CN112465554A - 一种基于区块链的计算资源定价方法 - Google Patents

一种基于区块链的计算资源定价方法 Download PDF

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CN112465554A CN202011396093.6A CN202011396093A CN112465554A CN 112465554 A CN112465554 A CN 112465554A CN 202011396093 A CN202011396093 A CN 202011396093A CN 112465554 A CN112465554 A CN 112465554A
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computing resource
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郭绍华
陈龙
郑洪铠
宗义澎
闫浩宇
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Guangdong University of Technology
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Abstract

本发明提供一种基于区块链的计算资源定价方法，包括以下步骤：S1：构建基于区块链的计算资源交易网络；S2：计算当前时段计算资源交易网络中计算资源的生产量和需求量；S3：根据当前时段计算资源的生产量和需求量预测下一时段计算资源的生产量和需求量；并以预测得到的下一时段计算资源的生产量和需求量动态调整下一时段计算资源的定价。本发明提供一种基于区块链的计算资源定价方法，引入区块链技术，通过当前时段计算资源的供需关系来预测下一时段计算资源的供需关系，并动态地调整下一时段计算资源的定价，充分考虑供需双侧的需求，能够让供需双侧同时受益，解决了现有的计算资源定价方法存在定价不均衡的问题。

Description

一种基于区块链的计算资源定价方法
技术领域
本发明涉及计算资源定价技术领域，更具体的，涉及一种基于区块链的计算资源定价方法。
背景技术
近几年来，区块链技术受到了各个行业的广泛关注，如信用记录、资产管理、防伪技术、智能交通、智能合约等。智能合约的概念在1994年首次提出，区块链技术的出现为智能合约提供了更理想的平台，使智能合约具有分布式存储和不可篡改的特性。同时，随着社会经济的发展，人们对于计算资源的需求越来越高，在自身计算机性能不足的时候，多数人会选择租借服务器来满足自身的计算需求。
但是，现有的计算资源定价方法存在定价不均衡的问题，在高峰时段或其他特殊时期，人们对于计算资源的需求较高，导致网络中的计算资源有一定的下滑，而经常在非高峰时期使用的人却要付相同的费用。
现有技术中，如2018年11月13日公开的中国专利，一种基于区块链的买方逆向定价方法与系统，公开号为CN108805602A，避免了中心化的系统管理平台对买卖双方交易的控制权，但没有解决定价不均衡的问题。
发明内容
本发明为克服现有的计算资源定价方法存在定价不均衡的技术缺陷，提供一种基于区块链的计算资源定价方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于区块链的计算资源定价方法，包括以下步骤：
S1：构建基于区块链的计算资源交易网络，其包括：云服务器、若干边缘服务器和若干用户；
S2：计算当前时段计算资源交易网络中所有边缘服务器的计算资源的生产量和所有用户的计算资源的需求量；
S3：根据当前时段计算资源的生产量和需求量预测下一时段计算资源的生产量和需求量；并以预测得到的下一时段计算资源的生产量和需求量动态调整下一时段计算资源的定价。
上述方案中，引入区块链技术，通过当前时段计算资源的供需关系来预测下一时段计算资源的供需关系，并动态地调整下一时段计算资源的定价，充分考虑供需双侧的需求，能够让供需双侧同时受益。
优选的，在步骤S2中，
定义用户Uj，j∈{1,2,…,M}，M为用户总个数；边缘服务器Si，i∈{1,2,…,N}，N为边缘服务器个数；当前时段用户Uj所需的计算资源表示为
Figure BDA0002815284330000021
当前时段计算资源交易网络中所有用户的计算资源的需求量等于所有用户的计算资源需求总和
Figure BDA0002815284330000022
优选的，在步骤S2中，
定义在当前时段内，边缘服务器Si最低消耗的计算资源为
Figure BDA0002815284330000023
边缘服务器Si实际消耗的计算资源为
Figure BDA0002815284330000024
边缘服务器Si产生的计算资源为
Figure BDA0002815284330000025
Figure BDA0002815284330000026
N为边缘服务器个数；边缘服务器Si产生的空闲计算资源为
Figure BDA0002815284330000027
当前时段计算资源交易网络中所有边缘服务器的计算资源的生产量等于所有边缘服务器的空闲计算资源总和
Figure BDA0002815284330000028
N为边缘服务器个数；
若
Figure BDA0002815284330000029
则边缘服务器Si被视为生产者，并确定其计算资源使用量
Figure BDA00028152843300000210
其中，
Figure BDA00028152843300000211
若
Figure BDA00028152843300000212
则边缘服务器Si被视为消费者，其所需的额外计算资源从其他边缘服务器或云服务器获取。
优选的，在步骤S3中，还包括计算边缘服务器取得最大收益的条件，具体为：
假设下一时段计算资源的出售单价为Ps；
则边缘服务器Si的收益函数为：
Figure BDA0002815284330000031
其中，αi为边缘服务器Si消耗单位计算资源所产生的收益；
Figure BDA0002815284330000032
为边缘服务器Si实际消耗的计算资源；
Figure BDA0002815284330000033
为边缘服务器Si消耗计算资源
Figure BDA0002815284330000034
后产生的收益；边缘服务器Si产生的计算资源为
Figure BDA0002815284330000035
Figure BDA0002815284330000036
为边缘服务器Si将空闲计算资源
Figure BDA0002815284330000037
出售后产生的收益；
要在满足边缘服务器Si最低消耗的计算资源
Figure BDA0002815284330000038
的前提下，追求最大收益，还需满足以下条件：
Figure BDA0002815284330000039
因此，边缘服务器取得最大收益的条件为：
Figure BDA00028152843300000310
优选的，当生产量
Figure BDA00028152843300000311
时，即当前时段所有边缘服务器的空闲计算资源满足所有用户的计算资源需求时，要满足交易双方都取得最大收益，应有：
降低下一时段计算资源的出售单价Ps，使供需达到平衡，即：
Figure BDA00028152843300000312
联立边缘服务器Si的收益函数Gi即可得出：
下一时段计算资源的购买单价
Figure BDA00028152843300000313
此时，用户的全部计算资源需求由边缘服务器提供，因此，Ps＝Pb。
优选的，当生产量
Figure BDA0002815284330000041
时，即当前时段所有边缘服务器的空闲计算资源不满足所有用户的计算资源需求时，购买计算资源的总费用C：
Figure BDA0002815284330000042
由于
Figure BDA0002815284330000043
其中，
Figure BDA0002815284330000044
为云服务器出售计算资源的单价，可得C为凹函数，对于用户而言，总希望以最小的代价获取所需的计算资源，因此，当购买计算资源的总费用最小时，需满足：
Figure BDA0002815284330000045
联立边缘服务器取得最大收益的条件，即
Figure BDA0002815284330000046
可得：
Figure BDA0002815284330000047
Figure BDA0002815284330000048
Figure BDA0002815284330000049
优选的，在所述基于区块链的计算资源交易网络中，利用智能合约自动执行计算资源交易的过程。
优选的，在计算资源交易网络的区块链中将所有节点按照字典序排序，若当前连接在区块链上的块数与节点个数的取模运算结果等于某个节点的序号，则将该节点视为本轮的inturn节点。
优选的，计算资源交易网络的区块链使用Clique算法作为共识算法。
优选的，在计算资源交易网络中将每一轮区块链出块的间隔时间设置为计算资源定价的变化周期。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供了一种基于区块链的计算资源定价方法，引入区块链技术，通过当前时段计算资源的供需关系来预测下一时段计算资源的供需关系，并动态地调整下一时段计算资源的定价，充分考虑供需双侧的需求，能够让供需双侧同时受益。
附图说明
图1为本发明的技术方案实施步骤流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种基于区块链的计算资源定价方法，包括以下步骤：
S1：构建基于区块链的计算资源交易网络，其包括：云服务器、若干边缘服务器和若干用户；
S2：计算当前时段计算资源交易网络中所有边缘服务器的计算资源的生产量和所有用户的计算资源的需求量；
S3：根据当前时段计算资源的生产量和需求量预测下一时段计算资源的生产量和需求量；并以预测得到的下一时段计算资源的生产量和需求量动态调整下一时段计算资源的定价。
更具体的，在步骤S2中，
定义用户Uj，j∈{1,2,…,M}，M为用户总个数；边缘服务器Si，i∈{1,2,…,N}，N为边缘服务器个数；当前时段用户Uj所需的计算资源表示为
Figure BDA0002815284330000061
当前时段计算资源交易网络中所有用户的计算资源的需求量等于所有用户的计算资源需求总和
Figure BDA0002815284330000062
在具体实施过程中，用户通过手机等终端设备向边缘服务器购买计算资源，计算资源如CPU可利用计算时长等。
更具体的，在步骤S2中，
定义在当前时段内，边缘服务器Si最低消耗的计算资源为
Figure BDA0002815284330000063
边缘服务器Si实际消耗的计算资源为
Figure BDA0002815284330000064
边缘服务器Si产生的计算资源为
Figure BDA0002815284330000065
Figure BDA0002815284330000066
N为边缘服务器个数；边缘服务器Si产生的空闲计算资源为
Figure BDA0002815284330000067
当前时段计算资源交易网络中所有边缘服务器的计算资源的生产量等于所有边缘服务器的空闲计算资源总和
Figure BDA0002815284330000068
N为边缘服务器个数；
若
Figure BDA0002815284330000069
则边缘服务器Si被视为生产者，并确定其计算资源使用量
Figure BDA00028152843300000610
其中，
Figure BDA00028152843300000611
若
Figure BDA00028152843300000612
则边缘服务器Si被视为消费者，其所需的额外计算资源从其他边缘服务器或云服务器获取。
更具体的，在步骤S3中，还包括计算边缘服务器取得最大收益的条件，具体为：
假设下一时段计算资源的出售单价为Ps；
则边缘服务器Si的收益函数为：
Figure BDA00028152843300000613
其中，αi为边缘服务器Si消耗单位计算资源所产生的收益；
Figure BDA00028152843300000614
为边缘服务器Si实际消耗的计算资源；
Figure BDA0002815284330000071
为边缘服务器Si消耗计算资源
Figure BDA0002815284330000072
后产生的收益；边缘服务器Si产生的计算资源为
Figure BDA0002815284330000073
Figure BDA0002815284330000074
为边缘服务器Si将空闲计算资源
Figure BDA0002815284330000075
出售后产生的收益；
要在满足边缘服务器Si最低消耗的计算资源
Figure BDA0002815284330000076
的前提下，追求最大收益，还需满足以下条件：
Figure BDA0002815284330000077
因此，边缘服务器取得最大收益的条件为：
Figure BDA0002815284330000078
实施例2
更具体的，当生产量
Figure BDA0002815284330000079
时，即当前时段所有边缘服务器的空闲计算资源满足所有用户的计算资源需求时，要满足交易双方都取得最大收益，应有：
降低下一时段计算资源的出售单价Ps，使供需达到平衡，即：
Figure BDA00028152843300000710
联立边缘服务器Si的收益函数Gi即可得出：
下一时段计算资源的购买单价
Figure BDA00028152843300000711
此时，用户的全部计算资源需求由边缘服务器提供，因此，Ps＝Pb。
实施例3
更具体的，当生产量
Figure BDA00028152843300000712
时，即当前时段所有边缘服务器的空闲计算资源不满足所有用户的计算资源需求时，购买计算资源的总费用C：
Figure BDA0002815284330000081
由于
Figure BDA0002815284330000082
其中，
Figure BDA0002815284330000083
为云服务器出售计算资源的单价，可得C为凹函数，对于用户而言，总希望以最小的代价获取所需的计算资源，因此，当购买计算资源的总费用最小时，需满足：
Figure BDA0002815284330000084
联立边缘服务器取得最大收益的条件，即
Figure BDA0002815284330000085
可得：
Figure BDA0002815284330000086
Figure BDA0002815284330000087
Figure BDA0002815284330000088
更具体的，在所述基于区块链的计算资源交易网络中，利用智能合约自动执行计算资源交易的过程。
在具体实施过程中，利用智能合约自动执行计算资源交易的过程，使交易双方在相互之间没有信任的前提下完成计算资源的交易，同时能够有效地减少用户在中间拍卖商上的开销，增加数据透明度，保护用户隐私。
在具体实施过程中，区块链层记录了整个计算资源交易网络的数据，包括各个时段的计算资源的出售和购买单价，以及从其他边缘服务器或云服务器获取计算资源的信息。在区块链的区块结构中，区块体记录了各个边缘服务器注入的计算资源和用户的终端设备使用计算资源的具体信息，同时，该区块也记录了下一个时段计算资源的出售单价和用户购买计算资源的单价。
更具体的，在计算资源交易网络的区块链中将所有节点按照字典序排序，若当前连接在区块链上的块数与节点个数的取模运算结果等于某个节点的序号，则将该节点视为本轮的inturn节点。
在具体实施过程中，区块链中的节点包括边缘服务器和用户的终端设备。每一轮的inturn节点挖出的区块难度会比其他节点的大，在整个区块链中，所有节点总是维护一条难度总值最大的区块链为主链。
更具体的，计算资源交易网络的区块链使用Clique算法作为共识算法。
在具体实施过程中，Clique算法中每一轮只有一个inturn节点，inturn节点签名的区块会立即广播，而其他节点签名的区块会延迟一段时间后广播，因此，保证了inturn节点签名的区块有更高的优先级上链。
更具体的，在计算资源交易网络中将每一轮区块链出块的间隔时间设置为计算资源定价的变化周期。
在具体实施过程中，在每个时段，每个节点将本地记录的计算资源的使用量和消耗量等信息广播给其他节点，其他节点收到信息后将所有信息汇总，结算，并写入区块中。每个节点在打包区块时，会将本时段的实际计算资源消耗量与计算资源生产量作为下一时段计算资源需求量与生产量的预测，并计算下一时段计算资源的出售单价和购买单价，并写入区块。
实施例4
在本实施例中，模拟10个用户和10个边缘服务器在计算资源交易网络中购买和出售计算资源的场景，每个边缘服务器的收益参数α设置为0.6，每个时段为30min，并在创世区块中，设Ps＝Pb＝0.6。同时，根据当下的峰谷价格设定，在一天中的使用高峰期为8：00-12：00，14：00-17：00和19：00-23：00，Ps Gird＝10.0；使用低谷期为1：00-8：00，Ps Gird＝3.0；使用平价期为12：00-14：00，17：00-19：00和23：00-1：00，Ps Gird＝6.0。设CTra表示传统定价模式下10个用户一天的计算资源总费用，CNew表示新定价模式下10个用户一天的计算资源总费用，UTra表示传统模式下10个边缘服务器将所有资源用于自己消费产生的总收益，UNew表示新定价模式下10个边缘服务器的总收益。比较表明，在新定价模式下，10个边缘服务器一天的总收益比传统模式下自己使用全部计算资源的总收益多3147.1元，10个用户一天中使用计算资源的总支出比传统模式下的总支出少5813.4元，因此，新的定价模式在增加产消者收益的同时，还减少了消费者使用计算资源的费用，使计算资源得到了更好的利用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于区块链的计算资源定价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：构建基于区块链的计算资源交易网络，其包括：云服务器、若干边缘服务器和若干用户；
S2：计算当前时段计算资源交易网络中所有边缘服务器的计算资源的生产量和所有用户的计算资源的需求量；
S3：根据当前时段计算资源的生产量和需求量预测下一时段计算资源的生产量和需求量；并以预测得到的下一时段计算资源的生产量和需求量动态调整下一时段计算资源的定价。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的计算资源定价方法，其特征在于，在步骤S2中，
定义用户Uj，j∈{1,2,…,M}，M为用户总个数；边缘服务器Si，i∈{1,2,…,N}，N为边缘服务器个数；当前时段用户Uj所需的计算资源表示为
Figure FDA0002815284320000011
当前时段计算资源交易网络中所有用户的计算资源的需求量等于所有用户的计算资源需求总和
Figure FDA0002815284320000012
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的计算资源定价方法，其特征在于，在步骤S2中，
定义在当前时段内，边缘服务器Si最低消耗的计算资源为
Figure FDA0002815284320000013
边缘服务器Si实际消耗的计算资源为
Figure FDA0002815284320000014
边缘服务器Si产生的计算资源为
Figure FDA0002815284320000015
Figure FDA0002815284320000016
N为边缘服务器个数；边缘服务器Si产生的空闲计算资源为
Figure FDA0002815284320000017
当前时段计算资源交易网络中所有边缘服务器的计算资源的生产量等于所有边缘服务器的空闲计算资源总和
Figure FDA0002815284320000018
N为边缘服务器个数；
若
Figure FDA0002815284320000019
则边缘服务器Si被视为生产者，并确定其计算资源使用量
Figure FDA00028152843200000110
其中，
Figure FDA00028152843200000111
若
Figure FDA0002815284320000021
则边缘服务器Si被视为消费者，其所需的额外计算资源从其他边缘服务器或云服务器获取。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的计算资源定价方法，其特征在于，在步骤S3中，还包括计算边缘服务器取得最大收益的条件，具体为：
假设下一时段计算资源的出售单价为Ps；
则边缘服务器Si的收益函数为：
Figure FDA0002815284320000022
其中，αi为边缘服务器Si消耗单位计算资源所产生的收益；
Figure FDA0002815284320000023
为边缘服务器Si实际消耗的计算资源；
Figure FDA0002815284320000024
为边缘服务器Si消耗计算资源
Figure FDA0002815284320000025
后产生的收益；边缘服务器Si产生的计算资源为
Figure FDA0002815284320000026
Figure FDA0002815284320000027
为边缘服务器Si将空闲计算资源
Figure FDA0002815284320000028
出售后产生的收益；
要在满足边缘服务器Si最低消耗的计算资源
Figure FDA0002815284320000029
的前提下，追求最大收益，还需满足以下条件：
Figure FDA00028152843200000210
因此，边缘服务器取得最大收益的条件为：
Figure FDA00028152843200000211
5.根据权利要求4所述的一种基于区块链的计算资源定价方法，其特征在于，当生产量
Figure FDA00028152843200000212
时，即当前时段所有边缘服务器的空闲计算资源满足所有用户的计算资源需求时，要满足交易双方都取得最大收益，应有：
降低下一时段计算资源的出售单价Ps，使供需达到平衡，即：
Figure FDA0002815284320000031
联立边缘服务器Si的收益函数Gi即可得出：
下一时段计算资源的购买单价
Figure FDA0002815284320000032
此时，用户的全部计算资源需求由边缘服务器提供，因此，Ps＝Pb。
6.根据权利要求4所述的一种基于区块链的计算资源定价方法，其特征在于，当生产量
Figure FDA0002815284320000033
时，即当前时段所有边缘服务器的空闲计算资源不满足所有用户的计算资源需求时，购买计算资源的总费用C：
Figure FDA0002815284320000034
由于
Figure FDA0002815284320000035
其中，
Figure FDA0002815284320000038
为云服务器出售计算资源的单价，可得C为凹函数，对于用户而言，总希望以最小的代价获取所需的计算资源，因此，当购买计算资源的总费用最小时，需满足：
Figure FDA0002815284320000036
联立边缘服务器取得最大收益的条件，即
Figure FDA0002815284320000037
可得：
Figure FDA0002815284320000041
Figure FDA0002815284320000042
Figure FDA0002815284320000043
7.根据权利要求1所述的一种基于区块链的计算资源定价方法，其特征在于，在所述基于区块链的计算资源交易网络中，利用智能合约自动执行计算资源交易的过程。
8.根据权利要求1所述的一种基于区块链的计算资源定价方法，其特征在于，在计算资源交易网络的区块链中将所有节点按照字典序排序，若当前连接在区块链上的块数与节点个数的取模运算结果等于某个节点的序号，则将该节点视为本轮的inturn节点。
9.根据权利要求1所述的一种基于区块链的计算资源定价方法，其特征在于，计算资源交易网络的区块链使用Clique算法作为共识算法。
10.根据权利要求1所述的一种基于区块链的计算资源定价方法，其特征在于，在计算资源交易网络中将每一轮区块链出块的间隔时间设置为计算资源定价的变化周期。
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