伟德国际1946源自英国计算机系王璞巍副教授的论文被服务计算领域顶级期刊IEEE Transactions on Services Computing录用

近日，伟德国际1946源自英国计算系微服务与区块链团队题为《A Blockchain System for QoS Monitoring in Decentralized Edge Computing》的论文被IEEE Transactions on Services Computing (TSC)录用。论文的第一作者是王璞巍副教授，通讯作者是陈晋川副教授。IEEE TSC是IEEE服务计算领域顶级国际期刊和中国计算机学会(CCF)推荐的A类期刊。

论文题目：A Blockchain System for QoS Monitoring in Decentralized Edge Computing

论文作者：王璞巍，李浩然，付航，孙周星，陈晋川（通讯作者），杜小勇

研究背景：

在边缘计算中，分布式应用可以通过组合多个现有服务来迅速构建，但存在“服务雪崩效应”问题，就是一个服务的质量问题会导致调用该服务的其他服务出现问题，最终导致整个应用无法访问。因此，实时检测和定位有故障的服务是非常重要的。QoS（服务质量）监控是一种在运行时检测故障服务的有效方式。然而，在去中心化的边缘计算中，QoS监控会面临信任问题，例如数据篡改和推卸责任，因为缺少中心管理节点来保证监控结果的可信性。

当前的研究工作提出基于区块链在去中心化环境中实现QoS监控。区块链技术可以保证节点之间链上数据的一致性，然而仍然无法保证在区块链之外收集的监控数据是真实的。此外，QoS监控会产生大量的监控数据，为了及时处理服务故障，通常需要实时对区块链查询以获取监控数据。然而，由于区块链采用链式存储结构，在查询方面通常效率较低。因此，基于区块链的QoS查询面临两个挑战：一是如何保证监控数据的真实性？二是在监控数据不断写入区块链的同时，如何高效地查询区块链？

解决方案：

本文设计了一种面向QoS监控的区块链系统，将服务监控模块嵌入区块链节点之中形成监控节点，并将监控节点部署在靠近服务的边缘节点之上，由多个监控节点在运行时各自独立的收集QoS数据，再通过区块链共识机制实时整合各节点数据得到最终的监控结果。

恶意监控节点可能会报告虚假监控数据，如何保证监控数据的真实性？我们观察到，在很短的一个时间间隔内，诚实监控节点报告的监控数据在某种程度上会相似，而与恶意监控节点报告的虚假监控数据有所不同。基于这一观察，我们提出一种基于聚类的监控数据去中心化验证算法，与区块链共识机制结合，在各监控节点对监控数据的共识过程中验证监控数据的真实性。区块链在查询方面通常效率较低，如何高效的从区块链获取监控数据？QoS数据通常不是固定值，在运行期间会存在波动，我们认为即使从区块链接收到极少量不正确的QoS数据，QoS监控仍然可以良好运作。为了更好地权衡结果的精度和查询效率，我们提出了一种有概率阈值QoS查询，可以在运行时高效地从区块链获取QoS数据，同时保证查询结果的正确概率不低于给定的阈值。

最后，我们基于区块链平台Hyperledger Fabric和云边协同平台KubeEdge实现了一个系统原型。实验结果表明，该系统提供了高吞吐量和低延迟的监控能力，并且能够有效而高效地获取接近真实QoS数据的监控结果。