CN107967647A - 基于联盟形成的拍卖机制设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于联盟形成的拍卖机制设计方法。本发明模拟云带宽预留市场为一个双边拍卖，其中有m个云提供商，n个租户和一个拍卖商，云提供商和租户同时向拍卖商提交他们密封的定价和投标，租户可形成多个联盟进行带宽预留，拍卖者进行赢者决策、带宽预留分配、定价策略，每个租户对于某个云供应商所提供带宽形成的联盟主要是交换操作。本发明克服了频谱拍卖存在的真实性、预算平衡和拍卖机制与联盟形成的结合的缺陷。本发明将双边拍卖机制与联盟博弈论结合起来合并了买方联盟形成与拍卖机制，迭代的联盟形成算法，整个拍卖过程满足真实性和预算平衡，避免了交易不公平，在以上两种情况下的定价方式下，拍卖商的利润始终为非负。

Description

基于联盟形成的拍卖机制设计方法

技术领域

本发明涉及频谱分配、激励机制领域，特别涉及基于联盟形成的拍卖机制设计方法。

背景技术

近年来，对于云提供商，带宽预留已被认为是一个增值服务。在云市场中，云提供商向云租户提供带宽预留服务，尤其是在线流媒体服务提供商，他们有严格的带宽数量需求来保证他们的服务质量。云租户可根据其需求来租用带宽，并承担一定的花销，以提高自身的服务质量。现阶段的云资源租赁形式较为简单，考虑到云资源的利用率和云租户的效益，云租户形成联盟购买云资源的方式开始出现。拍卖作为一种能够保证真实性的激励机制，已被广泛应用于频谱分配。

在本发明作出之前，现有的频谱拍卖仍然存在着如下问题：

1)真实性。作为传统的拍卖机制设计，频谱拍卖机制需要满足真实性，也就是说，真实的报价是拍卖双方(买家和卖家)的占优策略，换句话说，拍卖双方不能通过谎报报价来优化自己的利益，而真实性能防止拍卖遭受操纵。现存的大部分频谱拍卖都没有考虑真实性，不能够防范拍卖双方的欺诈行为，因而可能损害整个拍卖的效益。

2)预算平衡。预算平衡保证拍卖商可以从拍卖中受益，或者至少不会有任何损失。预算平衡可以确保可信赖的第三方被激励为云带宽预留建立一个拍卖。我们注意到，虽然文献中已经提出了一些多单元双边拍卖机制来解决类似的分配问题，但没有一个人完全达到放策略性和预算平衡。

3)拍卖机制与联盟形成的结合。至今，很少研究工作将双边拍卖与联盟博弈论相结合。因此，如何搜寻最优买家联盟结构，来最大化定义的性能指标如租户满意度和资源利用率是我们所要解决的难点。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述问题，研发基于联盟形成的拍卖机制设计方法。

本发明的技术方案是：

基于联盟形成的拍卖机制设计方法，其主要技术特征在于步骤如下：

(1)模拟云带宽预留市场为一个双边拍卖，其中有m个云提供商，n个租户和一个拍卖商；

(2)云提供商和租户同时向拍卖商分别提交他们密封的定价和投标，租户可形成多个联盟进行带宽预留；

(3)拍卖者进行决策工作，主要包括赢者决策、带宽预留分配、定价策略三个阶段的工作；

(4)每个租户对于某个云供应商所提供带宽形成的联盟主要是交换操作。

所述租户联盟形成，对剩余租户集迭代使用背包算法，找到租户联盟，在云提供商带宽容量β范围内最大化带宽需求总和；当所有租户形成联盟，联盟形成初始化完成；

所述交换操作，在能提高租户满意度和带宽利用率的情况下，不同联盟的租户间可以进行交换操作。

所述迭代进行交换操作，直至各个联盟中成员稳定，得到最优联盟划分。

所述赢者决策阶段主要是应用McAfee算法来实现，包括如下步骤：

步骤1：排序；云提供商根据带宽的要价由低到高排序，即s′₁≤s′₂≤…≤s′_m；租户联盟以联盟综合报价由高到低排序，即Ω′₁≥Ω′₂≥...≥Ω′_g；

步骤2：选择临界值t为报价大于要价的最大的下标，即t为最大的，Ω′_t≥βs′_t，Ω′_t+1＜βs′_t+1；

步骤3：以Ω′_t+1和βs′_t+1为基准，计算临界价格p_k和q_i，其中p_k为获胜云提供商k的获得，q_i为获胜租户i的支付；如果否则p_k＝βs′_t，

本发明的优点和效果在于考虑到一种新颖的双边拍卖机制，将它与联盟博弈论结合起来，合并了买方联盟形成与拍卖机制。为了寻找最优的联盟结构(即买方群体形成)，提出一种动态的，迭代的联盟形成算法，来共同考虑带宽预留分配和定价策略。同时，整个拍卖过程满足真实性和预算平衡等经济性能，也就是说买家和卖家不能通过谎报来提高自己的收益，因此，真实的参与者也不用担心谎报带来的交易不公平，并且在以上两种情况下的定价方式下，拍卖商的利润始终为非负。

附图说明

图1——本发明云提供商与云租户拍卖模型示意图。

图2——本发明带宽分配过程示意图。

图3——本发明联盟结构形成示意图。

具体实施方式

本发明主要包括赢者决策、带宽预留分配和定价策略三个阶段，实现了带宽持有者和云租户的匹配，并决定了最终双方的交易价。整个过程是一种防策略(Strategy-Proof)的分配机制，即双方通过谎报价格并不会提高他们的效用，也就是说，报出真实的价格是一个占优策略(Dominant Strategy)。

云提供商(Cloud Provider)向云租户(Tenant)提供带宽预留服务，尤其是在线流媒体服务提供商，他们有严格的带宽数量要求来保证他们的服务质量；拍卖者(Auctioneer)作为云提供商和云租户之间的掮客，决定赢者、赢者之间的匹配关系和赢者之间的相互支付。

如图1所示，拍卖者负责买家和卖家之间的交互，主要包括赢者决策、带宽颈留分配和定价策略三个阶段的工作。

赢者决策主要是应用McAfee算法来实现，包括如下步骤：

步骤1：排序；云提供商根据带宽的要价由低到高排序，即s′₁≤s′₂≤…≤s′_m；租户联盟以联盟综合报价由高到低排序，即Ω′₁≥Ω′₂≥...≥Ω′_g；

步骤2：选择临界值t为报价大于要价的最大的下标，即t为最大的，Ω′_t≥βs′_t，Ω′_t+1＜βs′_t+1；

步骤3：以Ω′_t+1和βs′_t+1为基准，计算临界价格p_k和q_i，其中p_k为获胜云提供商k的获得，q_i为获胜租户i的支付；如果那么，前t个匹配的买家-卖家对是良好的交易，也就是说列表L1的前t个云提供商是获胜的云提供商集合W^M，列表L2的前t个租户联盟是获胜的租户集合W^N；否则，最后一个匹配对被牺牲来保证放策略性，并且前t-1个云提供商和t-1个租户联盟是赢者；

带宽预留分配结果可用带宽预留结果矩阵表示 表示租户i从云提供商k赢得的带宽单位数。

定价策略分为以下两种情况：

①如果p_k＝q_i＝p₀；

②否则p_k＝βs′_t，

如图2所示，4个候选云提供商和由11个候选云租户组成的4个租户联盟，在赢者决策阶段确定了匹配关系。云提供商的要价由低到高排序，租户联盟的综合报价由高到低排序；找到i＝k＝2为报价大于要价的最大的下标，这里p₀＝560，所以p_k＝q_i＝p₀＝560。

可从以下四种情况分析该机制的真实性，也就是说租户和云提供商不能通过谎报来提高自己的收益，因此，真实的参与者也不用担心谎报带来的交易不公平：

首先对于云租户来说：

①若报价真实情况下，竞标失败，未赢得带宽，则其效用为0；若谎报情况下，竞标失败，未赢得带宽，则其效用也为0；因此谎报后效用不变，即云租户不能通过谎报来提高自己的收益；

②若报价真实情况下，竞标成功，赢得带宽，则其效用不小于0；若谎报情况下，竞标失败，未赢得带宽，则其效用为0；因此谎报后效用减少，即云租户不能通过谎报来提高自己的收益；

③若报价真实情况下，竞标失败，未赢得带宽，则其效用为0；若谎报情况下，竞标成功，赢得带宽，则其效用为其真实估值与最终交易之差，即

因此谎报后效用减少，即云租户不能通过谎报来提高自己的收益；

④若报价真实情况下，竞标成功，赢得带宽，则其效用不小于0；若谎报情况下，竞标成功，赢得带宽，因其真实估值与最终交易价不变，则其效用不变；因此谎报后效用不变，即云租户不能通过谎报来提高自己的收益；

因此，可以确保云租户报价的真实性。

同理，也可以确保云提供商报价的真实性。

综上，整个拍卖过程是一种防策略(Strategy-Proof)的分配机制，即双方通过谎报价格并不会提高他们的效用，也就是说，报出真实的价格是一个占优策略(DominantStrategy)。

对于拍卖商，所得利润分为以下两种情况：

因此，在以上两种情况下的定价方式下，拍卖商的利润始终为非负，即该拍卖机制满足预算平衡。

如图3所示，由于联盟的个数是确定的，再加上有一些约束条件，所以产生的联盟结构数量是有限的。在当前的联盟结构的分配下，重新进行联盟形成：

第一次迭代：寻找一个符合容量限制的交换操作，重新计算综合报价并排序，查看两个指标(租户满意度和资源利用率)；

第二次迭代：在新的联盟结构下寻找一个符合容量限制的交换操作，重新计算综合报价并排序，查看两个指标(满意度和资源利用率)；

如此重复迭代，直到联盟结构是稳定的。

Claims (5)

1.基于联盟形成的拍卖机制设计方法，其特征在于步骤如下：

(1)模拟云带宽预留市场为一个双边拍卖，其中有m个云提供商，n个租户和一个拍卖商；

(2)云提供商和租户同时向拍卖商分别提交他们密封的定价和投标，租户可形成多个联盟进行带宽预留；

(3)拍卖者进行决策工作，主要包括赢者决策、带宽预留分配、定价策略三个阶段的工作；

(4)每个租户对于某个云供应商所提供带宽形成的联盟主要是交换操作。

2.根据权利要求1所述的基于联盟形成的拍卖机制设计方法，其特征在于所述租户联盟形成，对剩余租户集迭代使用背包算法，找到租户联盟，在云提供商带宽容量β范围内最大化带宽需求总和；当所有租户形成联盟，联盟形成初始化完成。

3.根据权利要求1所述的基于联盟形成的拍卖机制设计方法，其特征在于所述交换操作，在能提高租户满意度和带宽利用率的情况下，不同联盟的租户间可以进行交换操作。

4.根据权利要求1所述的基于联盟形成的拍卖机制设计方法，其特征在于所述迭代进行交换操作，直至各个联盟中成员稳定，得到最优联盟划分。

5.根据权利要求1所述的基于联盟形成的拍卖机制设计方法，其特征在于所述赢者决策阶段主要是应用McAfee算法来实现，包括如下步骤：

步骤1：排序；云提供商根据带宽的要价由低到高排序，即s′₁≤s′₂≤…≤s′_m；租户联盟以联盟综合报价由高到低排序，即Ω′₁≥Ω′₂≥...≥Ω′_g；

步骤2：选择临界值t为报价大于要价的最大的下标，即t为最大的，Ω′_t≥βs′_t，Ω′_t+1＜βs′_t+1；

步骤3：以Ω′_t+1和βs′_t+1为基准，计算临界价格p_k和q_i，其中p_k为获胜云提供商k的获得，q_i为获胜租户i的支付；如果p_k＝q_i＝p₀；否则p_k＝βs′_t，