[发明专利]一种基于在线激励的边缘计算合作计算资源分配方法

权利要求书

1.一种基于在线激励的边缘计算合作计算资源分配方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1.基于边缘计算工业物联网模型，建立任务合作计算模型，任务合作计算模型利用三种合作计算任务分配方式协同执行任务，三种合作计算任务分配方式的执行者包括主边缘计算服务器，相邻边缘计算服务器和设备集群，其中，主边缘计算服务器为用于汇总所有待处理任务的边缘计算服务器，

所述边缘计算工业物联网模型表示为：一组边缘计算服务器M＝{1,2,…M}和工业物联网终端设备N＝{1,2,…N}，通过任一边缘计算服务器j∈M作为主边缘计算服务器接收其覆盖范围下工业物联网终端设备的任务请求，或通过相邻边缘计算服务器接收其它工业物联网终端设备的任务请求，当边缘计算服务器j∈M作为多个工业物联网终端设备的主边缘计算服务器时，使用G_j＝{1,2,…G_j}，表示选择第j个边缘计算服务器作为主边缘计算服务器的一组工业物联网终端设备集合，相邻的边缘计算服务器集合表示为Q_j＝{1,2,…Q_j},Q_j∈M，第j个边缘计算服务器作为主边缘计算服务器下的工业物联网终端设备通过聚类形成多个集群，设备集群表示为H_j＝{H₁,H₂,…H_j}，H_j表示第j个边缘计算服务器作为主边缘计算服务器下的工业物联网终端设备通过聚类形成的第H_j个集群，其中，边缘计算服务器包括主边缘计算服务器和相邻边缘计算服务器；

S2.利用任务合作计算模型，建立主边缘计算服务器与三种合作计算任务分配方式的执行者之间的在线拍卖模型，主边缘计算服务器为买方，三种合作计算任务分配方式的执行者为卖方，可信的第三方机构为拍卖商，其中，可信的第三方机构为位于边缘计算服务器的智能代理，负责交易过程和在线决策，交易过程和在线决策包括执行模式的选择和价格的确定；

S3.基于在线拍卖模型，建立买方所获得的效用模型和卖方所获得的效用模型，从而建立系统的效用模型；

S4.基于边缘计算服务器和工业物联网终端设备中计算资源的异构性，任务的动态性和异构性，根据任务的三种合作计算任务分配方式，通过系统的效用模型和在线拍卖特性，构建了系统效用最大化问题；

S5.任务到达主边缘计算服务器，主边缘计算服务器向拍卖商提供投标；

S6.拍卖商得到投标信息后，以最大化系统效用为目标决定任务的最优分配方案；

S7.判断拍卖过程中的个人理性特性，即确定买方付给赢家的支付价格，买方付给赢家的支付价格小于或等于投标价格，买方付给未获胜方支付价格为零，其中，赢家表示中标的卖家，即任务最优分配方案的执行者，未获胜方表示没中标的卖家；

S8.在买家付给赢家支付价格后，以最优分配方案执行任务；

其中，所述步骤S3包括以下步骤：

S31.所述买方，即主边缘计算服务器所获得的效用模型为：

其中，U_ij表示主边缘计算服务器j∈M对于设备i∈N的任务A_ij的买方效用，k表示任务的分配方式，即k表示卖家，所述任务的分配方式包括主边缘计算服务器、相邻边缘计算服务器和设备集群三种，表示任务的分配方式为k时任务A_ij的投标价格，表示买方对中标的任务的分配方式k执行任务A_ij所付的支付价格；

S32.所述卖方所获得的效用模型为：

其中，U_k表示卖家k的收益，对于主边缘计算服务器j∈M收到的来自设备i∈N的任务A_ij，卖方的效用还取决卖方提供计算服务的成本，为卖家k执行任务A_ij消耗实际成本；

S33.基于在线拍卖模型，所述的系统的效用模型为：

其中，表示任务A_ij由主边缘计算服务器、相邻边缘计算服务器和设备集群方式三种分配方式中的一种执行,表示在线拍卖模型通过分配方式k执行任务A_ij的总效用,表示为

所述步骤S4具体包括以下内容：

所述的系统效用最大化问题为：

所述的系统效用最大化问题的约束条件为：任务的分配方式k在满足任务的时延、动态性、计算资源需求的同时，还满足边缘计算服务器中计算资源R_j的约束、工业物联网终端设备中计算资源R_v的约束以及主边缘计算服务器与相邻边缘计算服务器、主边缘计算服务器与工业物联网设备之间的带宽资源约束的限制条件时，卖家的投标才会被接受，任务才能够被成功完成；

此外，所述的系统效用最大化问题还需要满足在线拍卖特性，所述的在线拍卖特性包括激励兼容性、个人理性和计算效率特性，激励兼容性表示主边缘计算服务器不能虚报其收到的任务的投标信息，个人理性表示主边缘计算服务器对于其收到的任务的效用，即买方的效用不能少于0，计算效率表示所提的在线激励方式能够在多项式时间内求解问题；

在能够成功完成任务并且满足在线拍卖特性的卖家中选择系统效用最大的卖家作为赢家。