边缘云模型的激励机制分析

董春利，王 莉

(南京交通职业技术学院 电子信息工程学院，江苏 南京 211188)

0 引言

云数据中心和移动云网络被认为是集中式的范例，存储和处理属于云提供商的托管在大型数据中心内的资源。但是，该范例面临着这样的问题，如高峰使用，高运营成本，带宽瓶颈和因自然灾害的服务中断。利用分布式“边缘”设备的边缘计算方法可解决这个问题。边缘设备可是小规模数据中心，志愿者计算机，用户设备(例如笔记本电脑、智能手机和iPad)以及在网络外围的传感器[1]。

1 微云

微云称为移动边缘计算，或者移动朵云，是一个移动性增强的小规模云数据中心。它可位于网络的边缘，例如，在移动用户连接的基站处，其目标是为移动用户提供低延迟下的云服务。因此，微云被认为是三层模型的中间层。微云层的资源是有限的，因此基于竞争的定价方法，如双重拍卖，非协作博弈或供需模型被有效地用于移动用户的资源分配。

1.1 双重拍卖

为了激励资源池，微云可形成微云团组。ZHANG等[2]采用了微云团组的实时团购拍卖，以较低的价格向附近的移动用户提供其服务，即移动视频，同时最大限度地提高团队的利润。团购拍卖是一种双重拍卖，如果有更多买方参与，买方可从卖方那里获得更多折扣。该方法通过互联网和移动用户(即买方)，由连接到云团组(即零售商)的云(即提供商)组成。其中一个微云以初始拍卖价格，指定供应量和拍卖期开始拍卖。竞拍价格高于拍卖价格的用户被选为成功的竞拍者，即赢家。潜在的竞拍者包括不成功的竞拍者和新来的用户，按照竞拍价格的降序进行排序。然后，微云以不低于价格曲线中的拍卖价格的方式，找到第一个竞拍者。价格曲线是通过最大化微云的预期利润函数获得的非递增拍卖价格序列。潜在的竞拍者，其竞拍价格高于第一个竞拍者，是赢家。当拍卖结束时，所有赢家以最终交易价格购买服务，当选择更多赢家时，这个价格会更低。该方案激励更多用户从微云组中选择服务。

1.2 非协作博弈

GUAN等[3]考虑了一个具有多个经纪人的方法分配云资源(即计算资源和网络带宽)，将微云和公共云保留给移动用户。长期预约和按需请求适用于公共云，但由于资源有限，应在微云实施竞拍比例方案。竞拍比例方案以购买价，按比例分配资源给买方。考虑到其他经纪人的方案，每个经纪人，即每个买方，决定其出价和按需请求，以使其平均云价最小化。平均价格是竞拍价格的一个凸函数，经纪人可选择将经纪人的平均价格降到最低。因此，非协作博弈用于确定它们的最优决策。然后采用雅可比最优响应算法迭代，实现所有经纪人的竞拍价格最优的纳什均衡的近似值。

1.3 供需模型

上述方法适用于用户不在移动中的静态环境。当它们移动时，依靠中央实体(例如拍卖)的定价方案是不合适的。在这样的系统中，通过供需模型解决了移动用户之间交换微云资源的问题，包括CPU周期，存储和宽带网络。每个用户拥有一个微云，并在移动过程中充当买方和卖方。鉴于预算，每个用户的目标是最大化个人收益，这是购买资源的效用和销售资源的成本之间的差别。这是一个凸问题，可用原始对偶算法来解决。该解决方案允许用户决定出售的最优资源量。为了清理资源市场，同时最大化每个用户的效用，引入了总量过剩需求函数。此功能是网络中所有用户的总需求量与总供应量之差。

2 客户协助的云系统

客户协助的云模型是分布式云的范例，通过开发客户资源形成资源池。在这里，客户或用户被用作一个“边缘”设备，属于面向边缘计算的外部网络环境。在志愿者计算系统，微云和数据中心中，这种范例旨在减少网络流量和服务器的资源负担。接下来，在不同的分布式云模型中，将回顾经济方法被用于激励用户/客户贡献它们的本地资源。

2.1 客户协助的云存储系统

ZHAO等[4]解决了为存储服务提供商构建存储池的问题(例如Amazon S3)，使用云用户未利用的存储和网络带宽资源。由于用户和服务提供商的异步到达，可应用在线反向拍卖。每次询问包含关于用户可贡献的，可用的时间窗口以及金钱报酬的资源数量的信息。在收到询问后，服务提供商确定一个完成率，即用户总资源与其资源需求的比率。如果比率小于1，服务提供商将使用数据中心服务器的存储和带宽。因此，资源池成本是对用户的支付，加上服务器边际资源成本的总和。服务提供商的优化问题决定了分配规则和支付，以便在确保用户的个人理性和机制的真实性约束情况下，最小化资源池成本。

当另一个用户需要使用资源时，会向服务提供商发出请求，导致延迟。此外，要保证资源的可用性，需求用户和提供商之间的交互需要考虑。分布式云模型，如自组织云和社交云可采用。

2.2 自组织云

自组织云允许多个用户的主机通过互联网上的P2P覆盖网络连接。由于每个用户可充当资源提供商或资源请求者，它们之间的资源交换通常是双重拍卖模型。采用双重拍卖用于用户之间的任务分配，该模型组成了请求用户，买方，需要资源，即计算资源和网络带宽，执行它们的来自提供商的任务。提供商充当卖方，为这项任务的执行贡献资源。提交竞拍之前，通过使用价格设置机制，例如，SpotCloud，买方对所需资源价格有粗略估计。买方然后提交给云计划者，即拍卖经理，它们自己的竞拍，包括任务描述，资源规格和估计的价格。云计划者选择最高价格的购买者作为赢家。然后，云计划者向网络中的所有卖方发送赢家的请求。有兴趣的卖方把它们的询问，返回给云计划者。选择价格最低的卖方为买方赢家提供资源。最低的价格也是买方的赢家支付的价格。

2.3 社交云

社交云是“利用社交网络成员之间建立的关系的资源和服务共享框架”，这个模型和自组织云相似。但是，如果在自组织云中的用户是匿名的，不对它们的行为负责，那么可通过社交云中现有的朋友关系来建立问责制。社交市场是社交云的核心，这与在线采购市场类似。社交网络中的资源提供商，以顺序方式到达，提供它们的服务，因此通常使用贴价机制。

3 结语

微云层一般采用如双重拍卖，非协作博弈和供需模型等基于竞争的定价方法。观察到最近已经研究了更多的客户协助的云系统。这是合理的，因为分布式云模型减少了用户的成本和服务延迟。