(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109460295 A(43)申请公布日 2019.03.12
(21)申请号 201811223784.9(22)申请日 2018.10.19
(71)申请人 中南大学
地址 410000 湖南省长沙市岳麓区麓山南
路932号(72)发明人 邓晓衡 关培源
(74)专利代理机构 长沙轩荣专利代理有限公司
43235
代理人 叶碧莲(51)Int.Cl.
G06F 9/50(2006.01)H04L 29/08(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图1页
(54)发明名称
一种基于多用户竞争行为模型的边缘计算性能优化方法(57)摘要
本发明公开了一种基于多用户竞争行为模
利用非合作博弈理型的边缘计算性能优化方法，
论建立边缘计算网络中多用户竞争行为模型，基于所述多用户竞争行为模型分配各种资源优化边缘计算性能，可以使边缘计算系统达到稳定的性能最优状态。
CN 109460295 ACN 109460295 A
权 利 要 求 书
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1.一种基于多用户竞争行为模型的边缘计算性能优化方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、利用非合作博弈理论建立边缘计算网络中多用户竞争行为模型；S2、基于所述多用户竞争行为模型分配各种资源优化边缘计算性能。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1包括：利用非合作博弈理论描述多用户同时请求服务时，提供服务的边缘节点行为规律及多位用户的竞价规律。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2包括：每个单位服务时间结束后，每个用户根据其他用户的报价及边缘节点的响应来调整下一个单位服务周期内自身的报价。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，经过多轮单位服务时间的调整与演化，使得边缘计算性能达到最优。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用非合作博弈理论描述多用户同时请求服务时，提供服务的边缘节点行为规律及多位用户的竞价规律，具体过程如下：
边缘节点收益的表达式如下：
其中，bi代表提供给用户i的单位服务时间数量，ri代表用户i为每个单位服务时间支付的报酬，ki代表边缘节点为用户i提供服务所付出的代价，s代表边缘节点在用户i与用户j之间进行服务切换的概率；
由所述边缘节点收益得到边缘节点对每个用户的时间安排，即{b1,b2,...,bn}：
进一步得到N个边缘节点提供的单位服务时间的具体信息{b1,b2,...,bN}，之后，用Wi(r)代替bi可得：
将Wi(r)改写成：Wi(r)＝D2ri-D1(r-i)其中，
用户收益函数的表达式如下：Pi(r)＝(c-ri)Wi(r)
其中c代表用户从所述单位服务时间中获得的收益，并且c>ri。
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权 利 要 求 书
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6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，获取用户的最佳报价策略过程如下：对所述用户收益函数求Pi(r)对ri进行二阶求导，令二阶导数等于0，得到：
带入D1和D2的表达式，得到用户在纳什平衡点时的报价信息如下：
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，用户报价随时间变化如下：
用户根据对方的报价及边缘节点的响应来调整下一个单位服务周期内自身的报价最大化自己的收益，其选择如下：
其中，αi代表改变速率。
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说 明 书
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一种基于多用户竞争行为模型的边缘计算性能优化方法
技术领域
[0001]本发明涉及计算机领域，具体涉及一种基于多用户竞争行为模型的边缘计算性能优化方法。
背景技术
[0002]由于各种具有存储和计算功能的终端越来越丰富，边缘计算这一技术兴起，以达到分担工作任务，降低传输延迟的目的。与此同时，相较于云计算，用户的隐私也能得到更好的保护。因此，边缘计算正受到越来越多的关注。在边缘计算环境中，资源分配是一项重要的基础性的研究内容。CPU、内存、带宽、传输顺序等各种因素都会影响到边缘计算的性能表现，因此研究如何分配各种资源以达到整体效果最优是十分必要的。现有技术都基于同一个假设，即在边缘计算环境中，同一时间内，只有一个任务请求方发布任务请求，而任务接收方则可以是多个服务器。然而，这一假设并不符合现实情况中的大部分场景，在同一时间内，存在多个任务请求方同时请求任务协同的可能性。发明内容
[0003]本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于多用户竞争行为模型的边缘计算性能优化方法。
[0004]本发明采用以下技术方案：
[0005]一种基于多用户竞争行为模型的边缘计算性能优化方法，其特征在于，所述方法包括：
[0006]S1、利用非合作博弈理论建立边缘计算网络中多用户竞争行为模型；[0007]S2、基于所述多用户竞争行为模型分配各种资源优化边缘计算性能。[0008]进一步，所述S1包括：[0009]利用非合作博弈理论描述多用户同时请求服务时，提供服务的边缘节点行为规律及多位用户的竞价规律。[0010]进一步，所述S2包括：
[0011]每个单位服务时间结束后，每个用户根据其他用户的报价及边缘节点的响应来调整下一个单位服务周期内自身的报价。[0012]进一步，经过多轮单位服务时间的调整与演化，使得边缘计算性能达到最优。[0013]进一步，所述利用非合作博弈理论描述多用户同时请求服务时，提供服务的边缘节点行为规律及多位用户的竞价规律，具体过程如下：[0014]边缘节点收益的表达式如下：
[0015][0016]
其中，bi代表提供给用户i的单位服务时间数量，ri代表用户i为每个单位服务时间
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说 明 书
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支付的报酬，ki代表边缘节点为用户i提供服务所付出的代价，s代表边缘节点在用户i与用户j之间进行服务切换的概率；
[0017]由所述边缘节点收益得到边缘节点对每个用户的时间安排，即{b1,b2,...,bn}：
[0018][0019]
进一步得到N个边缘节点提供的单位服务时间的具体信息{b1,b2,...,bN}，之后，用Wi(r)代替bi可得：
[0020][0021][0022]
将Wi(r)改写成：Wi(r)＝D2ri-D1(r-i)其中，
[0023]
[0024][0025][0026][0027][0028][0029]
用户收益函数的表达式如下：Pi(r)＝(c-ri)Wi(r)。进一步，获取用户的最佳报价策略过程如下：对所述用户收益函数求Pi(r)对ri进行二阶求导，令二阶导数等于0，得到：
带入D1和D2的表达式，得到用户在纳什平衡点时的报价信息如下：
[0030]
[0031][0032][0033]
进一步，用户报价随时间变化如下：
用户根据对方的报价及边缘节点的响应来调整下一个单位服务周期内自身的报
价最大化自己的收益，其选择如下：
[0034]
其中，αi代表改变速率。
[0036]本发明的优点和有益效果在于：
[0037]本发明提供一种基于多用户竞争行为模型的边缘计算性能优化方法，利用非合作博弈理论建立边缘计算网络中多用户竞争行为模型，基于所述多用户竞争行为模型分配各
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[0035]
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说 明 书
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种资源优化边缘计算性能，可以使边缘计算系统达到稳定的性能最优状态。
附图说明
[0038]图1为本发明基于多用户竞争行为模型的边缘计算性能优化方法流程示意图。具体实施方式
[0039]下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。[0040]如图1所示，为本发明基于多用户竞争行为模型的边缘计算性能优化方法流程示意图，所述方法包括：[0041]S1、利用非合作博弈理论建立边缘计算网络中多用户竞争行为模型；[0042]S2、基于所述多用户竞争行为模型分配各种资源优化边缘计算性能。[0043]利用博弈论中的非合作博弈理论，刻画了两位用户同时请求服务时，提供服务的边缘节点行为规律及这两位用户的竞价规律，并指出了整体系统会趋向于达到纳什平衡的状态，从而为用户数为2时边缘计算环境的描述提供了依据。举例来说，有2位用户都需要边缘节点为自身提供计算服务，在初始时刻他们分别给出一个单位服务时间的报价，边缘节点根据两位用户的报价信息决定为哪个用户提供服务。每个单位服务时间结束后，两个用户可以知道对方的报价信息，根据对方的报价及边缘节点的反应来调整自身的报价，以影响边缘节点在下一个单位服务时间内的决定。经过多轮单位服务时间的调整与演化之后，整个边缘计算系统将达成一种纳什平衡状态，在这种状态下，任何参与博弈的一方如果单方面更改自己的报价策略，其结果只会造成自身亏损，而无法受益。因此，达成纳什均衡的系统将处于一种稳定状态。
[0044]下面基于多用户竞争行为模型的边缘计算性能优化方法做进一步详细的阐述。[0045]1、定义边缘节点收益函数
[0046][0047]
其中bi代表提供给用户i的单位服务时间数量，ri代表用户i为每个单位服务时间支付的报酬，ki代表边缘节点为用户i提供服务所付出的代价，s代表边缘节点在用户i与用户j之间进行服务切换的概率。[0048]2、对边缘节点的收益函数求偏导，得到边缘节点对每个用户的时间安排，即{b1,b2,...,bn}
[0049]
[0050][0051][0052][0053][0054]
3、定义用户的收益函数Pi(r)＝cbi-ribi (3)
其中c代表用户从单位服务时间中获得的收益，并且c>ri。4、通过求解公式(2)，我们可以得到N个边缘节点提供的单位服务时间的具体信息
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说 明 书
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{b1,b2,...,bN}，之后，我们用Wi(r)代替bi可得
[0055]
[0056][0057]
5、公式(4)可以改写成Wi(r)＝D2 ri-D1(r-i)，其中
[0058]
[0059][0060][0061][0062][0063]
6、将公式(4)、(5)、(6)之后带入公式(3)得到
Pi(r)＝(c-ri)Wi(r) (7)7、为了获取用户的最佳策略，对ri求导得到
[0064][0065][0066][0067][0068][0069]
8、令公式(8)等于0，得-2D2ri+D1(r-i)+cD2＝0 (10)
9、联立求解公式(5)、(6)、(11)，得到用户在纳什平衡点时的报价信息
[0070]
[0071][0072][0073][0074][0075]
10、用户出价随时间而改变的过程可以描述为
11、用户为了最大化自己的收益，其选择是
其中αi代表改变速率。
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CN 109460295 A[0076][0077]
说 明 书
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12、公式(13)、(14)都是自映射方程，它们存在稳定性的条件是雅克比矩阵的特征值均位于复平面的单位圆内，因此可得
[0078]
[0079]
对公式(13)来说
[0080]
[0081]
13、解得
[0082][0083][0084]
14、要满足所有特征根位于复平面单位圆内的条件，需要满足
当N＝2时，简化结果为4－s>0。由于s是一个表示概率的常数，介于0与1之间，因此
可以得出结论，公式(18)恒满足，即纳什平衡状态具有稳定性。
[0086]本发明提供一种基于多用户竞争行为模型的边缘计算性能优化方法，利用非合作博弈理论建立边缘计算网络中多用户竞争行为模型，基于所述多用户竞争行为模型分配各种资源优化边缘计算性能，可以使边缘计算系统达到稳定的性能最优状态。[0087]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0085]
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说 明 书 附 图
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图1
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