移動(dòng)自組網(wǎng)中基于增廣拉格朗日的資源協(xié)商機(jī)制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種移動(dòng)自組網(wǎng)中基于增廣拉格朗日的資源協(xié)商機(jī)制，包括：對(duì)多用戶與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)優(yōu)化和均衡架構(gòu)的泛在業(yè)務(wù)進(jìn)行分解，生成多個(gè)原子業(yè)務(wù)；定義多種類型的代理，建立資源定價(jià)模型，對(duì)資源定價(jià)模型進(jìn)行求解；通過增廣拉格朗日的資源協(xié)商機(jī)制對(duì)資源市場(chǎng)中的信息交互進(jìn)行描述。本發(fā)明一方面能夠綜合考慮用戶和網(wǎng)絡(luò)的效益，在有限的資源約束下盡可能保證業(yè)務(wù)質(zhì)量同時(shí)使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)獲得盡量多的收益；另一方面，能夠均衡競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下的多用戶效益，不會(huì)造成某些用戶效益的提高是以其他用戶效益的下降為代價(jià)，基于增廣拉格朗日的協(xié)商機(jī)制通過多輪迭代過程，不斷調(diào)整買方競(jìng)價(jià)和賣方出價(jià)，最終在資源市場(chǎng)的調(diào)控下完成資源的最佳配置。
【專利說明】移動(dòng)自組網(wǎng)中基于增廣拉格朗日的資源協(xié)商機(jī)制

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種移動(dòng)自組網(wǎng)中基于增廣拉格朗日的資源協(xié)商機(jī)制。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著泛在計(jì)算的快速發(fā)展，移動(dòng)終端已被集成到泛在環(huán)境中來(lái)為復(fù)雜的泛在業(yè)務(wù)提供更加豐富的資源。在過去的幾十年中，移動(dòng)設(shè)備的納入備受關(guān)注，眾多研究者一直探索其在現(xiàn)代醫(yī)療、移動(dòng)電子商務(wù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。然而，將移動(dòng)終端集成到傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問題，它可能會(huì)帶來(lái)很多挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)移動(dòng)自組網(wǎng)(Mobile Ad hocNetworks, MANETs)而言。
[0003]在無(wú)線自組網(wǎng)中，每個(gè)用戶的請(qǐng)求都被當(dāng)作是一個(gè)分布式的泛在業(yè)務(wù)，這樣的泛在業(yè)務(wù)往往可以分解為許多相對(duì)獨(dú)立、功能簡(jiǎn)單的原子業(yè)務(wù)。分布式的泛在業(yè)務(wù)需要多種異構(gòu)終端協(xié)同完成。然而，移動(dòng)設(shè)備具有一些固有特性，電池壽命有限，處理能力低，存儲(chǔ)空間有限。這些特性給多個(gè)用戶同時(shí)請(qǐng)求時(shí)的移動(dòng)自組網(wǎng)的資源管理造成了極大的困難。由于網(wǎng)絡(luò)資源可以被用戶共享和協(xié)調(diào)來(lái)滿足不同用戶在特定時(shí)間的業(yè)務(wù)需求，因此如何合理有效地處理多用戶競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中的資源分配沖突問題是至關(guān)重要的。
[0004]為了解現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)現(xiàn)有的論文以及專利進(jìn)行了檢索、比較與分析，篩選出如下與本發(fā)明相關(guān)度較聞的技術(shù)信息:
[0005]專利1:專利號(hào)為201010573679.5的專利《一種基于歷史角色的信任協(xié)商構(gòu)建方法及系統(tǒng)》，公開了一種基于歷史角色的信任協(xié)商構(gòu)建方法；專利2:專利號(hào)為201110110129.4的專利《一種資源導(dǎo)向服務(wù)組合選擇方法》，公開了一種資源導(dǎo)向服務(wù)組合選擇方法；專利3:專利號(hào)為201210387470.9的專利《泛在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下基于協(xié)同優(yōu)化的多域資源分配方法》，涉及泛在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下基于協(xié)同優(yōu)化的多域資源分配問題，通過泛在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化機(jī)制的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)資源的均衡分配；專利4:專利號(hào)為201310162241.1的專利《一種基于重復(fù)博弈的融合泛在網(wǎng)多終端協(xié)同信任機(jī)制》，涉及融合泛在網(wǎng)多終端協(xié)同【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種基于重復(fù)博弈的融合泛在網(wǎng)多終端協(xié)同信任機(jī)制。
[0006]上述專利分別使用不同的方法和流程解決了泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的資源分配問題。專利I采用自動(dòng)信任協(xié)商，能有效控制與約束用戶跨域資源訪問行為，在雙方再次進(jìn)行協(xié)商時(shí)，只要?dú)v史信息庫(kù)中記錄的角色有權(quán)訪問被請(qǐng)求的資源，則無(wú)需再次進(jìn)行協(xié)商，但是該協(xié)商策略沒有考慮多用戶競(jìng)爭(zhēng)的場(chǎng)景；專利2能夠統(tǒng)籌考慮網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算資源等一些底層資源的實(shí)際狀況，與服務(wù)節(jié)點(diǎn)和服務(wù)過程進(jìn)行合理的協(xié)商，提高服務(wù)效用值，但是該方案只考慮QoS指標(biāo)，沒有從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度出發(fā)對(duì)資源進(jìn)行定價(jià)；專利3以泛在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)社會(huì)福利最大化為目標(biāo)，考慮泛在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性、混沌性和協(xié)同性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，但是在每個(gè)調(diào)度幀中用戶的數(shù)目都是一定的，靈活性較差；專利4通過一種基于重復(fù)博弈的融合泛在網(wǎng)多終端協(xié)同信任機(jī)制，從根本上解決自私節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同問題，但該機(jī)制中定義的支付函數(shù)較為簡(jiǎn)單，不能很好地描述節(jié)點(diǎn)的效用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種MANET下能夠平衡網(wǎng)絡(luò)和用戶效益的資源協(xié)商機(jī)制，有效解決競(jìng)爭(zhēng)條件下網(wǎng)絡(luò)資源分配沖突的關(guān)鍵問題。
[0008]為此目的，本發(fā)明提出了一種移動(dòng)自組網(wǎng)中基于增廣拉格朗日的資源協(xié)商機(jī)制，包括具體以下步驟:
[0009]S1:對(duì)多用戶與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)優(yōu)化和均衡架構(gòu)的泛在業(yè)務(wù)進(jìn)行分解，生成多個(gè)原子業(yè)務(wù)；
[0010]S2:定義多種類型的代理,建立資源定價(jià)模型(Resource Pricing Model,RPM),其中，所述多種類型的代理包括:買方代理(Buyer Agent, BA)和賣方代理(Seller Agent,SA)；
[0011]S3:對(duì)所述資源定價(jià)模型進(jìn)行求解；
[0012]S4:通過增廣拉格朗日的資源協(xié)商機(jī)制對(duì)資源市場(chǎng)中的信息交互進(jìn)行描述。
[0013]具體地，所述買方代理為從網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買資源的一個(gè)原子業(yè)務(wù)；所述賣方代理為出售空閑能量資源獲取收益的終端設(shè)備。
[0014]具體地，所述終端設(shè)備包括移動(dòng)終端和/或固定終端。
[0015]具體地，所述資源定價(jià)模型包括買方代理模型和賣方代理模型。
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟S2進(jìn)一步包括:買方代理模型的建立，包括具體以下步驟:
[0017]S21:定義所述買方代理模型的多個(gè)參數(shù)，其中，所述多個(gè)參數(shù)包括:所述買方代理id(Agentld),用來(lái)標(biāo)識(shí)BA,符號(hào)表示為i (i = 1，…，N),其中，每個(gè)BA由一個(gè)7元組〈Agentld, Posit1n, Budget, Deadline, ResourceReq, Payment, Utility)表不；所述買方代理代表的用戶的二維坐標(biāo)，Posit1n ;所述買方代理為支付請(qǐng)求能量資源的最大預(yù)算，Budget,符號(hào)表示為B1.;所述買方代理完成相應(yīng)所述原子業(yè)務(wù)的最大截止時(shí)間，Deadline,符號(hào)表示為T1.所述買方代理向所有所述賣方代理請(qǐng)求的能量資源向量，ResourceReq,符號(hào)表示為Ri = (Rij I j = I, *..,Μ};所述買方代理為請(qǐng)求的能量資源向所有所述賣方代理的支付向量，Payment,符號(hào)表示為BPi = (BPij | j = 1，...，Μ};每個(gè)所述買方代理都有一個(gè)效益函數(shù)Ui, Utility，用作評(píng)估所述買方代理收益的評(píng)分函數(shù)，所述買方代理根據(jù)自身的效益函數(shù)值來(lái)調(diào)整支付向量；
[0018]S22:通過所述買方代理的效益函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公式如下:

【權(quán)利要求】
1.一種移動(dòng)自組網(wǎng)中基于增廣拉格朗日的資源協(xié)商機(jī)制，其特征在于，包括具體以下步驟: S1:對(duì)多用戶與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)優(yōu)化和均衡架構(gòu)的泛在業(yè)務(wù)進(jìn)行分解，生成多個(gè)原子業(yè)務(wù)； 52:定義多種類型的代理,建立資源定價(jià)模型(Resource Pricing Model, RPM),其中，所述多種類型的代理包括:買方代理(Buyer Agent, BA)和賣方代理(Seller Agent, SA)； 53:對(duì)所述資源定價(jià)模型進(jìn)行求解； 54:通過增廣拉格朗日的資源協(xié)商機(jī)制對(duì)資源市場(chǎng)中的信息交互進(jìn)行描述。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)制，其特征在于，所述買方代理為從網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買資源的一個(gè)原子業(yè)務(wù)；所述賣方代理為出售空閑能量資源獲取收益的終端設(shè)備。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)制，其特征在于，所述終端設(shè)備包括移動(dòng)終端和/或固定終端。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)制，其特征在于，所述資源定價(jià)模型包括買方代理模型和賣方代理模型。
5.如權(quán)利要求1或4所述的機(jī)制，其特征在于，所述步驟S2進(jìn)一步包括:買方代理模型的建立，包括具體以下步驟: 521:定義所述買方代理模型的多個(gè)參數(shù)，其中，所述多個(gè)參數(shù)包括:所述買方代理id (AgentId)，用來(lái)標(biāo)識(shí)BA，符號(hào)表示為i (i = I,…，N)，其中，每個(gè)BA由一個(gè)7元組〈Agentld, Posit1n, Budget, Deadline, ResourceReq, Payment, Utility)表不；所述買方代理代表的用戶的二維坐標(biāo)，Posit1n ;所述買方代理為支付請(qǐng)求能量資源的最大預(yù)算，Budget,符號(hào)表不為B1.;所述買方代理完成相應(yīng)所述原子業(yè)務(wù)的最大截止時(shí)間，Deadline,符號(hào)表示為T1.所述買方代理向所有所述賣方代理請(qǐng)求的能量資源向量，ResourceReq,符號(hào)表示為Ri = (RijI j = I, *..,Μ};所述買方代理為請(qǐng)求的能量資源向所有所述賣方代理的支付向量，Payment,符號(hào)表示為BPi = (BPij | j = 1，...，Μ};每個(gè)所述買方代理都有一個(gè)效益函數(shù)Ui, Utility，用作評(píng)估所述買方代理收益的評(píng)分函數(shù)，所述買方代理根據(jù)自身的效益函數(shù)值來(lái)調(diào)整支付向量； s22:通過所述買方代理的效益函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公式如下:
其中，K1為響應(yīng)延遲的權(quán)重，K2為業(yè)務(wù)距離的權(quán)重，Dij為買方代理i和賣方代理j之間的二維距離,K1和K2分別代表響應(yīng)延遲和業(yè)務(wù)距離這兩項(xiàng)指標(biāo)在買方代理效益中相對(duì)花費(fèi)的重要程度； s23:建立所述買方代理優(yōu)化子問題模型，所述買方代理優(yōu)化子問題模型如下:
其中，每個(gè)所述買方代理的目標(biāo)為在預(yù)算和截止時(shí)間約束的條件下最大化自身的效益函數(shù)。
6.如權(quán)利要求1或4所述的機(jī)制，其特征在于，所述步驟S2還包括:賣方代理模型的建立，包括具體以下步驟: S21’:定義所述賣方代理模型的多個(gè)參數(shù)，其中，所述多個(gè)參數(shù)包括:賣方代理id (AgentId),用來(lái)惟一地標(biāo)識(shí)SA，符號(hào)表示為j (j = I,...，Μ)，其中，每個(gè)SA由一個(gè)6元組〈Agentld, Posit1n, Capacity, ResourceAlloc, UnitCharge, Utility)表不；所述賣方代理代表的移動(dòng)設(shè)備的二維坐標(biāo)，Posit1n ;所述賣方代理能夠出售的空閑能量資源最大容量，Capacity，符號(hào)表示為& ;所述賣方代理分配給所有所述買方代理的能量資源單位分配向量，ResourceAlloc,符號(hào)表示為Vj = IVijIi = I,..., N};所述賣方代理出售能量資源的單位價(jià)格，UnitCharge，符號(hào)表示為SPj.;每個(gè)所述賣方代理都有一個(gè)效益函數(shù)Uj,Utility，用來(lái)計(jì)算所述賣方代理通過出售能量資源所獲得的效益，所述賣方代理根據(jù)收入來(lái)決定自身的資源分配向量； S22’:通過所述賣方代理效益函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公式如下:
S23’:建立所述賣方代理優(yōu)化子問題模型，所述賣方代理優(yōu)化子問題模型如下:
其中，每個(gè)所述賣方代理的目標(biāo)為在能量資源容量的約束下最大化自身的效益函數(shù)。
7.如權(quán)利要求4所述的機(jī)制，其特征在于，所述買方代理模型與賣方代理模型通過價(jià)格變量SPj進(jìn)行交互，其中SPj為所述賣方代理索要的單位能量資源價(jià)格。
8.如權(quán)利要求1所述的機(jī)制，其特征在于，所述步驟S3進(jìn)一步包括:買方代理模型求解，包括具體以下步驟: s31:將Ui對(duì)變量BPu進(jìn)行一次、二次求導(dǎo)，得到公式(5)、(6):
S32:引入松弛變量yi和y2，將所述公式(2)變換為公式(7)所示的最小化優(yōu)化問題；
s33:通過GLM技術(shù)，將所述公式(7)按照拉格朗日形式表示如公式(8)所示:
其中，gamma和Xm(m = 1，2)為增廣拉格朗日乘子； S34:通過配方法對(duì)所述公式(8)進(jìn)行變換，得到結(jié)果如公式(9)所示:
S35:綜合兩種情況，當(dāng)^?-入111≥0時(shí),父=(7反》-4)々；當(dāng)Ygm(x)-Xm<0時(shí)，Y, = O，對(duì)變量 ym,進(jìn)行 L(BPi)的最小值計(jì)算，V1n = mm.'Argj.v)-A,J/y，m = 1，2 ; S36:消去變量7_?.對(duì)L (BPi)進(jìn)行重新定義，所述公式(2)變換成如公式(10)所示的易于求解的無(wú)約束問題:
9.如權(quán)利要求1所述的機(jī)制，其特征在于，所述步驟S3還包括:賣方代理模型求解，包括具體以下步驟: S31’:將所述公式(4)的最優(yōu)解等同于如下公式:
S32’:執(zhí)行第一預(yù)設(shè)算法求得所述買方代理j對(duì)所述買方代理i的最佳單位能量資源配置，記為
10.如權(quán)利要求1所述的機(jī)制，其特征在于，所述步驟S4進(jìn)一步包括: 541:用戶注冊(cè)，登記請(qǐng)求的所述泛在業(yè)務(wù)的相關(guān)信息，其中，所述相關(guān)信息包括:業(yè)務(wù)類型和/或業(yè)務(wù)邏輯； 542:根據(jù)業(yè)務(wù)層協(xié)議(Service Layer Agreement, SLA)確定所有用戶登記的所述泛在業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)，并按優(yōu)先級(jí)對(duì)所述泛在業(yè)務(wù)進(jìn)行分批排序，其中，所述優(yōu)先級(jí)相同的歸為一批； 543:所述優(yōu)先級(jí)最高的一批所述泛在業(yè)務(wù)向資源市場(chǎng)發(fā)出接入請(qǐng)求； 544:檢查所述泛在業(yè)務(wù)的接入是否成功；若所述泛在業(yè)務(wù)與資源市場(chǎng)成功建立連接，則執(zhí)行步驟S45 ；，否則用戶的業(yè)務(wù)請(qǐng)求失敗，返回所述步驟S41 ； S45:進(jìn)入資源協(xié)商階段，對(duì)成功接入的泛在業(yè)務(wù)建立所述買方代理模型，對(duì)網(wǎng)絡(luò)建立所述賣方代理模型，在資源市場(chǎng)的協(xié)調(diào)下進(jìn)行資源協(xié)商，協(xié)商過程通過第二預(yù)設(shè)算法實(shí)現(xiàn)； 546:若買賣雙方成功達(dá)成協(xié)議，則指定步驟S47 ;否則協(xié)商失敗，返回所述步驟S41 ； 547:對(duì)協(xié)商成功的所述泛在業(yè)務(wù)已分配好相應(yīng)的能量資源，轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài)等待執(zhí)行； 548:查看是否還有未進(jìn)行分批的所述泛在業(yè)務(wù)，若有則返回所述步驟S43 ;否則繼續(xù)； 549:執(zhí)行處于就緒狀態(tài)的所述泛在業(yè)務(wù)。
【文檔編號(hào)】H04W28/16GK104202777SQ201410472026
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】芮蘭蘭, 李文璟, 穆楠, 邱雪松, 郭少勇 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)