[发明专利]基于合作博弈的云下行任务边缘节点资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于合作博弈的云下行任务边缘节点资源分配方法，通过将云下行任务建模为重叠联盟从而形成博弈，然后采用合作博弈的思想来激励边缘节点合作执行云下行任务，形成多个云服务下行任务对应的重叠联盟，以实现资源分配均衡，从而避免资源集中在回报率高的任务上，造成回报率高的任务资源浪费，回报率低的任务无法收集足够多资源的现象。此外，本发明分析了博弈中边缘节点的合作行为，根据其行为定义了一种边缘节点交替操作，基于交替操作，提出了一种两阶段重叠联盟构造优化算法，不断通过边缘节点提供资源的交替行为来，以求解边缘节点在博弈中的策略，得到了近似最优解。

技术领域

本发明涉及边缘计算环境中云服务下行的合作，尤其涉及一种基于合作博弈的云下行任务边缘节点资源分配方法。

背景技术

随着5G技术的发展，近几年来边缘计算正在兴起并得到蓬勃发展。通过将云服务从远程云下行到靠近终端用户的网络边缘，边缘计算具有多重优势：边缘计算节约了用于数据传输的网络带宽，缓解了网络流量压力，尤其是当前流行的虚拟现实、视频分析等数据密集型应用带来的流量压力；在边缘计算中，终端用户可以获得时间敏感型应用程序的即时响应，网络服务质量（QoS）显著提高；充分利用边缘节点的资源空闲，增强了整个网络的计算能力。由于边缘计算具有种种优势，学术界和工业界的研究人员都就边缘计算展开了大量研究，比如边缘计算中的服务放置和请求调度。

在边缘计算环境中，激励边缘节点参与云服务下行任务的激励机制至关重要。当为云平台运行下行云服务时，边缘节点需要消耗其自身资源，包括计算、通信、存储和电源资源。这会产生大量的成本，牺牲了边缘节点自身的利益。出于理性和自私的考虑，边缘节点如果不能从其提供资源的任务中获得令人满意的报酬，就不愿参与执行云服务下行任务。因此，云平台如果不支付有足够吸引力的报酬作为资源成本的补偿，将无法从边缘节点处收集到足够的资源来运行这些下行的云服务，无法保证这些下行云服务的性能。一些学者已经注意到了上述问题，为边缘计算中的云服务下行系统设计了激励机制。例如，RMCS重点关注移动人群感知问题，设计了一种深度学习和边缘计算集成的激励兼容框架以招募积极的参与者；另外有部分工作考虑了雾节点的异构性，提出了基于合同理论的计算资源下行激励机制。还有基于斯塔克伯格博弈设计了不同的激励机制来鼓励边缘节点充分从云节点承担任务的方法。然而，大多数现有工作都假设边缘节点在选择云服务下行任务时独立地进行决策，或者只对单任务问题进行研究，没有考虑多个云服务下行任务进行决策时边缘节点的策略将如何每个任务的性能。在这种情况下，边缘节点倾向于参与高额报酬的云服务下行任务，以最大程度地提高自身利润。这将导致不同云服务下行任务之间所收集的资源分配不平衡。一方面，总报酬高的任务吸引了许多边缘节点提供资源，导致该任务收集过多资源而形成资源浪费以及每个参与者从这项任务中分得报酬较低。另一方面，总报酬低的任务无法招募足够的参与者，使得任务无法被保质保量地执行。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于合作博弈的云下行任务边缘节点资源分配方法，以解决现有方法云下行任务边缘节点资源分配不平衡的现有技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于合作博弈的云下行任务边缘节点资源分配方法，参见图1，包括以下步骤：

S1：获取云－边－端三层架构的边缘计算环境。

首先通过图2对云下行系统进行说明。图2展示了边缘计算云服务下行系统的示例，其中，云服务与边缘节点间虚线表示云节点给边缘节点的报酬，云服务与边缘节点间实线表示边缘节点为云节点提供的资源，终端用户与边缘节点间虚线表示本地终端用户向其对应的边缘节点支付的奖励，终端用户与边缘节点间实线表示边缘节点为终端用户提供的资源。每个云节点可以将其服务下行到多个边缘节点，每个边缘节点可以同时参与多个云服务下行任务。从图2可以看出，云服务下行系统共有三个层次：第一层是一个由多个云节点组成的云平台，第二层是多个由边缘服务器构成的边缘节点，第三层是许多靠近边缘节点的终端用户。本发明获取的云－边－端三层架构的边缘计算环境亦为此类环境。