移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法，属于无线传感 器网络和移动互联网的交叉领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，智能手机市场快速增长，2014年全球智能手机出货量接近13亿，比2013 年增长了 26%。目前的智能手机集成众多有用且接个低廉的传感器，这些传感器可以用于 感知人类活动和周围环境。如果把全球的智能手机利用起来，将组成世界上最大的传感器 网络。
[0003] 移动群智感知由于其广泛的时空覆盖、低廉的成本、优秀的可扩展性以及普遍存 在的应用场景而被认为是一种具有巨大潜力的新型数据感知和收集模式。目前已有一些 项目基于移动群智感知实现了健康护理、智能交通、社交网络、环境监控等领域中的不同应 用。
[0004] 但目前的这些应用都是假设参与者能自愿地积极的参加数据感知的，这往往不切 实际。因为参与者需要消耗设备的能量、计算能力、存储空间、数据流量等完成群智感知任 务，参与者需要得到一定数量的激励以抵消这些损失。群智感知应用的成功实施取决于参 与者数量以及数据质量，没有激励上述两点都得不到保证。因此，激励机制的设计在群智感 知应用中十分重要。
[0005] 然而，激励机制的设计并不容易，因为单个参与者往往会采取策略行为，以最大化 自身的效用，这将对选择参与者已经决定支付数额产生破坏。目前，群智感知的激励机制主 要考虑地点相关型的任务，即任务分散在不同的地理位置。但却忽略了时间相关型的任务， 更没有发现存在针对该类任务类型的激励方法。本发明提供一种用于群智感知中单时间窗 口任务的激励方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法，解决 在单时间窗口任务类型的群智感知中选择用户和计算支付数额的问题。本发明相对于目 前的激励方法，首次解决了单时间窗口任务这种新的群智感知应用场景的激励机制设计问 题。本发明首先提出了该应用场景的系统模型，在所提的系统模型下最小化社会代价。接 着本发明提出了一个动态规划算法用于选择参与者，在决定每个被选择用户的报酬时采用 经典的VCG拍卖机制。本发明所述移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法是 能高效运行的、个人理性的、可信的以及最优化的。
[0007] 本发明的技术解决方案是：
[0008] 考虑一个移动群智感知系统包括一个平台和一群智能手机用户，平台处于云端。 本发明所述移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法是针对感知给定时间窗 口内的连续数据的场景，在这种场景下平台需要收集一个时间窗口内的连续数据。每个智 能手机用户可以提交一个可以完成感知任务的单个时间窗口。
[0009] 本发明专利所述移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法，其特征在 于包含一个反向拍卖流程和两个阶段：用户选择阶段和支付决策阶段。用户选择阶段采用 动态规划方法解决最小社会代价用户选择问题。在支付决策阶段计算每个被选择用户的报 酬，这个计算是基于VCG拍卖机制的。
[0010] 本发明专利所述移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法，首次对单 时间窗口的移动群智感知系统的进行激励机制的设计。平台发布一个时间窗口 W= [Ts， TE]，其中八和T E分别为时间窗口的开始时间和结束时间，即平台请求从T 3到T游感知数 据；
[0011] 本发明专利所述移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法，每个用户 向平台提交一个标书Bi= (Rpbi)，该标书是一个二元组，其中Ri= [Spei]是用户i能完 成感知任务的时间窗口。h是用户i完成任务Ri的报价，即用户i希望获得的报酬；
[0012] 本发明专利所述移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法，是最小化 社会代价的，即最小化入选用户的真实代价之和，并且满足入选用户的时间窗口能够覆盖 I
[0013] 本发明所述移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法中，平台和智能 手机用户的交互过程体现为一个反向拍卖机制，步骤如下：
[0014] 步骤201 :平台发布一个时间窗口 W = [Ts，Te]，，其中TJPTe分别为时间窗口的 开始时间和结束时间，即平台请求从!；到T E的感知数据；
[0015] 步骤202 :设智能手机用户集合为U = {1，2，. ..，n}，每个用户向平台提交一个标 书Bi= (R i，bj，其中Ri= [s i，ej是用户i能完成感知任务的时间窗口。每个标书都存 在一个真实代价Ci。SjPei可以是任何时间点。h是用户i完成任务R i的报价，即用户i 希望获得的报酬；
[0016] 步骤203 :用户选择阶段。平台选择用户的子集S ^仏使得所选用户的社会代价 之和最小，并且所提交的时间窗口可以覆盖W，选择结束后并选择结果告知入选用户；
[0017] 步骤204 :用户在自己提交的时间窗口内感知数据，将数据提交平台；
[0018] 步骤205:支付决策阶段。平台为每个入选用户计算报酬。并通过在线形式支付。
[0019] 在步骤203中，平台选择用户的问题形式化表示为
【主权项】
1. 移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法，其特征在于：平台和智能手 机用户的交互过程体现为一个反向拍卖机制，步骤如下： 步骤201 :平台发布一个时间窗口 W= [TS，TE]，其中TjP Te分别为时间窗口的开始时 间和结束时间，即平台请求从1；到T E的感知数据； 步骤202 :设智能手机用户集合为U = {1，2, ...，η}，每个用户向平台提交一个标书Bi =(Ri, 4)，其中Ri= [Si，ej是用户i能完成感知任务的时间窗口，每个标书都存在一个 真实代价Ci. ^和e i可以是任何时间点，b i是用户i完成任务R i的报价，即用户i希望获 得的报酬； 步骤203 :用户选择阶段，平台选择用户的子集S E ￡/，使得所选用户的社会代价之和 最小，并且所提交的时间窗口可以覆盖W，选择结束后并选择结果告知入选用户； 步骤204 :用户在自己提交的时间窗口内感知数据，将数据提交平台； 步骤205 :支付决策阶段，平台为每个入选用户计算报酬，并通过在线形式支付。
2. 如权利要求1所述的反向拍卖流程，其特征在于，在步骤203中，平台选择用户时，进 入用户选择阶段，步骤如下： 步骤301 :初始化堆栈stack为空，被选择用户S为空； 步骤302 :对于每个用户，将其最小代价函数F (i)设为无穷大； 步骤303 :对每个用户的时间窗口按照右端点非递减顺序排列； 步骤304 :对于每个用户按照上面的顺序依次计算F(i)，重复下面的步骤305、步骤 306、步骤307、步骤308 ; 步骤305:如果Tse [Si，ei]，则令该用户时间窗口的最小社会代价F(i) =Iv并且令 该时间窗口的前驱时间窗口索引pre(i) = -1，转步骤307,否则转步骤306 ; 步骤306 :在堆栈中寻找一个具有最小社会代价的时间窗口 j，并且满足七多Si，则计 算当前用户i的时间窗口的最小社会代价F(i) = F(j)+bi，并且令pre(i) = j ; 步骤307 :如果栈顶位置的用户时间窗口最小代价大于等于用户i的时间窗口最小代 价，则在堆栈中删除该栈顶用户，直到栈顶用户时间窗口最小代价小于用户i的时间窗口 最小代价； 步骤308 :将当前用户i的时间窗口，最小社会代价，用户索引，pre (i) -起组成一个四 元组取，F⑴，i，pre(i))放入堆栈顶部； 步骤309:在堆栈中寻找满足TEe [Si，ei]的具有最小社会代价的用户i，则整个解决 方案的最小社会代价即为F (i); 步骤310 :将用户索引i加入到集合S中，通过四元组中的前驱时间窗口索引pre，将所 有被索引的时间窗口也并入到S中； 经过用户选择阶段后，集合S就是平台所选择的用户子集。
3. 如权利要求1所述的反向拍卖流程，其特征在于，在步骤205中支付决策阶段的步骤 如下： 步骤401 :对于所有用户集合U，通过上述选择阶段计算出最小社会代价Cost (U); 步骤402 :判断是否每一个被选择用户i e S，都已经计算了报酬数额，如果没有转步骤 403,否则转步骤404 ; 步骤403 :计算除用户i以外的最小社会代价Cost (U\{i})，并计算用户i的报酬数额 为 Pi =Cost (U\{i})_ (Cost (U)-IDi); 步骤404 :输出报酬数额矢量P，结束支付决策阶段。
【专利摘要】本发明提供移动群智感知中一种用于单时间窗口任务的激励方法，针对单时间窗口任务的群智感知系统，设计了一种用户激励方法。该方法包含一个方向拍卖流程和两个阶段：用户选择阶段和支付决策阶段。在用户选择阶段采用动态规划方法解决最小化社会代价用户选择问题，在支付决策阶段采用VCG拍卖机制计算每个入选用户的报酬数额。该方法包括用户选择阶段和支付决策阶段总的时间复杂度为O(n2logn)，该激励方法具有个人理性、防欺骗的良好性质，并且可以产生最优解，即能够在多项式时间之内找到覆盖感知时间窗口的最小社会代价的用户子集S。
【IPC分类】G06F9-44, G06Q30-08
【公开号】CN104657133
【申请号】CN201510047053
【发明人】徐佳, 卢蔚, 蒋凌云, 李涛, 李千目, 徐小龙, 王海艳
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月28日