基于区块链的云制造系统资源与服务优化控制

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如何保证云制造系统中制造资源的可信性,以及云服务数据的安全性等问题已成为云制造发展的制约瓶颈。区块链作为去中心化的虚拟货币支撑技术,具有安全可靠、防篡改、公开透明等优势,依靠共识算法、智能合约以及加密技术,实现了弱信任环境下的安全可靠交易。将区块链应用到云制造系统必然有助于解决其瓶颈问题,提高云制造系统的数据安全和可信服务。针对云制造系统中区块链应用方法问题,论文主要从云制造资源匹配、云制造时延模型以及云制造共识算法展开研究,具体研究内容包括:(1)针对云制造平台集中化诱发的数据安全问题,提出了一种基于区块链的云制造资源分配方法。该方法使用椭圆曲线数字签名算法对制造资源发布和匹配过程进行认证,通过智能合约将处理结果记录到区块链中,设计了制造资源校验合约和交易合约,并研究了在去中心化的机制下,制造资源供应商和资源需求方针对资源供需的Stackelberg博弈问题。在Remix上使用Solidity对所设计的智能合约进行验证,并在MATLAB R2016b对博弈算法进行仿真,仿真结果表明,本文提出的方法可以为虚拟化的制造资源交易提供一种安全可靠的保障,供应方和需求方的博弈可以达到纳什均衡。(2)针对云制造系统中区块链时延模型并降低区块链带来的时延开销问题,提出一种新型的云制造系统区块链模型,在典型云制造系统架构的服务层中引入区块链服务。将制造服务请求在区块链服务的排队时延过程分解为缓冲阶段和共识阶段,使用M/M/1排队模型分析系统指标。提出一种自适应难度值机制,优化不同算力的节点参与共识的机会。研究了节点收益与节点服务率的关系。仿真结果表明,基于M/M/1排队模型可以正确反映云制造系统的请求排队时延过程;引入自适应难度值后,算力小的区块链节点有更大的机会挖矿成功,且节点的收益与其服务率呈正相关。(3)针对云制造系统中区块链共识问题,提出一种面向云制造节点Qo S的DPo S共识算法。该算法选取云制造节点的可用性、可靠度、信誉度、服务能力、服务成本等指标作为计算节点服务质量的参考依据。节点通过自身的服务质量获得相应票数,进行互相投票,选择参与共识的云服务节点,并通过Leaderrank算法选出认可度较高的节点。综合节点的服务质量及获得的票数确定一定数量的共识节点,负责云制造系统中区块链共识服务。对比主流的区块链共识算法,该算法具有较低的消息冗余以及较高的公平性。
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