[发明专利]一种MEC中基于双向拍卖的多任务跨服务器资源分配方法

权利要求书

1.一种MEC中基于双向拍卖的多任务跨服务器资源分配方法，其特征在于，

来自同一个移动设备的不同类型的任务能够跨服务器卸载到不同的服务器上，每个边缘服务器能够并行处理不同类型的任务；

基于的系统包括：参与者包括卖方、买方和拍卖方；卖方为m个边缘服务器，买方为n个移动设备，边缘服务器资源为商品；拍卖方为独立可信任的第三方服务器；边缘服务器的集合表示为M＝{1,2,...,j,...,m}，其中，j表示第j个边缘服务器；移动设备的集合表示为N＝{1,2,...,i,...,n}，其中，i表示第i个移动设备；

采集卖方的每个边缘服务器部署的应用程序的类型和数量信息，并确定卖方的每个边缘服务器处理单一任务的要价信息；采集买方的每个移动设备待处理任务的类型、数量以及最大容忍时延信息；并确定买方的每个移动设备中的每个待处理任务的出价信息；

将要价信息和出价信息仅公开给拍卖方，拍卖方根据价格策略确定价格及双方赢家，根据双方赢家信息完成资源分配；

其中，价格策略为基于盈亏平衡点的双向拍卖机制或应用分离的双向拍卖机制；

卖方的应用程序类型和数量信息通过应用指标矩阵表示，表达式为：R＝(R¹；R²；...；R^j；...；R^m)，

其中，第j行就是卖方第j个边缘服务器的应用指标向量，表达式为：

R^j＝(r_j,1,r_j,2,...,r_j,k)，

其中，r_j,k表示第j个边缘服务器是否部署第k种应用；如果第j个边缘服务器部署有第k种应用，则r_j,k＝1，否则，r_j,k＝0；

买方的待处理任务信息通过任务指标矩阵表示，表达式为：

Q＝(Q¹；Q²；...；Qⁱ；...；Q^m)，

其中，Qⁱ为第i行就是第i个移动设备的任务指标向量，表达式为：Qⁱ＝(q_i,1,q_i,2,...,q_i,k)，

其中，q_i,k表示第i个移动设备是否有第k种待处理任务，如果第i个移动设备有第k种待处理任务，则q_i,k＝1，否则，q_i,k＝0；

要价信息根据服务器的计算能力以及所请求任务类型的剩余资源数量定价；出价信息根据移动设备距离服务器所属基站的距离以及信道状态信息定价；

买方的出价信息通过投标价格矩阵表示，表达式为：

B＝(B¹；B²；...；Bⁱ；...；Bⁿ)，

其中，Bⁱ为第i行就是买方第i个移动设备的投标价格向量，表达式为：Bⁱ＝(b_i,1,b_i,2,...,b_i,m)，

其中，b_i,m是买方i对于单一待处理任务愿意付给卖方m的投标价格；如果卖方m没有部署买方i所需的应用，则b_i,m＝0；

卖方的要价通过卖方要价向量表示，表达式为：

A＝(a₁,a₂,...,a_j,...,a_m)，

其中，a_j表示卖方j处理单一任务的要价；

所述资源分配方法的目标是在IR、TF、BB和延迟的约束条件下，最大限度地增加中标者的数量，模型表达式为：

其中，N_ω是买方赢家集，i表示买方，N是买方集合，j是卖方，N是卖方集合，是买方i从卖方j处得到的效用，是卖方j从买方i处得到的效用，b_i,j是买方i对于单一待处理任务愿意付给卖方j的投标价格，v_i,j是卖方j对买方i提供的服务的估价，a_j是表示卖方j处理单一任务的要价，cost_j是卖方j处理单个任务的花销，q_i,k表示第i个移动设备是否有第k种待处理任务，r_j,k表示第j个边缘服务器是否部署第k种应用，t_k是任务k在边缘服务器上的处理时延，τ_i,k是买方i对第k种任务的最大容忍时延；

IR为个体合理性：每个移动设备如果获得了边缘服务器的服务，其要付的价格不会高于它的投标价格，每个边缘服务器得到的报酬不会低于报价；

TF为真实性：对所有的交易方基于他们真实的估价和资源的花销来提交投标价格或者要价是最佳策略，提交虚假的投标价格或者要价对交易双方而言，不仅无法产生额外收入而且会降低效用；

BB为预算平衡：所有买方支付的总价大于或等于所有卖方收到的报酬；

SE为系统效率：拍卖结束时，尽可能多的买家获得了所需的服务；

基于盈亏平衡点的双向拍卖机制具体包括以下步骤：

(1)候选人决定阶段；

(1.1)按升序对A中的元素排序，得到新的向量A′，然后取A′中元素的中位数作为盈亏平衡点

(1.2)删除A′中大于等于的所有元素，A′的剩余部分为边缘服务器候选人集A_c；将不满足延迟约束的任务对应的投标价格设置为0；

(1.3)按降序对B中的元素排序，形成一个新的向量B′；移除B′中所有小于的元素，B′的剩余部分为投标候选人集B_c；

(2)价格和赢家决定阶段；

将资源分配给与B_c中的最高出价b_i,j所对应的移动设备；只要卖方j能处理买方i的任务，任务将被卸载到卖方j进行处理；其中，使用剩余买方中最大的出价作为买方i的价格b_u,j(u≠i)来卸载任务，b_u,j作为对卖方j所有出价中最高丢标出价；

以同样的方式操作B_c的其余部分，得到买方赢家集合N_ω和相应的投标价格集P^b；

对于如果没有买方对卖方c的投标，则从A_c中将a_i删除，A_c中其余部分对应的卖方为卖方赢家集M_ω，每个中标卖方的报酬为

如果对于卖方j的资源只有一个满足条件的买方，则交易直接失败；

应用分离的双向拍卖机制的具体步骤包括：

S1，按升序对A中的元素排序，得到新的向量A′＝(a_q1,a_q2,...,a_qm)；将不满足延迟限制的任务对应的投标设置为0；

S2，卖方q1对应的要价为a_q1；随机挨个拍卖卖方q1边缘服务器中部署的App1；从B中提取出买方中所有对卖方q1App1的投标，形成一个新的向量中第二大的投标是最高丢标出价；中出价最高的买方为中标人买方i，拍卖方将最高丢标出价视为中标人支付的价格和卖方收到的报酬，表达式为：

其中，是买方i需要支付给卖方q1处理App1的价格，是卖方q1收到的付款；

以同样的方式拍卖卖方q1边缘服务器中剩余的其它App；

S3，通过步骤S2的方式遍历A′中的元素，获得买方赢家集N_ω，卖方赢家集M_ω，卖方赢家的报酬集P^s，买方赢家的投标价格集P^b，配置矩阵G；

其中，拍卖失败的情况包括：

没有买方购买App资源；

所有买方的投标价格均低于卖方App的要价；

只有一个买方参与购买该App资源，无最高丢标出价；

最高丢标出价低于卖方App的要价。