邊緣云模型的激勵機制分析

董春利，王 莉

(南京交通職業技術學院 電子信息工程學院，江蘇 南京 211188)

0 引言

云數據中心和移動云網絡被認為是集中式的范例，存儲和處理屬于云提供商的托管在大型數據中心內的資源。但是，該范例面臨著這樣的問題，如高峰使用，高運營成本，帶寬瓶頸和因自然災害的服務中斷。利用分布式“邊緣”設備的邊緣計算方法可解決這個問題。邊緣設備可是小規模數據中心，志愿者計算機，用戶設備(例如筆記本電腦、智能手機和iPad)以及在網絡外圍的傳感器[1]。

1 微云

微云稱為移動邊緣計算，或者移動朵云，是一個移動性增強的小規模云數據中心。它可位于網絡的邊緣，例如，在移動用戶連接的基站處，其目標是為移動用戶提供低延遲下的云服務。因此，微云被認為是三層模型的中間層。微云層的資源是有限的，因此基于競爭的定價方法，如雙重拍賣，非協作博弈或供需模型被有效地用于移動用戶的資源分配。

1.1 雙重拍賣

為了激勵資源池，微云可形成微云團組。ZHANG等[2]采用了微云團組的實時團購拍賣，以較低的價格向附近的移動用戶提供其服務，即移動視頻，同時最大限度地提高團隊的利潤。團購拍賣是一種雙重拍賣，如果有更多買方參與，買方可從賣方那里獲得更多折扣。該方法通過互聯網和移動用戶(即買方)，由連接到云團組(即零售商)的云(即提供商)組成。其中一個微云以初始拍賣價格，指定供應量和拍賣期開始拍賣。競拍價格高于拍賣價格的用戶被選為成功的競拍者，即贏家。潛在的競拍者包括不成功的競拍者和新來的用戶，按照競拍價格的降序進行排序。然后，微云以不低于價格曲線中的拍賣價格的方式，找到第一個競拍者。價格曲線是通過最大化微云的預期利潤函數獲得的非遞增拍賣價格序列。潛在的競拍者，其競拍價格高于第一個競拍者，是贏家。當拍賣結束時，所有贏家以最終交易價格購買服務，當選擇更多贏家時，這個價格會更低。該方案激勵更多用戶從微云組中選擇服務。

1.2 非協作博弈

GUAN等[3]考慮了一個具有多個經紀人的方法分配云資源(即計算資源和網絡帶寬)，將微云和公共云保留給移動用戶。長期預約和按需請求適用于公共云，但由于資源有限，應在微云實施競拍比例方案。競拍比例方案以購買價，按比例分配資源給買方。考慮到其他經紀人的方案，每個經紀人，即每個買方，決定其出價和按需請求，以使其平均云價最小化。平均價格是競拍價格的一個凸函數，經紀人可選擇將經紀人的平均價格降到最低。因此，非協作博弈用于確定它們的最優決策。然后采用雅可比最優響應算法迭代，實現所有經紀人的競拍價格最優的納什均衡的近似值。

1.3 供需模型

上述方法適用于用戶不在移動中的靜態環境。當它們移動時，依靠中央實體(例如拍賣)的定價方案是不合適的。在這樣的系統中，通過供需模型解決了移動用戶之間交換微云資源的問題，包括CPU周期，存儲和寬帶網絡。每個用戶擁有一個微云，并在移動過程中充當買方和賣方。鑒于預算，每個用戶的目標是最大化個人收益，這是購買資源的效用和銷售資源的成本之間的差別。這是一個凸問題，可用原始對偶算法來解決。該解決方案允許用戶決定出售的最優資源量。為了清理資源市場，同時最大化每個用戶的效用，引入了總量過剩需求函數。此功能是網絡中所有用戶的總需求量與總供應量之差。

2 客戶協助的云系統

客戶協助的云模型是分布式云的范例，通過開發客戶資源形成資源池。在這里，客戶或用戶被用作一個“邊緣”設備，屬于面向邊緣計算的外部網絡環境。在志愿者計算系統，微云和數據中心中，這種范例旨在減少網絡流量和服務器的資源負擔。接下來，在不同的分布式云模型中，將回顧經濟方法被用于激勵用戶/客戶貢獻它們的本地資源。

2.1 客戶協助的云存儲系統

ZHAO等[4]解決了為存儲服務提供商構建存儲池的問題(例如Amazon S3)，使用云用戶未利用的存儲和網絡帶寬資源。由于用戶和服務提供商的異步到達，可應用在線反向拍賣。每次詢問包含關于用戶可貢獻的，可用的時間窗口以及金錢報酬的資源數量的信息。在收到詢問后，服務提供商確定一個完成率，即用戶總資源與其資源需求的比率。如果比率小于1，服務提供商將使用數據中心服務器的存儲和帶寬。因此，資源池成本是對用戶的支付，加上服務器邊際資源成本的總和。服務提供商的優化問題決定了分配規則和支付，以便在確保用戶的個人理性和機制的真實性約束情況下，最小化資源池成本。

當另一個用戶需要使用資源時，會向服務提供商發出請求，導致延遲。此外，要保證資源的可用性，需求用戶和提供商之間的交互需要考慮。分布式云模型，如自組織云和社交云可采用。

2.2 自組織云

自組織云允許多個用戶的主機通過互聯網上的P2P覆蓋網絡連接。由于每個用戶可充當資源提供商或資源請求者，它們之間的資源交換通常是雙重拍賣模型。采用雙重拍賣用于用戶之間的任務分配，該模型組成了請求用戶，買方，需要資源，即計算資源和網絡帶寬，執行它們的來自提供商的任務。提供商充當賣方，為這項任務的執行貢獻資源。提交競拍之前，通過使用價格設置機制，例如，SpotCloud，買方對所需資源價格有粗略估計。買方然后提交給云計劃者，即拍賣經理，它們自己的競拍，包括任務描述，資源規格和估計的價格。云計劃者選擇最高價格的購買者作為贏家。然后，云計劃者向網絡中的所有賣方發送贏家的請求。有興趣的賣方把它們的詢問，返回給云計劃者。選擇價格最低的賣方為買方贏家提供資源。最低的價格也是買方的贏家支付的價格。

2.3 社交云

社交云是“利用社交網絡成員之間建立的關系的資源和服務共享框架”，這個模型和自組織云相似。但是，如果在自組織云中的用戶是匿名的，不對它們的行為負責，那么可通過社交云中現有的朋友關系來建立問責制。社交市場是社交云的核心，這與在線采購市場類似。社交網絡中的資源提供商，以順序方式到達，提供它們的服務，因此通常使用貼價機制。

3 結語

微云層一般采用如雙重拍賣，非協作博弈和供需模型等基于競爭的定價方法。觀察到最近已經研究了更多的客戶協助的云系統。這是合理的，因為分布式云模型減少了用戶的成本和服務延遲。