Consensus is becoming increasingly important in wireless networks. Partially synchronous BFT consensus, a significant branch of consensus, has made considerable progress in wired networks. However, its implementation in wireless networks, especially in dynamic ad hoc wireless networks, remains challenging. Existing wireless synchronous consensus protocols, despite being well-developed, are not readily adaptable to partially synchronous settings. Additionally, reliable communication, a cornerstone of BFT consensus, can lead to high message and time complexity in wireless networks. To address these challenges, we propose a wireless communication protocol called ReduceCatch (Reduce and Catch) that supports reliable 1-to-N, N-to-1, and N-to-N communications. We employ ReduceCatch to tailor three partially synchronous BFT consensus protocols (PBFT, Tendermint, and HotStuff) for seamless adaptation from wired to ad hoc wireless networks. To evaluate the performance of the ReduceCatch-enabled consensus protocols, we develop a three-layer wireless consensus testbed, based on which we implement 20 distinct consensus protocols and measure their latency and throughput. The experimental results demonstrate the superiority of the ReduceCatch-based consensus protocol in terms of latency and throughput.


翻译:共识机制在无线网络中的重要性日益凸显。部分同步BFT共识作为共识算法的重要分支,在有线网络中已取得显著进展。然而,其在无线网络特别是动态自组织无线网络中的实现仍面临挑战。现有的无线同步共识协议虽已较为成熟,但难以直接适配部分同步场景。此外,作为BFT共识基石的可靠通信机制,在无线网络中可能导致较高的消息复杂度与时间开销。为解决这些问题,我们提出了一种名为ReduceCatch(归约捕获)的无线通信协议,该协议支持可靠的一对多、多对一及多对多通信。我们运用ReduceCatch对三种部分同步BFT共识协议(PBFT、Tendermint和HotStuff)进行定制化改造,使其能够无缝适配从有线网络到自组织无线网络的迁移。为评估支持ReduceCatch的共识协议性能,我们构建了包含三层架构的无线共识测试平台,基于该平台实现了20种不同的共识协议,并测量其延迟与吞吐量。实验结果表明,基于ReduceCatch的共识协议在延迟和吞吐量方面均表现出优越性能。

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