本發(fā)明屬于跨鏈分片調(diào)度，具體涉及一種基于dag的跨鏈分片調(diào)度方法。

背景技術：

1、隨著信息技術的飛速發(fā)展，區(qū)塊鏈技術作為一種去中心化的分布式賬本技術，在金融、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療保健等眾多領域展現(xiàn)出了巨大的應用潛力。然而，由于不同的區(qū)塊鏈平臺在系統(tǒng)架構、共識機制、智能合約語言以及應用場景等方面存在顯著差異，各個區(qū)塊鏈之間形成了相對獨立的數(shù)據(jù)和資產(chǎn)孤島，嚴重限制了區(qū)塊鏈技術的廣泛應用和協(xié)同發(fā)展?？珂溂夹g應運而生，它致力于打破區(qū)塊鏈之間的壁壘，實現(xiàn)不同區(qū)塊鏈之間的信息交互、資產(chǎn)轉移和業(yè)務協(xié)同，從而提升區(qū)塊鏈的互操作性和可擴展性。跨鏈技術的發(fā)展對于構建一個更加開放、互聯(lián)和高效的區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)具有至關重要的意義。

2、事務并行化在最近的區(qū)塊鏈研究中被廣泛討論，可以顯著的提高區(qū)塊鏈系統(tǒng)的可擴展性，尤其是分片技術，作為一種有效的可擴展性解決方案，被廣泛應用于區(qū)塊鏈系統(tǒng)中。通過將區(qū)塊鏈網(wǎng)絡劃分為多個分片，每個分片可以獨立地處理部分交易和狀態(tài)信息，從而提高系統(tǒng)的整體吞吐量和處理能力。

3、在跨鏈系統(tǒng)中引入分片技術，不僅有助于提升跨鏈交易的處理效率，還可以緩解系統(tǒng)的性能瓶頸。然而，跨鏈系統(tǒng)中的分片技術也面臨諸多挑戰(zhàn)。由于跨鏈交易涉及多個區(qū)塊鏈之間的交互和協(xié)調(diào)，事務之間存在復雜的依賴關系。這些依賴關系需要在分片過程中得到妥善處理，以確保跨鏈交易的正確性和一致性。此外，動態(tài)的跨鏈交易環(huán)境要求分片技術能夠?qū)崟r適應交易的變化，并高效地調(diào)度事務到合適的分片上進行處理。在跨鏈系統(tǒng)中，如何高效地處理大量的跨鏈交易是一個關鍵問題。隨著區(qū)塊鏈應用的不斷擴展，跨鏈交易的數(shù)量和復雜性都在迅速增加，傳統(tǒng)的事務處理方法已經(jīng)難以滿足系統(tǒng)的性能要求。

4、中國專利公開了（申請?zhí)枮椋?02410988820x）一種基于wpr圖算法的分片區(qū)塊鏈交易分配方法，包括為：用戶創(chuàng)建交易信息并進行簽名確認，交易信息包括相關交易數(shù)據(jù)、分片隊列負載信息和宏觀時效性參數(shù)；驗證節(jié)點接收到交易后，執(zhí)行合法性校驗，確認交易不存在簽名無效、余額不足或雙重花費等問題；在交易通過驗證后，節(jié)點會獲取前驅(qū)交易信息以及宏觀時效性參數(shù)，用于后續(xù)的分片分配；系統(tǒng)使用wpr圖算法計算交易的分片匹配度，通過分析前驅(qū)交易及其相鄰節(jié)點的引用信息，結合時效性參數(shù)，得出交易在各個分片的適應度；根據(jù)匹配度和各分片的負載情況，系統(tǒng)對分片進行排序，選取最優(yōu)的分片進行交易分配；交易被發(fā)送至目標分片，完成驗證和記錄，并將此次分配的狀態(tài)信息反饋至區(qū)塊鏈系統(tǒng)，確保系統(tǒng)實時更新。

5、中國專利公開了（申請?zhí)枮椋?023109758004）基于dag區(qū)塊鏈系統(tǒng)的交易執(zhí)行方法、裝置及存儲介質(zhì)，包括為：從交易池中提取各交易，并生成用于表示各所述交易之間的依賴關系的交易依賴圖；消除所述交易依賴圖中的環(huán)依賴關系，得到無環(huán)依賴圖以及依賴關系表；消除所述無環(huán)依賴圖中的依賴關系，并以所述依賴關系表中存在依賴關系的交易間隔最大化為目標生成安全交易序列；基于所述安全交易序列以及所述依賴關系表，并行執(zhí)行不在所述依賴關系表中的交易，按照所述依賴關系執(zhí)行在所述依賴關系表中的交易。

6、綜上所述，如何解決入侵檢測邊界模型對人體入侵檢測最大距離的估計問題，從而提高入侵檢測邊界模型的準確度是本發(fā)明想要解決的技術問題。

7、一種基于wpr圖算法的分片區(qū)塊鏈交易分配方法專利存在以下不足：

8、1、沒有充分考慮多個跨鏈交易之間復雜的依賴性，可能會導致多個交易之間產(chǎn)生復雜的相互依賴性，可能會出現(xiàn)交易延遲、阻塞或跨鏈事務沖突的情況，影響系統(tǒng)的整體性能和吞吐量；

9、2、區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中的交易負載是動態(tài)變化的，某些分片在不同時間可能承受不同的交易壓力；缺乏動態(tài)的負載調(diào)節(jié)機制，可能會導致某些分片負載過重，而其他分片相對閑置，影響系統(tǒng)整體并行性；

10、3、計算復雜度較高，特別是在大規(guī)模分片區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，影響實時交易分配的效率。

11、基于dag區(qū)塊鏈系統(tǒng)的交易執(zhí)行方法、裝置及存儲介質(zhì)的專利申請存在以下不足：

12、1、在全局最優(yōu)的交易調(diào)度方法上仍然有所欠缺，難以保證全局最優(yōu)解，特別是在高依賴、復雜依賴關系的環(huán)境下，可能導致次優(yōu)解的出現(xiàn)；

13、2、現(xiàn)實中區(qū)塊鏈交易依賴關系往往是動態(tài)變化的，尤其是在高并發(fā)場景下，交易的順序和依賴可能會在執(zhí)行過程中發(fā)生變化，靜態(tài)調(diào)度算法無法適應這種動態(tài)變化，可能會在處理復雜的、動態(tài)變化的依賴關系時遇到瓶頸；

14、3、無法精確控制并行執(zhí)行的順序和依賴的解耦。

15、綜上所述，如何解決跨鏈交易中存在事務阻塞以及跨分片通訊開銷問題，優(yōu)化吞吐量，減少跨分片數(shù)量，從而提高跨鏈系統(tǒng)的整體運行效率。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于dag的跨鏈分片調(diào)度方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的：一種基于dag的跨鏈分片調(diào)度方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

3、步驟s1：定義跨鏈交易及其內(nèi)部子事務依賴關系，構建交易依賴圖dag模型；

4、步驟s2：采用基于出度的節(jié)點選擇算法，設置優(yōu)先級隊列，從有向圖中無前序的節(jié)點里挑選優(yōu)先級高的節(jié)點進行調(diào)度；

5、步驟s3：采用fast-mcts算法將模擬節(jié)點分配到最佳的分片，以最小化跨分片通信數(shù)量和延遲；

6、步驟s4：將fast-mcts算法產(chǎn)生最優(yōu)調(diào)度隊列反饋至動態(tài)dag圖中執(zhí)行調(diào)度操作，采用ods-bfs調(diào)度算法對動態(tài)dag進行遍歷，優(yōu)先處理出度較高的節(jié)點。

7、優(yōu)選的，所述步驟s1中定義跨鏈交易及其內(nèi)部子事務依賴關系，構建交易依賴圖dag模型，具體操作為：

8、步驟s1-1：在定義跨鏈系統(tǒng)的交易中確定跨鏈事務；

9、跨鏈系統(tǒng)包括一個中繼鏈，中繼鏈包括若干個業(yè)務鏈，中繼鏈用于連接和協(xié)調(diào)多個業(yè)務鏈，業(yè)務鏈負責處理其內(nèi)部的交易、智能合約執(zhí)行和業(yè)務邏輯，并通過跨鏈協(xié)議與中繼鏈進行協(xié)同，以實現(xiàn)與其他業(yè)務鏈之間的信息互通；

10、定義為注冊事務，為記錄事務，為確認事務，為跨鏈交易，在跨鏈系統(tǒng)的交易中，完成第i筆跨m個鏈的跨鏈交易，在中繼鏈上需要m+1個子事務進行驗證，驗證的事務包括注冊事務、記錄事務以及確認事務；

11、步驟s1-2：確定跨鏈事務之間的依賴關系；

12、所述依賴關系包括交易內(nèi)部子事務依賴、注冊事務順序依賴、跨鏈子事務間依賴以及確認事務順序依賴，交易內(nèi)部子事務依賴為在一筆跨鏈交易中完成的注冊事務、記錄事務以及確認事務需要按照時間順序依次執(zhí)行；

13、注冊事務順序依賴為中繼鏈上注冊事務的上鏈順序具有時序性，跨鏈子事務間依賴為業(yè)務鏈的交易信息記錄在中繼鏈進行確認后該業(yè)務鏈才可以執(zhí)行下一筆轉入或轉出交易，確認事務順序依賴為中繼鏈上確認事務需要檢測跨鏈交易全部結束，才繼續(xù)對下一筆跨鏈交易進行確認；

14、步驟s1-3：根據(jù)依賴關系動態(tài)構建跨鏈事務依賴圖，形成dag圖。

15、優(yōu)選的，所述步驟s1-3中根據(jù)依賴關系動態(tài)構建跨鏈事務依賴圖，形成dag圖，具體操作為：

16、定義有向圖表示dag任務模型，其中，為節(jié)點集，為邊集；每個節(jié)點代表dag中的一個事務，每個有向邊指定一個執(zhí)行順序，節(jié)點只能在前序節(jié)點完成后完成，定義表示前序節(jié)點集合，前序節(jié)點集合為所有直接指向節(jié)點的前序節(jié)點，，確保所有前序節(jié)點完成調(diào)度和執(zhí)行：

17、；

18、；

19、；

20、其中，表示系統(tǒng)執(zhí)行到前序節(jié)點時的時間；表示前序節(jié)點的執(zhí)行時間，代表系統(tǒng)執(zhí)行結束前序節(jié)點的時間，表示節(jié)點的執(zhí)行時間；為系統(tǒng)執(zhí)行結束節(jié)點所用的時間；

21、根據(jù)跨分片通訊，在跨分片交易中，需要確保多個分片之間的數(shù)據(jù)和狀態(tài)保持一致，對于每個節(jié)點每個分片，計算將節(jié)點調(diào)度到第個分片時的增量跨分片交易：

22、；

23、其中，表示前序節(jié)點所在的第個分片，表示節(jié)點被調(diào)度到的第個分片，表示前序節(jié)點和不在同一分片，表示節(jié)點在跨分片通訊時間內(nèi)緊跟著前序節(jié)點執(zhí)行。

24、優(yōu)選的，所述步驟s2中采用基于出度的節(jié)點選擇算法，設置優(yōu)先級隊列，從有向圖中無前序的節(jié)點里挑選優(yōu)先級高的節(jié)點進行調(diào)度，具體操作為：

25、定義啟發(fā)式評估函數(shù)，表現(xiàn)形式如下：

26、；

27、其中，為權重系數(shù)1，為權重系數(shù)2，為節(jié)點預估的執(zhí)行時間，為出度，節(jié)點出發(fā)的有向邊數(shù)量，出度越大，表示節(jié)點后續(xù)關聯(lián)的事務越多，在調(diào)度中的重要性越高；

28、每當有新節(jié)點加入dag圖時，立即計算出度、執(zhí)行時間以及依賴關系復雜度，利用啟發(fā)式評估函數(shù)計算其優(yōu)先級，再將節(jié)點及其優(yōu)先級信息插入到優(yōu)先級隊列中。

29、優(yōu)選的，所述步驟s3中采用fast-mcts算法將模擬節(jié)點分配到最佳的分片，fast-mcts算法將模擬節(jié)點分配到最佳分片分為四個階段：四個階段包括選擇階段、擴展階段、模擬階段以及反向傳播階段，具體操作為：

30、選擇階段：將當前選擇的節(jié)點作為根模擬節(jié)點，記錄當時各個分片的負載情況，從根模擬節(jié)點開始，根模擬節(jié)點代表初始狀態(tài)，所有任務未被分配到任何分片，逐步深入搜索直到到達一個未擴展的模擬節(jié)點或葉子模擬節(jié)點；

31、計算uct值，選擇具有最高值的子模擬節(jié)點，并重復該過程，直到到達一個未完全擴展的模擬節(jié)點或葉子模擬節(jié)點，uct表達式如下：

32、；

33、其中，是mcts子模擬節(jié)點的累獎勵值，是mcts父節(jié)點的訪問次數(shù)，是mcts子模擬節(jié)點的訪問次數(shù)；為選擇已知獎勵較高的模擬節(jié)點；為mcts平衡探索參數(shù)；為選擇訪問次數(shù)較少的模擬節(jié)點。

34、優(yōu)選的，所述擴展階段中將擴展的蒙特卡洛樹簡化為一個二叉樹，縮小動作的隨機性，每次擴展兩個子模擬節(jié)點，分別為不跨分片和隨機一個mcts虛擬分片時負載最小分片的模擬節(jié)點；

35、基于新狀態(tài)創(chuàng)建新的mcts模擬節(jié)點，并將其添加到當前模擬節(jié)點的子模擬節(jié)點集合中。

36、優(yōu)選的，所述模擬階段中擴展的兩個模擬節(jié)點進行模擬事務分配，隨機選擇一個負載較小的分片將模擬進行分配，擴展的子模擬節(jié)點根據(jù)自身的模擬分片情況，按照模擬調(diào)度的分片在模擬分片中更新模擬事務執(zhí)行時間與模擬跨分片通訊時間，將模擬的系統(tǒng)最大時間當做獎勵值，并將時間作為負值：

37、；

38、其中，表示父模擬節(jié)點的執(zhí)行時間，表示模擬節(jié)點執(zhí)行事務的平均時間，為模擬節(jié)點所在的第個分片，為跨分片通訊時間，為將模擬節(jié)點調(diào)度到分片時的增量跨分片交易。

39、優(yōu)選的，所述反向傳播階段將模擬結果反向傳播到所有經(jīng)過的節(jié)點，逐層向上回溯，更新沿途節(jié)點的訪問次數(shù)和價值，具體為：

40、每個模擬節(jié)點的訪問次數(shù)增加1，若沒有達到迭代次數(shù)m則返回選擇階段繼續(xù)執(zhí)行，迭代次數(shù)結束，生成調(diào)度策略，從葉子模擬節(jié)點遍歷到根模擬節(jié)點，翻轉路徑，找出最佳的調(diào)度方案。

41、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下改進及優(yōu)點：

42、1、通過動態(tài)dag圖對跨鏈事務進行建模，捕捉不同事務之間的依賴關系，確保事務按依賴順序執(zhí)行，避免跨鏈交易過程中出現(xiàn)的回滾概率。

43、2、通過基于出度的動態(tài)dag調(diào)度算法優(yōu)先處理依賴關系密集的事務，將出度較大的節(jié)點優(yōu)先調(diào)度，確保與更多事務依賴的事務能更早執(zhí)行，減少系統(tǒng)的阻塞時間，從而降低了因跨分片通信引起的延遲問題，確?？珂溄灰啄軌蚩焖俚玫酱_認。

44、3、通過調(diào)整蒙特卡洛搜索樹算法，蒙特卡洛搜索樹算法；同時，通過將有依賴關系的事務盡量調(diào)度到同一分片上，降低了跨分片事務的沖突，能夠適應不同規(guī)模的分片數(shù)量，無論在少量分片還是大規(guī)模分片的環(huán)境下，都能保持較低的跨分片比率和較高的吞吐量。