[发明专利]一种基于定价的边缘计算资源分配方法及系统

权利要求书

1.一种基于定价的边缘计算资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基站收集用户的用户设备计算能力参数；

S2、根据收集的用户设备计算能力参数，定义一个价格集合，按照价格集合中元素的降序，逐一向用户发布价格集合里的价格；

S3、用户根据发布的价格，通过寻找最优上传计算量反馈给基站，使用户自己的代价函数最小化；

S4、根据用户上传计算量的反馈，基站给用户提供边缘计算服务器的计算资源进行收费，基站计算当前价格的收益，如果价格穷举完或者当前价格使得用户上传计算量总值大于边缘计算服务器的计算容量上限，则停止更新价格，通过线性搜索已穷举的价格找出最优价格，向用户发布最优价格；否则按照价格集合中元素的降序更新价格，再进行下一轮定价。

2.根据权利要求1所述的一种基于定价的边缘计算资源分配方法，其特征在于，步骤S1中，所述的用户设备计算能力参数，包括用户设备的CPU计算频率和计算1比特数据所需的CPU周期数。

3.根据权利要求1所述的一种基于定价的边缘计算资源分配方法，其特征在于，步骤S3中，所述最优上传计算量为计算任务的一部分，计算任务的其他部分由本地处理器处理；所述计算任务为每个用户需要处理的全部计算量；所述代价函数为执行完计算任务所需的时间和向基站支付的费用之和。

4.根据权利要求1所述的一种基于定价的边缘计算资源分配方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：如果所述用户上传计算量总值小于或者等于边缘计算服务器的计算容量上限，则基站的当前收益为所有用户支付费用之和；否则价格无效，基站当前收益为0。

5.根据权利要求1所述的一种基于定价的边缘计算资源分配方法，其特征在于，所述一种基于定价的边缘计算资源分配方法的整个信息交互过程由斯塔克尔伯格博弈建模并求解。

6.根据权利要求5所述的一种基于定价的边缘计算资源分配方法，其特征在于，所述的斯塔克尔伯格博弈建模求解过程如下：

每个用户k需要处理R_k比特的输入数据，每个用户k上传l_k比特的数据到边缘计算服务器上处理，其中0≤l_k≤R_k，剩下的R_k-l_k比特数据由本地处理器处理；

最大化边缘计算服务器收益的目标函数为：

其中，C_k为计算1比特用户k的数据所需要的CPU周期数，μ为边缘计算服务器每个CPU周期的价格，为边缘计算服务器的计算容量上限；

用户k本地处理器处理本地数据的时间t_loc,k：

其中，R_k为用户k需要处理的全部计算量，F_k为本地CPU的计算频率；

用户k上传计算量的处理时间t_off,k，由三部分组成：上行上传计算量的时间t_u,k，边缘计算服务器的计算时间t_c,k，下行下载计算结果的时间t_d,k；

t_u,k＝l_k/r_k；

t_d,k＝α_kl_k/r_B,k；

t_c,k＝l_kC_k/f_c,k；

其中，l_k为上传到边缘计算服务器的计算量，r_k为用户上传速率，r_B,k为用户下行速率，α_kl_k为边缘计算服务器计算用户上传计算量的计算结果，α_k为边缘计算服务器计算用户上传数据的输出输入比率，f_c,k为边缘计算服务器分配给用户的计算速度；

用户k上传计算量的处理时间t_off,k：

本地处理器处理计算和上传计算量的处理计算并行进行，则用户k处理完所有计算量所需的时间t_k为：

t_k＝max{t_loc,k,t_off,k}；

最小化用户的代价函数：

U_k(l_k,μ)＝t_k+μl_kC_k，0≤l_k≤R_k；

其中，μl_kC_k为用户向基站支付的费用，μ为边缘计算服务器每个CPU周期的价格，C_k为计算1比特数据所需的CPU周期数；

上述代价函数等价于：

其中，F_k为本地CPU计算频率，β_k为引入的中间常量，m_k为引入的上传计算量中间常量；

通过逆推法求解，当边缘计算服务器给定价格μ的时候，每个用户k通过计算代价函数得出最优上传计算量基站由最优上传计算量得出最优价格μ^*，具体过程如下：

最优上传计算量：

当μ＝1/F_k的时候，令l_k＝m_k，则有

其中，二进制变量x_k是关于给定价格μ的函数，定义为：

则边缘计算服务器的最大收益目标函数等价于：

用户的计算频率按照1/F₁＜…＜1/F_K-1＜1/F_K进行排序，则最优价格μ^*上限为1/F_K，否则，所有用户x_k＝0，即用户因为价格太高而选择不上传任何计算量到边缘计算服务器，边缘计算服务器收益为0；当价格便宜时，所有用户都上传一部分计算量到边缘计算服务器上，则x_k＝1对任何用户都成立，即μ≤1/F₁，又因为目标函数是单调递增的，所以最优价格μ^*的下限为1/F₁。

7.一种基于定价的边缘计算资源分配系统，用于实现权利要求1至6任一权利要求所述的一种基于定价的边缘计算资源分配方法，其特征在于，包括多个用户、基站和边缘计算服务器，所述基站与多个用户连接，基站与边缘计算服务器连接，所述用户向基站上传计算量；所述基站为用户提供边缘计算服务器的计算资源，帮助用户进行上传计算量的计算。