[發(fā)明專利]基于合作博弈的云下行任務(wù)邊緣節(jié)點(diǎn)資源分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110570431.1
• 申請(qǐng)日: 2021-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN113037876B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭得科;羅來(lái)龍;姚晨蝶;李欣奕;鄭龍;吳亞輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/08
• 分類號(hào): H04L29/08;H04L12/24
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 曾志鵬

本發(fā)明公開了一種基于合作博弈的云下行任務(wù)邊緣節(jié)點(diǎn)資源分配方法，通過(guò)將云下行任務(wù)建模為重疊聯(lián)盟從而形成博弈，然后采用合作博弈的思想來(lái)激勵(lì)邊緣節(jié)點(diǎn)合作執(zhí)行云下行任務(wù)，形成多個(gè)云服務(wù)下行任務(wù)對(duì)應(yīng)的重疊聯(lián)盟，以實(shí)現(xiàn)資源分配均衡，從而避免資源集中在回報(bào)率高的任務(wù)上，造成回報(bào)率高的任務(wù)資源浪費(fèi)，回報(bào)率低的任務(wù)無(wú)法收集足夠多資源的現(xiàn)象。此外，本發(fā)明分析了博弈中邊緣節(jié)點(diǎn)的合作行為，根據(jù)其行為定義了一種邊緣節(jié)點(diǎn)交替操作，基于交替操作，提出了一種兩階段重疊聯(lián)盟構(gòu)造優(yōu)化算法，不斷通過(guò)邊緣節(jié)點(diǎn)提供資源的交替行為來(lái)，以求解邊緣節(jié)點(diǎn)在博弈中的策略，得到了近似最優(yōu)解。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及邊緣計(jì)算環(huán)境中云服務(wù)下行的合作，尤其涉及一種基于合作博弈的云下行任務(wù)邊緣節(jié)點(diǎn)資源分配方法。

背景技術(shù)

隨著5G技術(shù)的發(fā)展，近幾年來(lái)邊緣計(jì)算正在興起并得到蓬勃發(fā)展。通過(guò)將云服務(wù)從遠(yuǎn)程云下行到靠近終端用戶的網(wǎng)絡(luò)邊緣，邊緣計(jì)算具有多重優(yōu)勢(shì)：邊緣計(jì)算節(jié)約了用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)帶寬，緩解了網(wǎng)絡(luò)流量壓力，尤其是當(dāng)前流行的虛擬現(xiàn)實(shí)、視頻分析等數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用帶來(lái)的流量壓力；在邊緣計(jì)算中，終端用戶可以獲得時(shí)間敏感型應(yīng)用程序的即時(shí)響應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS）顯著提高；充分利用邊緣節(jié)點(diǎn)的資源空閑，增強(qiáng)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算能力。由于邊緣計(jì)算具有種種優(yōu)勢(shì)，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究人員都就邊緣計(jì)算展開了大量研究，比如邊緣計(jì)算中的服務(wù)放置和請(qǐng)求調(diào)度。

在邊緣計(jì)算環(huán)境中，激勵(lì)邊緣節(jié)點(diǎn)參與云服務(wù)下行任務(wù)的激勵(lì)機(jī)制至關(guān)重要。當(dāng)為云平臺(tái)運(yùn)行下行云服務(wù)時(shí)，邊緣節(jié)點(diǎn)需要消耗其自身資源，包括計(jì)算、通信、存儲(chǔ)和電源資源。這會(huì)產(chǎn)生大量的成本，犧牲了邊緣節(jié)點(diǎn)自身的利益。出于理性和自私的考慮，邊緣節(jié)點(diǎn)如果不能從其提供資源的任務(wù)中獲得令人滿意的報(bào)酬，就不愿參與執(zhí)行云服務(wù)下行任務(wù)。因此，云平臺(tái)如果不支付有足夠吸引力的報(bào)酬作為資源成本的補(bǔ)償，將無(wú)法從邊緣節(jié)點(diǎn)處收集到足夠的資源來(lái)運(yùn)行這些下行的云服務(wù)，無(wú)法保證這些下行云服務(wù)的性能。一些學(xué)者已經(jīng)注意到了上述問(wèn)題，為邊緣計(jì)算中的云服務(wù)下行系統(tǒng)設(shè)計(jì)了激勵(lì)機(jī)制。例如，RMCS重點(diǎn)關(guān)注移動(dòng)人群感知問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種深度學(xué)習(xí)和邊緣計(jì)算集成的激勵(lì)兼容框架以招募積極的參與者；另外有部分工作考慮了霧節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)性，提出了基于合同理論的計(jì)算資源下行激勵(lì)機(jī)制。還有基于斯塔克伯格博弈設(shè)計(jì)了不同的激勵(lì)機(jī)制來(lái)鼓勵(lì)邊緣節(jié)點(diǎn)充分從云節(jié)點(diǎn)承擔(dān)任務(wù)的方法。然而，大多數(shù)現(xiàn)有工作都假設(shè)邊緣節(jié)點(diǎn)在選擇云服務(wù)下行任務(wù)時(shí)獨(dú)立地進(jìn)行決策，或者只對(duì)單任務(wù)問(wèn)題進(jìn)行研究，沒有考慮多個(gè)云服務(wù)下行任務(wù)進(jìn)行決策時(shí)邊緣節(jié)點(diǎn)的策略將如何每個(gè)任務(wù)的性能。在這種情況下，邊緣節(jié)點(diǎn)傾向于參與高額報(bào)酬的云服務(wù)下行任務(wù)，以最大程度地提高自身利潤(rùn)。這將導(dǎo)致不同云服務(wù)下行任務(wù)之間所收集的資源分配不平衡。一方面，總報(bào)酬高的任務(wù)吸引了許多邊緣節(jié)點(diǎn)提供資源，導(dǎo)致該任務(wù)收集過(guò)多資源而形成資源浪費(fèi)以及每個(gè)參與者從這項(xiàng)任務(wù)中分得報(bào)酬較低。另一方面，總報(bào)酬低的任務(wù)無(wú)法招募足夠的參與者，使得任務(wù)無(wú)法被保質(zhì)保量地執(zhí)行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種基于合作博弈的云下行任務(wù)邊緣節(jié)點(diǎn)資源分配方法，以解決現(xiàn)有方法云下行任務(wù)邊緣節(jié)點(diǎn)資源分配不平衡的現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于合作博弈的云下行任務(wù)邊緣節(jié)點(diǎn)資源分配方法，參見圖1，包括以下步驟：

S1：獲取云－邊－端三層架構(gòu)的邊緣計(jì)算環(huán)境。

首先通過(guò)圖2對(duì)云下行系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。圖2展示了邊緣計(jì)算云服務(wù)下行系統(tǒng)的示例，其中，云服務(wù)與邊緣節(jié)點(diǎn)間虛線表示云節(jié)點(diǎn)給邊緣節(jié)點(diǎn)的報(bào)酬，云服務(wù)與邊緣節(jié)點(diǎn)間實(shí)線表示邊緣節(jié)點(diǎn)為云節(jié)點(diǎn)提供的資源，終端用戶與邊緣節(jié)點(diǎn)間虛線表示本地終端用戶向其對(duì)應(yīng)的邊緣節(jié)點(diǎn)支付的獎(jiǎng)勵(lì)，終端用戶與邊緣節(jié)點(diǎn)間實(shí)線表示邊緣節(jié)點(diǎn)為終端用戶提供的資源。每個(gè)云節(jié)點(diǎn)可以將其服務(wù)下行到多個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)，每個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)參與多個(gè)云服務(wù)下行任務(wù)。從圖2可以看出，云服務(wù)下行系統(tǒng)共有三個(gè)層次：第一層是一個(gè)由多個(gè)云節(jié)點(diǎn)組成的云平臺(tái)，第二層是多個(gè)由邊緣服務(wù)器構(gòu)成的邊緣節(jié)點(diǎn)，第三層是許多靠近邊緣節(jié)點(diǎn)的終端用戶。本發(fā)明獲取的云－邊－端三層架構(gòu)的邊緣計(jì)算環(huán)境亦為此類環(huán)境。