論文標題：A Price-Incentive Resource Auction Mechanism Balancing the Interests Between Users and Cloud Service Provider

錄用期刊：IEEE Transactions on Network and Service Management (2020年 IF = 3.878，JCR Q1)

原文DOI: 10.1109/TNSM.2020.3036989.

作者列表：

1）李松遠 北京郵電大學 網絡與交換技術國家重點實驗室 2018級碩士

2）黃霽崴 中國石油大學（北京） 信息科學與工程學院 教授

3）程 渤 北京郵電大學 網絡與交換技術國家重點實驗室 教授

背景與動機

本文旨在設計出一種最大化用戶效益的多用戶服務資源公平售賣機制。我們從服務生態中用戶的角度出發，優化目標在于最大化用戶效益，并且保障向多用戶資源售賣結果的公平性，維護多用戶間的良性資源競爭。

具體地，最大化用戶效益指的是使得最多用戶的服務資源需求得到滿足。實現最大化的用戶效益，不僅維護了服務生態中的用戶利益，并且也符合服務供應商的利益。服務供應商在滿足最多用戶數需求的同時，也吸引了大量的用戶，有利于擴大其在服務生態中的市場占額，在多服務供應商對用戶資源的競爭過程中占據優勢。

至于保障多用戶資源售賣結果的公平性，本部分主要考慮了如下三個重要性質：

? 性質1 (無妒性)：在資源共享的 IaaS云環境中，無妒性體現了資源售賣結果的公平性。 當不存在用戶羨慕對其他用戶的資源售賣結果，則面向多用戶的資源售賣結果符合無妒性。簡之，每個用戶都比其他用戶更喜歡自己的資源售賣分配結果；每個用戶都無法通過與其他用戶交換資源分配 結果來提高自身用戶效用。形式上，如果對于任意不同用戶i和j，滿足Ui (ai)≥Ui (aj)，則資源售賣分配結果符合無妒性。

? 性質2 (可信任性)：無關于其他用戶上報的服務競價信息，用戶通過提交真實的服務競價信息總能獲得最大用戶效用?？尚湃涡员ＷC了用戶有動力去上報真實的服務競價信息、不虛報服務競價信息，有助于提高價格激勵機制的可信賴性。

? 性質3 (預算平衡性)：如果用戶預算總是足以支付購買期待資源數量所需的費用，則該機制是符合預算平衡性的。預算平衡性確保了價格激勵機制的可行性。

無妒性，從根本上保障了資源售賣結果的公平性；可信任性，維護了對服務資源的良性競爭，為公平售賣服務資源提供了前提；預算平衡性，則是為服務資源拍賣機制的可行性提供了基礎支撐。

設計與實現

本文所設計的市場化服務資源拍賣機制旨在吸引最大化數量的用戶，同時應保證服務供應商的最低利潤率γ。通過激勵最大化數量的用戶訂購服務資源，有助于單一服務供應商在服務生態中占有較大市場份額；而關于最低利潤率γ的保證也充分保障了服務供應商的盈利需求。每個用戶的資源購買行為，受最大化自身效益驅動；最大化數量的用戶訂購資源，即使服務生態中的用戶效益最大化。同時至于多用戶購買服務資源，也關注服務資源售賣的公平性。

下圖概覽了基于最大化用戶效益的服務資源公平售賣機制。首先，本部分需探究理性的服務資源購買策略，即在某一既定的資源定價下每個用戶需要訂購多少服務資源量?；谟脩粜б孀畲蠡?，每個用戶根據使得自身效益最大化的資源需求來購買確定數量的服務資源。

然后，以理性的服務資源購買策略為基礎，本部分的服務資源售賣機制主要由兩個分解步驟順序執行，具體如下：

- 步驟1：以一種粗略但有效的方式來估計能由供應商提供服務的最大用戶子集

云服務供應商應盡量滿足較多用戶的資源要求，同時也不能提出較低資源價格以無法保證最低利潤率γ?；诖藰藴?，得到估計的最大用戶子集。

- 步驟2：最終確定即時單位服務資源價格p (t) 和多用戶資源分配方案A (t)

基于在步驟1得出的，云服務供應商將進一步最終確定最大用戶子集，從而確實保證最低收益γ。與此同時，得到對應最優的即時單位服務資源價格p(t)和多用戶資源分配方案A(t)，使得云服務供應商賺取盡可能多的收益。上述的求解過程，利用模擬用戶的理性資源購買過程得到優化的資源定價和分配結果。

實驗結果

不同用戶之間資源分配的凈效用比較結果

服務費用v.s.競價預算

基于真實軌跡數據的對比仿真結果

經過實驗驗證，實驗結果與預期效果保持一致：我們的PIRA方法保證了無妒性、預算平衡性，和其他方法相比較，實現了用戶效益的最大化。

作者簡介

黃霽崴博士，教授，博士生導師，石油數據挖掘北京市重點實驗室主任，中國石油大學（北京）計算機科學與技術系主任。2015年度北京市優秀人才，2018年度中國石油大學（北京）優秀青年學者，2020年度北京市科技新星。分別在2009年和2014年于清華大學計算機科學與技術系獲得工學學士和工學博士學位，2012-2013年國家公派赴美國佐治亞理工學院聯合培養。研究方向包括：系統性能評價和優化、隨機模型理論和應用、服務質量測量與保障技術、服務計算和物聯網等。擔任中國計算機學會（CCF）服務計算專委會委員，CCF高級會員，IEEE、ACM會員。已主持國家自然科學基金、北京市自然科學基金等科研項目13項，在國內外著名期刊和會議發表論文五十余篇，出版學術專著1部，獲得國家發明專利5項、軟件著作權3項，擔任多個國際頂級期刊和知名會議審稿人。聯系郵箱：huangjw@cup.edu.cn。

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