誉区块并根据区块生成的数量进行leader节点 轮换， 从而 使得每个节点都有机会生成区块； 区块链维护模块， 用于维护 信息区块和信誉区块； 区块随机验证模块， 用于验证已产生的信誉区块并基于该模块使得leader节点和 worker节点轮流 替换。 4.如权利要求3所述的在 云雾协同环境启用双区块链的任务调度方法， 其特征在于： 所 述区块生成模块包括以下步骤： 步骤1， FI从交易缓存池中选 择一定量的IoT任 务调度过程数据进行打包 生成信息区块， FI进行签名并将其工作量证明清零； 步骤2， 信息区块经过验证后， 先转发于FR进行映射绑定， 然后FR根据信息区块中的交易 数据以及本地存 储的信誉区块链中的最 新历史数据计算 生成信誉区块； 步骤3， 当生成了N(N>K)个区块后， 执行计算节点职责划分模块重新划分各节点的职 责， 以便于每个节点都有一定 机会生成信息区块。 5.如权利要求3所述的在 云雾协同环境启用双区块链的任务调度方法， 其特征在于： 所 述区块链维护模块包括以下步骤： 步骤1， 信息区块生成后， leader节点针对该区块进行共识验证， 验证通过后leader节 点进行签名确认并添加至云上的信息区块链中， 若全部leader节点都验证失败则通知FI重权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115442370 A 2新打包生成信息区块； 步骤2， 信誉区块生成后， leader节点进行验证， 验证通过并签名后， 所有网络节点将该 信誉区块添加至本地信 誉区块链中， 若全部leader节点都验证失败则通知FR重新生成信 誉 区块。 6.如权利要求3所述的在 云雾协同环境启用双区块链的任务调度方法， 其特征在于： 所 述区块随机验证模块包括以下步骤： 步骤1， 为保证worker节点的合法权益以及获取工作量证明， worker节点随机检查已生 成的信息区块； 步骤2， 如果worker节点发现信息区块异常， 上报当前leader节点进行复审， leader节 点重新验证该信息区块， 若确认该信息区块为非法区块， 将该信息区块生成节点列入黑名 单； 步骤3， Worker节点验证区块即可获取工作量证明， 若成功检测非法信息区块获得额外 工作量证明。 7.如权利要求1所述的在 云雾协同环境启用双区块链的任务调度方法， 其特征在于： 所 述任务调度方法模块包含基于信誉的优先级感知 任务调度模块、 恶意节点检测模块和加速 蚁群系统算法模块， 其中： 基于信誉的优先级感知任务调度模块， 用于在区块链冷启动初期进行有 效地任务调度 以及信誉值管理； 恶意节点检测模块， 当经历若干轮次基于信誉的优先级感知任务调度模块后， 由于恶 意节点信誉值降低， 正常节点信誉值稳定， 所以可检测出恶意节点； 加速蚁群系统算法模块， 通过卸载 决策构建方法确定 高质量任务调度方案后进行迭代 探索。 8.如权利要求7所述的在 云雾协同环境启用双区块链的任务调度方法， 其特征在于： 所 述基于信誉的优先级感知任务调度模块包括以下步骤： 步骤1， 智能网关先将所有缓存待处理的IoT任务依据响应时间进行非递减排序， 从而 使得响时间要求 严格的任务优先被执 行； 步骤2， 智能网关将可按时完成当前I oT任务的计算节点添加至集 合SL中； 步骤3， 若SL不为空则依据信誉区块链中各节点的信誉值依据轮盘选 择法随机选 择节点 进行卸载； 步骤4， 若SL为空则从所有计算节点中随机 选择节点进行卸载； 步骤5， 当所有I oT任务调度结束后， 由双区块链进行维护当前任务调度环境。 9.如权利要求7所述的在 云雾协同环境启用双区块链的任务调度方法， 其特征在于： 所 述加速蚁群系统算法模块包括以下步骤： 步骤1， 智能网关先将所有缓存待处理的IoT任务依据响应时间进行非递减排序， 从而 使得响时间要求 严格的任务优先被执 行； 步骤2， 通过恶意节点检测模块预测卸载环境中的恶意节点 集合PL； 步骤3， 修 订智能网关中PL各节点的缓存信息； 步骤4， 智能网关将可按时完成当前I oT任务的计算节点添加至集 合SL中； 步骤5， 若SL不为空， 参照蚁群系统算法的节点选 择思想， 以系统能耗增量作为启发信息权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115442370 A 3