CN106874107A - 移动云计算中一种基于团购的微云资源拍卖技术 - Google Patents

Abstract

在移动云计算中，移动用户可通过将自身移动设备上计算集中型或延迟敏感型任务迁移到附近的微云上执行从而显著提高自身的系统效率并降低任务时延。在这样的背景下，如何放置微云并分配其中的资源给移动用户就显得十分重要了。普通的资源拍卖方法通常考虑的是一对一下的情况，一个移动用户匹配一个微云；然而单个的用户通常也难以支付微云的价格，微云中的资源也远超单个用户的需求，一对一的做法严重影响了资源的分配效率。本发明引入了团购的思想，将一个接入节点中的移动用户组织成为一个整体而后整体参与到拍卖中；并设计了一个三阶段的拍卖算法很好的解决了这一问题，从而高效、灵活地分配微云资源。

Description

移动云计算中一种基于团购的微云资源拍卖技术

技术领域

本发明涉及移动云计算中的微云资源分配，特别是基于拍卖的微云资源分配。

背景技术

云计算：云计算是一种基于互联网的计算，能够为有需要的计算机和设备提供共享的计算机处理资源和数据。它是一个无处不在、按需访问、可配置计算资源的共享池模型(如，计算机网络、服务器、存储、应用和服务)，能够通过极少的管理工作完成资源的快速配置和释放。云计算和存储解决方案在距离用户很远的第三方数据中心为用户和企业提供各种功能来存储和处理他们的数据。

移动云计算：移动云计算由云计算、移动计算和无线网络组成的，像云计算服务一样为移动用户和网络运营商等提供丰富的计算、存储等资源。

微云：在移动云计算中，一个微云通常是指可移动的小规模的云数据中心，并且往往分布在网络中距离用户较近的位置，一般由一组高性能、安全并且网络连接良好的计算机组成。微云通过向移动用户提供计算、存储或者网络资源从而缓解移动用户对相应资源的需求，并显著提高用户移动设备(智能手机、平板电脑、笔记本电脑)的性能，同时降低系统延迟。使得计算集中型或者延迟敏感型任务可以在移动用户的移动设备上运行良好。

接入节点：接入节点即无线网络接入节点(Wireless access point)是指计算机网络中一个允许WIFI兼容的设备连接到有线网络的网络硬件设备。在移动云计算中，移动用户通过WIFI连接有线网络时所通过的节点即为接入节点。

资源拍卖：计算机领域中的资源拍卖是一种采用激励机制来分配资源的方式。在移动云计算中，资源的拥有者(微云)在向用户(移动用户)提供资源时往往伴随着自身的损耗(计算、存储、网络、能量等资源)，基于个体的自私性，微云往往不愿为移动用户无偿地提供服务。因而引入激励机制通过一定的利益来刺激微云分享其拥有的计算等资源就显得十分必要了。而资源拍卖就是这样的一种激励机制，卖方为资源的拥有者(微云)，买方为资源的需求者(移动用户)，双方通过一定的拍卖方法进行合理的资源“交易”，从而灵活并且高效地将微云中的资源分配给合适的移动用户。

团购：团购(Group purchase)就是团体购物，指认识或不认识的消费者联合起来，加大与商家的谈判能力，以求得最优价格的一种购物方式。在移动云计算中，团购则是多个移动用户联合为一个整体而后与微云进行拍卖，通过拍卖赢得的微云资源再按各个移动用户的出资比例进行分配。通过团购的方式能够有效地提升移动用户在资源拍卖中的竞争力并且使得资源分配更加快速、充分。

本发明的目的在于克服移动云计算中现有资源拍卖方法的缺点与不足。现有的资源拍卖方法讨论的都是一个移动用户独自竞拍微云资源，若某移动用户在拍卖中赢得该微云资源，则该用户与该微云都不再参与余下的拍卖流程。也就是说，在一轮拍卖中，一个移动用户只能对应一个微云，一个微云只能对应一个移动用户。这样一来，往往会带来如下问题：

1、单个微云的价格对于单个移动用户来说过于昂贵，移动用户往往难以独自承担。

2、单个微云的资源容量往往远大于单个移动用户的负载，一对一的资源分配方式容易造成微云资源的浪费。

3、若每一轮资源拍卖都只为微云选择一个移动用户作为赢家，则需耗费大量的时间，这大大降低了系统的整体时效性同时也非常不利于移动用户中那些对延迟敏感的任务(如增强现实等)。

发明内容

本发明主要包括两个方面：

1、在移动云计算微云资源的拍卖中引入了团购的思想。

2、提出了一种三阶段的拍卖算法以实现基于团购的微云资源拍卖，从而高效、灵活地解决了移动云计算中微云资源的分配问题。

在实现本发明时，我们针对的问题定义如下：

1、在给定网络中有K个微云和n个接入节点，每个接入节点上可部署一个微云用以服务其连接的一组移动用户。

2、每个微云C_k都有一定的资源容量，只能够为有限的移动用户提供相关服务

3、每个接入节点的移动用户将任务迁移到微云上执行时都会给微云带来一定的负载。该接入节点连接的所有移动用户都将被划为一组去竞争一个微云资源，若在拍卖中最终赢得某个微云C_k，则这组中的所有移动用户都只能选择C_k中的资源为其服务，且这组移动用户的总负载不能超过C_k的资源容量Cap^k。

4、每个移动基于自身的需求和微云中资源的优劣，对每个微云都会有相应的预算。

具体实施方案：

1、第一阶段，每个接入节点根据其连接的移动用户对各个微云的预算生成该移动用户组对各个微云的整体预算。并记录下生成该整体预算时，各移动用户的出资情况。在算法一中，C_k为第k个微云；Cap^k为C_k的资源容量；a_i为第i个接入节点；a_i中第j个移动用户对C_k的预算为其自身的任务负载为其对C_k的性价比的定义如下：

A为接入节点中的移动用户按其对各个微云的性价比从大到小排序后的用户序列；

在算法的初始阶段，对于a_i，依次计算其对各个微云的整体预算：

1.1、将a_i中的移动用户按其对C_k的性价比排序为A。

1.2、在A中找出前s个用户，在不超过Cap^k的前提下最大化这些用户的负载总和，若a_i中的全体用户的负载总和都小于Cap^k，则s即为a_i中的移动用户数。

1.3、取随机整数m，使得s/2≤m≤s。

1.4、第m个用户的性价比即为单位价格；A中前m-1个用户潜在的出资为其自身的任务负载与单位价格的乘积；A中第m个及以后的用户潜在的出资为0；

1.5、a_i对C_k的整体预算即为A中所有用户的潜在出资之和。

2、第二阶段，接入节点根据第一阶段中生成的对各个微云的整体预算，对各个微云报价进而拍卖、交易。最终将微云分配给其相应的赢家(接入节点)，即将微云部署在该获胜的接入节点上以供其连接的移动用户使用。

算法二中，C为所有微云的集合；a_i对C_k的报价为C_k自身的保留价格为r_k；f为自适应参数，用以调节微云与接入节点之间的利益。

遍历所有接入节点，对于a_i，从C中找出最合适的C_k与之匹配：

2.1、从C中剩余的未被分配的微云中找出使最大的C_k，若存在多个这样的微云则选择最小的k，若C为空则算法结束。

2.2、判断是否成立，若不成立，则a_i在拍卖中失败；若成立，则C_k与a_i成交，成交价格为将C_k分配给a_i并从C中移除。

3、第三阶段，接入节点将赢得的微云资源按其移动用户的任务负载分配给第一阶段中出资了(出资金额大于0)的移动用户。

本发明相对于现有技术的优点及效果：

针对现有技术的不足，我们提供了一种基于团购的三阶段资源拍卖技术，该技术具有如下的优点和积极效果

1、多个移动用户组团进而与微云拍卖大大提高了这个用户群体的竞争力，更容易在拍卖中赢得资源，同时也大大降低了用户自身的经济压力，从而可以从更广泛的微云资源(以前支付不起的微云资源现在可以通过团购的方式组团购买)中选择更合理的微云进行报价参与拍卖。

2、移动用户组团拍卖赢得的微云资源将被部署在其接入节点上，该接入节点最终将按移动用户的出资情况及其任务负载分配微云中的资源，直到微云中的资源分配完毕或移动用户的需求全部得到满足为止。这样能很好的避免微云中资源的浪费，大大提高了微云资源的利用率。

3、微云中的资源只需一轮拍卖即可分配完结，大大提高了资源的分配效率，能有效降低系统延迟，更有利于那些对延迟敏感的任务。

4、该拍卖技术符合一般拍卖技术的经济属性，包括诚实可靠(truthfulness)、个体理性(individual rational)、开支平衡(budget balanced)，且各参与方(微云、接入节点、移动用户)都能获取可观的效益，使得该技术可在移动云计算中长久、稳定地运行。

附图说明

图1是基于团购的三阶段资源拍卖技术的总体模型框图。

图2是该发明的算法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示的给定网络中：

算法一用于拍卖的第一阶段，接入节点(AP)向其下连接的移动用户收集对各个微云{C_k}的整体预算；

算法二用于拍卖的第二阶段，接入节点根据第一阶段对各个微云得出的整体预算提出相应的报价，继而与微云进行拍卖交易。若接入节点赢得了微云资源，则将该微云部署在该接入节点上以供其连接的移动用户使用。

第三阶段，在第二阶段赢得了微云资源的接入节点将微云中的资源按需(移动用户的负载)分配给在第一阶段出资了(出资金额大于0)的移动用户。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种移动云计算中基于团购的微云资源拍卖方法，第一阶段：每个接入节点根据其连接的移动用户对各个微云的预算生成该移动用户组对各个微云的整体预算，并记录下生成该整体预算时，各移动用户的出资情况；第二阶段：接入节点根据第一阶段中生成的对各个微云的整体预算，对各个微云报价进而拍卖、交易，最终将微云分配给其相应的接入节点，即将微云部署在该获胜的接入节点上以供其连接的移动用户使用；第三阶段：接入节点将赢得的微云资源按其移动用户的任务负载分配给第一阶段中出资了的移动用户。

2.根据权利要求1所述的微云资源拍卖方法，其特征在于：所述的第一阶段具体为：C_k为第k个微云；Cap^k为C_k的资源容量；a_i为第i个接入节点；a_i中第j个移动用户对C_k的预算为其自身的任务负载为其对C_k的性价比的定义如下：

$t_i^j\left(k\right)=\frac{b_i^j\left(k\right)}{l_i^j}$

A为接入节点中的移动用户按其对各个微云的性价比从大到小排序后的用户序列；

初始阶段，对于a_i，依次计算其对各个微云的整体预算：

1.1、将a_i中的移动用户按其对C_k的性价比排序为A；

1.2、在A中找出前s个用户，在不超过Cap^k的前提下最大化这些用户的负载总和，若a_i中的全体用户的负载总和都小于Cap^k，则s即为a_i中的移动用户数；

1.3、取随机整数m，使得s/2≤m≤s；

1.4、第m个用户的性价比即为单位价格；A中前m-1个用户潜在的出资为其自身的任务负载与单位价格的乘积；A中第m个及以后的用户潜在的出资为0；

1.5、a_i对C_k的整体预算即为A中所有用户的潜在出资之和。

3.根据权利要求2所述的微云资源拍卖方法，其特征在于：所述的第二阶段具体为：C为所有微云的集合；a_i对C_k的报价为C_k自身的保留价格为r_k；f为自适应参数，用以调节微云与接入节点之间的利益。

遍历所有接入节点，对于a_i，从C中找出最合适的C_k与之匹配：

2.1、从C中剩余的未被分配的微云中找出使最大的C_k，若存在多个这样的微云则选择最小的k，若C为空则算法结束。

2.2、判断是否成立，若不成立，则a_i在拍卖中失败；若成立，则C_k与a_i成交，成交价格为将C_k分配给a_i并从C中移除。