[发明专利]一种物联网环境下负载均衡的层次化区块链

说明书

本发明公开了一种物联网环境下负载均衡的层次化区块链，通过将账本数据和索引记录分开存放，将存储节点划分为规模较小的多个存储层，由共识索引层的节点通过自动负载均衡策略动态决定记录物联网终端数据的存储层小型区块链位置；而共识索引层则形成顶层区块链，记录全网的数据索引信息；由于索引信息的规模远小于数据规模，而任意物联网终端只需要将数据存放在一个小规模的存储层区块链中，从而节约了存储空间，避免了大规模数据的账本拷贝在全网的重复发送和存储，解决了物联网环境下，短时间内传输大量相似或相同传感数据占用大量网络带宽资源的问题，同时该发明也极大地降低了服务器端对数据存储空间的开销，减少了服务器的存储压力。

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及一种物联网环境下负载均衡的层次化区块链。

背景技术

区块链技术作为一种分布式、无中心化的新型数据共享存储技术，具备全(交易/转移)过程记录、易于追踪溯源、抗交易抵赖等独特的优点。区块链已受到业界的普遍重视，不仅被应用于网络数字虚拟货币系统，而且被广泛应用在工业自动化管理、物流管理、金融、生物信息系统等领域，在诸多大型、分布式信息系统中引入了区块链技术都取得了良好的应用效果。

然而，传统的区块链技术需要将记账数据在全网发送，账本拷贝需要分布式存储在每一个存储节点，造成了存储和带宽资源的极大占用。尤其对于物联网这样的计算、存储，以及带宽资源有限的应用环境，难以承受区块链大数据量拷贝和传输带来的资源占用。因此，设计新型区块链结构，减少资源占用对于区块链在物联网环境下的广泛应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决物联网等资源受限的应用环境下，传统区块链技术在网络中的冗余数据拷贝过多，存储和网络带宽资源压力过大等问题而提供一种物联网环境下负载均衡的层次化区块链。本发明采用层次化的区块链结构，包括共识索引层和数据存储层，将数据检索和存储分开。共识索引层的每个节点保存一份索引账本，账本中记录了每个物联网终端数据所在的存储层地址，形成信息检索区块链；数据存储层形成多个规模较小的小型区块链，在其中存储物联网终端发送过来的数据；假设传统的区块链网络共有n个节点，则任意节点进行一次数据广播需要发送n-1份数据，进行一次全网数据同步则需要发送n*(n-1)份数据，如果涉及到中继转发，则发送的数据量会进一步增加。而利用本发明的层次区块链结构，设存储层的单个小型区块链的规模为n/10，则数据广播和全网数据同步需要发送的数据量约为原来的1/10和1/100。通过存储和索引分层，本发明可以达到有效降低网络传输数据量的目的。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种物联网环境下负载均衡的层次化区块链，包括共识索引层和数据存储层；

所述数据存储层用于存储物联网终端的数据账本，所述共识索引层中包括若干个节点，任意一个节点与相邻节点连接并与任一数据存储层连接，所述节点中存储有索引账本，所述索引账本包含了每一个物联网终端数据的索引信息；

用户通过查询共识索引层获得目标物联网终端数据账本所在的存储层地址，向其所在的存储层转发数据访问请求到对应的存储层区块链。

所述索引信息包括物联网终端id、存储层网络地址add、以及数据时间段。

进一步方案为，物联网终端注册流程包括：当有新的物联网终端r向共识索引层发出注册请求广播后，共识索引层中的每个节点向全网广播本索引节点所在的存储层负载，共识索引层全体节点通过对比其余节点广播的负载信息；基于负载均衡策略，当前负载最小的存储层区块链对应的共识索引节点s胜出，s将物联网终端r的标识r.id添加到s的终端列表，s所在的存储层区块链负责接收新注册物联网终端数据；同时s向共识索引层广播添加新的终端记录＜r.id，s.add消息，表示r的数据存储在s所在的存储层区块链中，收到消息的共识索引节点将＜r.id，s.add添加到本地的终端列表中。