论文题目:A Stackelberg game approach to multiple resources allocation and pricing in mobile edge computing

Chen Yifan,Li Zhiyong,Yang Bo,Nai Ke,Li Keqin. A Stackelberg game approach to multiple resources allocation and pricing in mobile edge computing[J]. Future Generation Computer Systems,2020,108(prepublish)

研究内容:基于stackelberg博弈优化解决边缘计算中资源分配问题

针对问题:设计基于Stackelberg博弈的资源分配方法,如何求解最优分配策略和MEC的最优定价

解决方案:提出了一个基于Stackelberg博弈的框架,其中EU和MEC分别充当追随者和领导者,最终目标要实现每个MEC实现最大收入,而每个EU在预算约束下获得效用最大化的资源。将多个资源分配和定价问题分解为一组子问题,其中每个子问题只考虑单个资源类型。为每个子问题构建Stackelberg博弈框架,其中领导者(即MEC)可以确定该资源的单价,而每个追随者(即EU)可以通过在策略空间中选择适当的策略来自私地最大化其效用。证明了博弈存在唯一的纳什均衡,子问题的最优解够成原问题的最优解,为找到最优解(即请求资源策略和定价策略),设计了两种算法,即找到EU最佳资源需求策略的最优需求计算算法1(ODCA)和找到均衡价格的迭代算法2

算法使用领导者MEC的给的单价,分析追随者EU选择需求策略,找到EU资源的最佳需求策略

算法2针对每个资源类型r迭代运行(第2-25行)。资源的初始价格大于0,且由每个MEC任意设置。每个MEC根据EU的需求和总资源在每次迭代中更新一次单价(第2-25行)。

实验结果:实验使用MATLAB,用于检查所提出的Stackelberg博弈的性能。使用迭代执行模拟步骤以获得Stackelberg平衡。首先,给定每个MEC的资源单价,每个EU根据提议的ODCA对资源做出最佳选择。然后,MEC将根据EU的要求更新其价格。重复该过程,直到满足单价的精度要求。最后,当单价确定后,可以通过ODCA获得每个EU的最佳资源需求。实验结果显示出以下几种现象:随着EU预算的增加,每种资源的单价增长大致呈线性;EU1对资源的需求随着相应预算的增加而增加,相反,其他EU成员国的需求减少,因为在其预算不变的情况下,由于EU1的预算增加,资源价格上涨;初始单价越接近均衡价格,算法2收敛得越快;精度要求越高(即,ε值越低),迭代次数t越高,单价越接近最优;阶跃参数δj较大时,算法2收敛更快;SGA提供了令人满意的效用值,效用结果比较平衡,总效用方面也有可行性和有效性;随着EU的增加,所有EU对资源r的总预算增加,导致每个MEC的资源r单价增加,相应地,随着EU数量和资源单价r的增加,每个MEC的收入增加;随着MEC的数量的增加,EU的效用也增加了。

数值结果表明,所提出的机制是有效的,并且随着系统大小的增加而扩展。