基于区块链的物联网云平台演进

基于区块链的物联网云平台演进

1. 物联网云平台水平可扩展能力非常重要。

5G网络将带来海量设备和传感器接入云端平台,云端平台是否准备好迎接这样的数据涌入?在传统物联网云平台上, 如下图所示:规则引擎正尝试实时处理设备和传感器上报的数据,监控指标是否超过阀值,比如PM2.5, 温度,角度,震动频率,振幅,冲击力加速度等指标,假如超过阀值则触发报警和应急预案的联动等。在目前集中化的云平台模型中,我们发现很难做到海量数据的实时处理,规则引擎的弹性也很难自动地扩展,去应对飞快的设备和传感器数量上的增长,实时处理很难达到。


物联网业界也开始在探讨边缘化计算(edge computing),以获得对海量数据的实时处理。目前由Linux基金会牵头的https://www.edgexfoundry.org/这个领域引领着创新和制定一些列标准。比如他们尝试把计算逻辑分布到具有计算能力的边缘节点上,比如传感器和设备的网关节点,把规则引擎部署到网关节点,这样能获得更好的实时处理效果。但由于各种原因,目前来看,他们很难推动各家设备厂商统一标准、达成共识。

2. 区块链--可能的选项。

经过1年多对区块链1.0、2.0以及3.0的发展趋势的研究,我们认为区块链网络可能成为物联网云平台的基础设施,提供一个去中心化的物联网云平台解决方案。

在区块链2.0时代,以以太坊为代表,在区块链p2p网络上面,人们引入了智能合约(smart contract)和去中心化应用(de-centralized application),构建了一个去中心化的计算模型。智能合约通过solidity语言编写,运行在p2p网络节点中沙盒中(又称以太坊虚拟机),具备数据持久化和处理外部请求的能力,而且他还能通过标准的web3.eth.Contract API接口与外界的去中心化应用(DApp)交互。

任何人或者设备,只要拥有合法的椭圆曲线密钥对都可以接入区块链网络,通过Application Binary Interface接口和智能合约交互。比如调用智能合约接口存放数据。一旦数据变化满足智能合约中定义的条件,即可激发事件来通知事件订阅者(DApp)来执行相应的联动。

让我们大胆想象一下,假如让设备网关节点接入规模庞大的区块链p2p网络,就不再需要传统的物联网云平台负载均衡集群,适配器集群,分布式消息队列等组件。

在区块链基础上,我们尝试用智能合约和Dapp来实现规则引擎:物联网云平台管理智能合约、DApp的发布和生命周期管理。合约管理器和DApp管理器可以远程部署合约、Dapp到区块链网络和DApp容器集群。 设备网关通过ABI (Application Binary Interface)接口调用合约功能来向合约上报状态数据,在区块链p2p网络中的合约接受数据并做规则引擎计算,一旦发现满足条件的状态,则通过web3.eth.Contract

API 事件接口向事件订阅者(容器集群中的DApp)发送事件,由DApp完成后续的报警和联动操作。

具体如下图所示:



3. 担忧

目前区块链网络的TPS (每秒的事务量)还是一个挑战,其核心的瓶颈在于分布式共识算法。区块链网路的性能能否满足IoT的需求?

其实最为分布式系统,不仅仅有CAP模型。在区块链网络中,我们也看到了分布式共识算法在3个要素之间相互权衡:安全性,可扩展性和性能。关键在于使用者自己怎么权衡,去挑选一个适合自己业务场景的区块链平台,目前也有很高TPS的平台。


 

4. 价值

这套方案还是有他的价值。我们可以看到从比特币网络,到以太坊,到EOS, 再到bitshares 2.0区块链网络,分布式共识一直是创新的集中点,它快速地提高了区块链网络的TPS,当然每次的改进都伴随着可接受的安全上面的牺牲。我们也看到博弈论在这方面的应用,带有惩罚性的机制,使得安全的牺牲控制在可接受的范围之内。另外一些新型的分布式共识算法正在实现当中,比如闪电网络和network sharding等。

相信在不久的将来,区块链网络可以成为万物互联的基础设施,在物联网网络中提供去中心化的计算模型。而且可以推广到不同的云平台,提供去中心化的计算模型。


原文出自我的LinkedIn:https://www.linkedin.com/pulse/blockchain-de-centrailized-computing-option-iot-cloud-chen/

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