मोबाइल ब्लॉकचेन एज कंप्यूटिंग से मिलता है: संसाधन प्रबंधन और अनुप्रयोग

विषय सूची

• 1. परिचय
• 2. मोबाइल ब्लॉकचेन के लिए एज कंप्यूटिंग
  • 2.1 Architecture Overview
  • 2.2 Proof-of-Work Offloading
• 3. आर्थिक संसाधन प्रबंधन
  • 3.1 गेम थ्योरी मॉडल
  • 3.2 प्राइसिंग मैकेनिज्म
• 4. प्रायोगिक परिणाम
  • 4.1 प्रदर्शन मापदंड
  • 4.2 सत्यापन
• 5. तकनीकी विश्लेषण
• 6. कोड कार्यान्वयन
• 7. भविष्य के अनुप्रयोग
• 8. संदर्भ

1. परिचय

Blockchain एक विकेन्द्रीकृत सार्वजनिक लेजर के रूप में कार्य करता है जो लेन-देन के रिकॉर्ड संग्रहीत करता है, जो केंद्रीकृत प्रणालियों की सीमाओं जैसे एकल-बिंदु विफलताओं और सुरक्षा कमजोरियों को दूर करता है। डेटा को एक लिंक्ड सूची में ब्लॉक के रूप में संरचित किया जाता है, जिसकी प्रतिलिपि नेटवर्क पर बनाई जाती है ताकि अखंडता सुनिश्चित हो सके। खनन, जिसमें प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) पहेलियाँ शामिल हैं, नए ब्लॉक जोड़ने के लिए आवश्यक है लेकिन इसके लिए पर्याप्त कम्प्यूटेशनल संसाधनों की आवश्यकता होती है, जो संसाधन-सीमित मोबाइल और IoT उपकरणों में अपनाने में बाधा उत्पन्न करता है। मोबाइल एज कंप्यूटिंग (MEC) नेटवर्क किनारों पर, जैसे बेस स्टेशनों पर, कंप्यूटिंग शक्ति प्रदान करके एक समाधान के रूप में उभरती है, जिससे कुशल PoW ऑफलोडिंग संभव होती है। यह एकीकरण Blockchain की मजबूती को बढ़ाता है और सहमति पुरस्कारों के माध्यम से मोबाइल उपयोगकर्ताओं के लिए प्रोत्साहन प्रदान करता है। हालाँकि, मूल्य निर्धारण और संसाधन आवंटन जैसी आर्थिक चुनौतियों के लिए गेम थ्योरी का उपयोग करके अनुकूलन की आवश्यकता होती है।

2. मोबाइल ब्लॉकचेन के लिए एज कंप्यूटिंग

एज कंप्यूटिंग मोबाइल नेटवर्क किनारों पर स्थानीय सर्वरों का उपयोग करके कम-विलंबता वाले अनुप्रयोगों को समर्थन देती है, जो 5G नेटवर्क के लिए महत्वपूर्ण है। ब्लॉकचेन के लिए, MEC मोबाइल उपकरणों को PoW पहेलियों को एज सर्वरों पर ऑफलोड करने की अनुमति देता है, जिससे ऊर्जा खपत कम होती है और भागीदारी बढ़ती है।

2.1 Architecture Overview

सिस्टम में मोबाइल माइनर्स, एज सर्वर और एक ब्लॉकचेन नेटवर्क शामिल हैं। माइनर्स वायरलेस लिंक के माध्यम से एज सर्वर को PoW कार्य प्रस्तुत करते हैं, और सर्वर ब्लॉक सत्यापन के लिए समाधान वापस लौटाते हैं। यह विकेंद्रीकृत दृष्टिकोण देरी को कम करता है और मापनीयता को बढ़ाता है।

2.2 Proof-of-Work Offloading

PoW involves finding a nonce that produces a hash below a target value: $H(block \| nonce) < target$. Offloading this to edge servers saves mobile resources, with the hash function computed as $H(x) = SHA256(x)$.

3. आर्थिक संसाधन प्रबंधन

एक आर्थिक मॉडल एज प्रदाताओं और खनिकों के बीच संसाधन आवंटन को अनुकूलित करता है।

3.1 गेम थ्योरी मॉडल

A Stackelberg game models interactions: the provider sets prices, and miners adjust computing demand. The provider's profit is $\pi_p = p \cdot d - C(d)$, where $p$ is price, $d$ is demand, and $C$ is cost. Miners maximize utility $U_m = R - p \cdot d$, with $R$ as block reward.

3.2 प्राइसिंग मैकेनिज्म

डायनामिक मूल्य निर्धारण आपूर्ति और मांग को संतुलित करता है, जो वायरलेस नेटवर्क [9] में उपयोग की जाने वाली तकनीकों के समान है। उदाहरण के लिए, [10] सहकारी संचार के लिए मूल्य निर्धारण का उपयोग करता है, जिसे यहां कंप्यूटिंग संसाधनों के लिए अनुकूलित किया गया है।

4. प्रायोगिक परिणाम

प्रयोगों ने प्रस्तावित ढांचे को मान्य किया।

4.1 प्रदर्शन मापदंड

मुख्य मेट्रिक्स में ऊर्जा बचत, विलंबता और माइनिंग सफलता दर शामिल हैं। PoW ऑफलोडिंग स्थानीय कम्प्यूटेशन की तुलना में मोबाइल ऊर्जा उपयोग को 70% तक कम करती है।

4.2 सत्यापन

एक प्रोटोटाइप दर्शाता है कि एज कंप्यूटिंग PoW समाधान समय को 50% कम कर देती है, जिससे इष्टतम मूल्य निर्धारण के तहत खनिकों को उच्च पुरस्कार प्राप्त होते हैं। चार्ट मांग बनाम मूल्य वक्र और ऊर्जा दक्षता लाभ को दर्शाते हैं।

5. तकनीकी विश्लेषण

यह शोधपत्र ब्लॉकचेन और एज कंप्यूटिंग के मध्य सेतु निर्मित करते हुए PoW की संसाधन गहनता को संबोधित करता है। पारंपरिक मॉडलों से भिन्न, यह आर्थिक प्रोत्साहनों को समाहित करता है, जो CycleGAN जैसे विकेंद्रीकृत तंत्रों की प्रवृत्तियों के अनुरूप है [11]। गेम-थियोरेटिक दृष्टिकोण निष्पक्षता सुनिश्चित करता है, जैसा कि फ़ेडरेटेड लर्निंग अध्ययनों में देखा गया है [12]। गणितीय सूत्रीकरण, जैसे $U_m = R - p \cdot d$, संसाधन आवंटन के लिए एक स्केलेबल रूपरेखा प्रदान करते हैं। प्रयोग व्यावहारिक लाभ प्रदर्शित करते हैं, किंतु गतिशील वातावरणों में चुनौतियाँ बनी हुई हैं। क्लाउड-आधारित समाधानों की तुलना में, एज कंप्यूटिंग कम विलंबता प्रदान करती है, जो रीयल-टाइम IoT अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। MEC पर IEEE सर्वेक्षण जैसे बाहरी स्रोत [13], 5G और उसके बाद के लिए एकीकरण की संभावना का समर्थन करते हैं।

6. कोड कार्यान्वयन

PoW ऑफलोडिंग के लिए स्यूडोकोड:

function mineBlock(block_data, target):
  nonce = 0
  while True:
    hash = sha256(block_data + nonce)
    if hash < target:
      return nonce, hash
    nonce += 1

# Edge server handles request
edge_service(block, miner_id):
  result = mineBlock(block, TARGET)
  charge_fee(miner_id, PRICE)
  return result

7. भविष्य के अनुप्रयोग

संभावित अनुप्रयोगों में स्मार्ट सिटीज, सप्लाई चेन ट्रैकिंग और हेल्थकेयर IoT शामिल हैं। उदाहरण के लिए, एज-सक्षम ब्लॉकचेन रीयल-टाइम में मरीजों के डेटा को सुरक्षित कर सकता है। भविष्य के कार्य अनुकूली मूल्य निर्धारण और क्वांटम-प्रतिरोधी PoW एल्गोरिदम के लिए मशीन लर्निंग एकीकरण का पता लगा सकते हैं।

8. संदर्भ

1. कंटेंट डिलीवरी नेटवर्क्स, IEEE ट्रांजैक्शन्स, 2015.
2. स्मार्ट ग्रिड सिस्टम्स, ACM जर्नल, 2016.
3. ब्लॉकचेन में माइनिंग, Bitcoin Whitepaper, 2008.
4. मोबाइल एज कंप्यूटिंग, ETSI White Paper, 2014.
5. 5G नेटवर्क, 3GPP Standards, 2017.
6. वायरलेस नेटवर्क में मूल्य निर्धारण, IEEE Survey, 2010.
7. सहयोगात्मक संचार, IEEE Transactions, 2012.
8. CycleGAN, ICCV Paper, 2017.
9. Federated learning, Google Research, 2016.
10. IEEE MEC survey, 2019.