一种基于同时向上报价拍卖机制的网格资源调度方法

专利名称：一种基于同时向上报价拍卖机制的网格资源调度方法
技术领域：
本发明属于网络技术领域，具体涉及一种基于同时向上报价拍卖机制的网格资源调度方法。
背景技术：
网格技术可以将网络中的各种资源连接并整合，将资源的空余份额提供给需要它们的用户。为了使资源提供者积极地加入网格提供自己的闲置资源，网格需要建立能够充分激励资源提供者并顾及到双方利益的资源配置机制。传统的网格资源配置机制是基于用户直接申请资源和资源提供者的管理人员手工调配的，无法体现网格用户和资源提供者的各自利益，也无法实现网格资源的动态调配。

发明内容
针对现有网格资源调度方法的不足，本发明提供一种基于同时向上报价拍卖机制的网格资源调度方法，将网格中闲置的普适资源在长期时间范围内的使用权作为商品以进行资源租用交易，并使用遗传算法对机制中遇到的组合优化问题进行求解，并根据得到的结果对相关资源进行调度。一、本发明的基于同时向上报价拍卖机制的网格资源调度方法的基本原理1网格资源分类按照使用目的，本发明将网格资源按照资源提供的能力种类不同而分为网格处理资源和网格存储资源。网格处理资源包括一切在网格上能够对于事务或某一类特定问题提供处理能力的资源，在这些资源当中，计算机等计算资源提供的是对于数据的加工处理能力，工厂中的生产设备提供的是对于产品原材料或半成品的加工处理能力，而人类作为社会人而言提供的是在现实生活和工作中遇到的各种问题的处理能力。而网格存储资源包括一切在网格上能够在一段时间内提供一定的空间来容纳规定的物品或信息的资源，在这些资源中，网络中服务器的外存可用于存储数据信息，工业区中的仓库可用于存储原材料、半成品或成品，而网络资源中的带宽资源则用于暂时存储流动的数据包。但是上述的分类有时会出现这种情况，一个资源既包含处理能力也包含存储能力。此时如果该资源的存储能力是为处理能力而服务的，本发明认为该资源是处理资源；而如果该资源的存储能力可以独立于处理能力，或是提供的存储能力超出了辅助本身处理能力所需的数量，那么本发明认为该资源是处理资源和存储资源的综合体。本发明假定在某一类资源交易中，如果某些资源因为需求量较大并经常发生交易，那么相关领域会制定出该类资源需求的标准规范。按照网格资源是否符合这些标准规范，本发明将网格资源分为普适资源和特殊资源。这种分法同时也表明符合某些普适资源标准的网格资源可以按照拥有者的意愿而将资源归入到某一种普适资源类中，因而和其它同类普适资源一样以该类普适资源的价值标准进行交易；或是将该种资源作为一种特定的特殊资源以买方自己的价值标准进行交易。当卖方将能力当作特殊能力处理时，可以通过额外的描述信息来指出其资源所提供能力的特殊价值所在；而将能力当作普适能力交易时，对于该能力的描述信息只局限于标准规定的范围内。同时使用以上两种规则进行划分，本发明将资源分为普适处理资源、特殊处理资源、普适存储资源和特殊存储资源。本发明中交易的拍卖品实质上就是由这些资源中的某一类资源在某一段时间内的使用权，最终获胜者通过交易获得的实际商品是这段时间内该资源提供的对应能力。因为资源使用权的租用有对应的时间限制，因此其提供的能力自然具有时间属性。本发明按照能力的最短持续租用时间的长短将能力分为短期能力和长期能力。在交易短期普适能力时，本发明设计的拍卖方法采取块状能力描述来对各卖方提供的能力进行标准化统计，每一个能力块有如下三个属性开始时间、持续时间、容量。本发明将从能力块的开始时间起经过持续时间后的这段连续时间称为能力块的有效期。当交易的商品是处理能力时，容量代表的是有效期内能够完成的任务量。当交易的商品是存储能力时，容量代表的是有效期内任意时间内能够接纳的最大存储量。块状能力划分的本质是使用性能曲线刻画资源能力随时间的变化之后，使用离散化的方法统计单位块时间内能力的供给量。而能力块的持续时间大小不仅应该反映相关用户需求的时间单位度量，也应该作为一种合理度量的时间范围使卖方能够对资源能力进行统计。能力的块状划分参见

图1。在交易长期能力时，本发明设计的拍卖平台采取带状能力描述来刻画买方的需求和卖方的供应量。每一个能力带有如下三个属性开始时间、持续时间和瞬时能力值。同样， 本发明将从能力带的开始时间起经过持续时间后的这段连续时间称为能力带的有效期。当交易的商品是处理能力时，瞬时能力值代表的是有效期内每一单位时间内能够完成的平均任务量。当交易的商品是存储能力时，瞬时能力值代表的是有效期内任意时刻分配给该买方的最大存储量。2用户需求与市场划分按照上文中对拍卖品的分类，本发明将拍卖市场分为用于交易短期普适能力的市场、交易长期普适资源能力的市场和交易特殊能力的市场。通过将市场分成三类，本发明分别设计了相关的拍卖机制。如图2所示，可能参与拍卖的买方根据参与拍卖的目的不同可分为大型用户、应用服务提供商和特殊用户。其中，应用服务提供商参与拍卖的目的是为了购买大量的已被用户广泛使用的、具有大量市场的处理能力和存储能力，将这些能力整合、经过特定的配置后以定价的方式卖给中小型企业或是家庭用户。大型用户参与拍卖是因为本身的需求而需要租用大量的、长期的资源。而特殊用户参与拍卖的目的是为了满足自己的个性化需求需要在一段时间内租用某些特殊资源能力。而参与这些拍卖的卖方则是区域性的网格资源提供商。如图3所示，大型用户和应用服务提供商的能力需求可能是一条随时间变化的曲线。通常情况下，这些网格用户会根据每一时段的需求周期性地租用未来一段时间内需要的能力，和实际的需求情况作比较，可能出现图中所示的高估、平均和低估三种情况。当买方购买的长期能力处于平均或低估时，会发生某一时段的需求超出了用户手中资源能够供应的情况。产生的突发性能力短缺，需要买方获取一定量的短期能力。针对买方对于长、短期两种不同需求，本发明使用同时向上叫价拍卖配合带状能力描述来满足买方对于普适能力的长期能力需求。3同时向上报价拍卖机制本发明对原始的同时向上叫价拍卖进行修改，配合带状能力划分使之适用于长期的普适能力交易情况。3.1技术要点同时向上叫价拍卖与传统的单向拍卖的区别在于在一个拍卖中多个拍卖品同时起拍，而且买方可在拍卖结束前可以选择向任意拍卖品投标，其拍卖方式通常使用增价拍卖。结合单向拍卖机制设计方法，在其对应的网络拍卖的设计过程中应该考虑和注意如下几方面问题(1)信息的公开性与结束条件当拍卖平台接收到卖方的委托和买方的标的等信息后，其他的拍卖参与者是不知道这些信息的，因此拍卖平台可以选择哪些信息应该公开、在何时公开。而结束条件也可以有多种形式，可以是定时的(在拍卖前由卖方规定拍卖的总持续时间，当时间到达后，商品由出价最高者或当前的胜标集合所获得)；也可以是满足特定条件就结束的(卖方可以规定当买方出价或当前胜标集合的平均出价高于某一个预设价格时，拍卖结束)。信息的选择公开和不同结束条件的结合会导致拍卖出现不同的效果。例如在传统的封标拍卖中， 买方的标的就是对外不公开的。由于拍卖只有一个回合，买方为了能够获胜会在估算其他买方的投标价值后提交自己的标的。因此，拍卖的最终结果可能不是最有实力获胜的买方， 其可能因为过低的估计其他买方的出价而提出了过低的报价。如果规定封标拍卖进行多轮并将每一轮的结果公布给各个买方，则买方通过获胜标的的信息会修改自己原有的过低估计，从而避免上面情况的发生。当拍卖结束后，卖方希望能够将商品合理的分配给出价最高的竞标者或是集体价值最高的标的集合，此时该次拍卖被认为是有效的。如果将拍卖的结束条件设定为固定时间结束，则可能会出现“狙击”现象。所谓“狙击”现象指的是在定时拍卖中，一些竞标者在拍卖即将结束时迅速提交标的使自己成为获胜者，在剩余的时间内原有的获胜者可能来不及反应，拍卖就结束了。此时的拍卖过程其实是不完全的，部分买方可能的投标行为因为时间的关系而来不及进行。为了避免这种情况的发生，可以修改拍卖的结束条件，例如可以规定当一段时间内拍卖方没有接收到新的标的时，拍卖才算真正结束，而出现“狙击”现象时， 拍卖的结束时间会自动向后延长一段时间。(2)组合拍卖与胜标确认问题在多商品拍卖中，如果商品是可分的或是可以有多种组合方式时，会出现胜标确认问题。这通常出现在大型采购竞标中，部分或全部的竞标者无法独自提供采购计划中的全部商品，此时为了确定从各个竞标者手中采购的商品种类和商品数量，通常招标者需要在拍卖前根据自己的需求和偏好制定一种可以衡量不同组合方案之间差异的方法，通过这种方法拍卖方可以按照招标者的意愿选择出最好的方案。但是如果参与竞标的买方数量较多时，大量的标的会导致可行的标的组合方案很多。此时如果可供求解的时间相对于问题的规模而言较短，那么很难保证能够在规定的时间内选择出最好的方案。此时在一个合理的时间范围内求得一个令招标者比较满意的方案是必要的，为此需要根据问题的数学模型设计相应的算法来求解胜标确认问题。从本质上说，胜标确认问题是一个组合优化问题，问题的目标函数就是由招标者制定的衡量方案好坏的方法对应的数学表达式，而商品本身的特点和卖方制定的不同组合限制条件会形成不同的约束条件，导致问题对应的数学模型有不同的结构。例如如果规定将拍卖中的商品可以以任意百分比分割，那么该商品的胜标确认可以对应于0-1背包问题，这种情况可能发生在同种类大宗商品的拍卖中。如果商品带有的某些属性导致不同分割得到的商品不可相互替换时，该商品的胜标确认就是一种带有特定约束条件的0-1背包问题，这种情况可能发生在政府招标或企业的大型采购中。对于不同结构的数学模型，不同算法在相同时间内求得的较优解可能会不同。在现实生活中，通过事前与行业内的专家和招标者沟通，拍卖方可以获知拍卖中各种商品的价值信息和可能的组合情况。由此可以通过模拟的手段产生大量的拍卖实例，通过利用大量的这种可能数据进行实验，就有可能找出一种在大多数情况下性能较优的算法。能够解决此类问题的方法有很多，本发明使用了其中的两种算法来求解拍卖机制中对应的0-1背包问题并比较其性能差异。其中一种是传统的最优化求解方法中的分枝限界法，以构建二叉树的方式逐步探寻解空间；另一种是遗传算法。当组合拍卖中的胜标确认算法求得的不是该问题对应的最优解时，买方的获胜带有一定的偶然性。为了尽量避免这种偶然性，可以将组合拍卖设置成回合制(将一段固定的时间规定为拍卖的一个回合，每个回合结束后进行胜标确认)，把拍卖平台在任意时间点接收到的买方标的信息和每一回合的胜标结果对所有买方公开。将买方的标的信息公开是为了使各个买方通过其他买方提出的报价信息来校正商品的市场供求信息并调整自己对于商品的价值估计，从而在拍卖过程中正确的做出决策。而将每一回合的胜标集合及时公开是为了打破拍卖过程中可能存在的价格僵局(所有买方都认为自己当前的标的很可能获胜而导致不再有新的标的产生)，这种作用类以于传统英式拍卖中拍卖师在成交前敲锤的动作，都是使用当前拍卖结果来刺激各个买方继续提高报价。3. 3. 2标的刻画本发明使用带状能力描述来刻画长期能力需求，能力的租用有效期是在拍卖的公告阶段由卖方确定的，买方参与拍卖的目的是在该段时间内获得一定量的能力。3. 3. 2. 1买方标的刻画买方标的包括如下几部分买方的身份标识(Bidder Identification) :bidi0登录时，用户身份标识uid隶属的身份标识中心可判断uid是否合法。合法性认证后，在拍卖平台内使用唯一与uid对应的资源提供方标识Mdi表示该资源需求方。该标识的用途类似于传统拍卖中的买方出价号码牌。该标的面向的供应商标识(Provider Identification) :pid」。该身份标识代表的是买方Mdi向卖方pi+提供的商品投标。单位时间需要的能力数量(Required Capacity) :RCi。表达的是Mdi在租用期内每单位时间的能力需求量。买方报价(Bidding Unit Price) =Bupi0 Bupi代表的是此次投标中Mdi在租用期内报出的单位数量能力购买价格。
3. 3. 2. 2卖方能力刻画卖方在拍卖的准备期提供的信息包括如下几部分卖方的身份标识(Provider Identification) :pidJO登录时，用户身份标识uid 隶属的身份标识中心可判断uid是否合法。合法性认证后，在拍卖平台内使用唯一与Uid 对应的资源提供方标识Pi+表示该资源提供方。该标识的用途类似于拍卖品的标识。单位时间提供能力数量(Supplied Capacity) :SCj。表达的是pid」在租用期内每单位时间内的能力供给量。卖方保留单价(Reserved Unit Price) :RuPj。代表pid」为单位能力设置的底价。二、本发明的技术方案本发明的基于同时向上报价拍卖机制的网格资源调度方法，将同时向上叫价拍卖设置为定期举行，一次拍卖分为准备期、筛选期和拍卖期，包括如下步骤步骤1、准备期完成传统拍卖的委托和公布阶段；拍卖平台在指定的日期内接受所有卖方的委托，记录并统计各个卖方提交的能力供应量和保留价；在公布阶段公开这次拍卖中各个卖方的能力供应量和筛选期的结束时间；步骤2、筛选期当参与拍卖的买方过多时，拍卖平台需要筛选出最可能胜出的那部分买方，淘汰其他参与者以防止过多的买方投标造成拍卖的持续时间过长而总成交金额增长不多的情况；在筛选期内对竞买人进行身份认证、登记，在网上银行冻结保证金之后，进行一轮筛选过程；在筛选期内各买者只能投一次标，标的中标明能力需求和出价，该标的中不用标明面向的供应商标识；假设拍卖平台保留总需求量是1倍的总供应量且出价最高的那部分买方继续投标的权利，拍卖平台在筛选期到期后进行的筛选过程如下步骤2. 1 统计出所有卖方的总供应量Tspc，按照买方单位能力报价Bup的降序将买方标的重新排列，当Bup相同时按照Rc的升序排列，设置变量Td代表当前买方集合的总需求量，η代表已检查过的买方标的个数，将Td的初始值设为0，η的初始值设为1 ；步骤2. 2 从买方队列中复制第η个买方标的信息，假设该标的需求量是Rcn，Td = Td+Rcn，使用变量Srp记录该买方的单位报价；步骤2. 3 如果Td彡lXTspc或η大于买方队列中的标的个数时，转到步骤2. 4 ； 否则，η = η+1，转到步骤2. 2 ；步骤2. 4 保留买方标的队列中前η个买方的投标权，通知其他买方退出拍卖；步骤3、拍卖期完成传统拍卖中的操作和结算阶段；使用回合制拍卖过程，每一回合的流程如下步骤3. 1 根据起拍参考价格和每个卖方的保留价格，算出卖方j的起拍价格Sup =max (Rupj, Srp)，确定每一回合拍卖的初始持续时间Τ。Η、狙击检查时间Teheek和狙击延长时间Tnrore (如果距离本回合拍卖结束前的Tctek时间内拍卖平台收到标的，则认为发生了“狙击”现象，将本回合的持续时间延长Tm。J ；步骤3. 2 设置计时器，使之经过触发；步骤3.3 平台接收买方标的，将买方标的按照投向的卖方不同，使用不同的标的队列按照单位能力报价Bup的降序排列；
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步骤3. 4 计时器到期后，检查最后一个标的的到达时间是否在距离当前T。he。k的时间范围内，如果到达时间在该范围内，则将计时器设置为经过Tm。re后触发，流程转向步骤 3. 3;如果到达时间不在该范围内，检查该回合是否收到新的标的，如果收到新的标的，进行胜标确认，向各买方公布获胜标的集合，流程转向步骤3. 2 ；如果在该回合未收到新的标的，拍卖期结束，通知各买方拍卖结果并进行结算；其中胜标确认方法如下步骤3. 4. 1胜标确认的数学模型每个卖方在每回合中都要根据该回合接到的买方标的确定并公布本回合的获胜者集合；假设卖方Pi+在第k回合收到m个买方标的，这m个买方分别为bidy bidJ2 A、 bid-设买方bid"是否获胜的标识为~，则该拍卖机制的胜标确认问题的数学模型为
权利要求
1. 一种基于同时向上报价拍卖机制的网格资源调度方法，其特征在于将同时向上叫价拍卖设置为定期举行，一次拍卖分为准备期、筛选期和拍卖期，包括如下步骤 步骤1、准备期完成传统拍卖的委托和公布阶段；拍卖平台在指定的日期内接受所有卖方的委托，记录并统计各个卖方提交的能力供应量和保留价；在公布阶段公开这次拍卖中各个卖方的能力供应量和筛选期的结束时间；步骤2、筛选期当参与拍卖的买方过多时，拍卖平台需要筛选出最可能胜出的那部分买方，淘汰其他参与者以防止过多的买方投标造成拍卖的持续时间过长而总成交金额增长不多的情况；在筛选期内对竞买人进行身份认证、登记，在网上银行冻结保证金之后，进行一轮筛选过程；在筛选期内各买者只能投一次标，标的中标明能力需求和出价，该标的中不用标明面向的供应商标识；假设拍卖平台保留总需求量是1倍的总供应量且出价最高的那部分买方继续投标的权利，拍卖平台在筛选期到期后进行的筛选过程如下步骤2. 1 统计出所有卖方的总供应量Tspc，按照买方单位能力报价Bup的降序将买方标的重新排列，当Bup相同时按照Rc的升序排列，设置变量Td代表当前买方集合的总需求量，η代表已检查过的买方标的个数，将Td的初始值设为0，η的初始值设为1 ；步骤2. 2 从买方队列中复制第η个买方标的信息，假设该标的需求量是Rcn，Td = Td+Rcn，使用变量Srp记录该买方的单位报价；步骤2. 3 如果Td彡1 X Tspc或η大于买方队列中的标的个数时，转到步骤2. 4 ；否则， η = η+1，转到步骤2. 2 ；步骤2. 4 保留买方标的队列中前η个买方的投标权，通知其他买方退出拍卖； 步骤3、拍卖期完成传统拍卖中的操作和结算阶段； 使用回合制拍卖过程，每一回合的流程如下步骤3. 1 根据起拍参考价格和每个卖方的保留价格，算出卖方j的起拍价格Sup = max (Rupj, Srp)，确定每一回合拍卖的初始持续时间TOTi、狙击检查时间Teheek和狙击延长时间Tm。re(如果距离本回合拍卖结束前的Tctedt时间内拍卖平台收到标的，则认为发生了 “狙击”现象，将本回合的持续时间延长Tm。J ； 步骤3. 2 设置计时器，使之经过Τ。Η触发；步骤3.3 平台接收买方标的，将买方标的按照投向的卖方不同，使用不同的标的队列按照单位能力报价Bup的降序排列；步骤3. 4 计时器到期后，检查最后一个标的的到达时间是否在距离当前T。te。k的时间范围内，如果到达时间在该范围内，则将计时器设置为经过Tnrore后触发，流程转向步骤3. 3 ； 如果到达时间不在该范围内，检查该回合是否收到新的标的，如果收到新的标的，进行胜标确认，向各买方公布获胜标的集合，流程转向步骤3.2 ；如果在该回合未收到新的标的，拍卖期结束，通知各买方拍卖结果并进行结算； 其中胜标确认方法如下 步骤3. 4. 1胜标确认的数学模型每个卖方在每回合中都要根据该回合接到的买方标的确定并公布本回合的获胜者集合；假设卖方Pi+在第k回合收到m个买方标的，这m个买方分别为bid"、bidJ2 A、bidJm, 设买方bih是否获胜的标识为χ"，则该拍卖机制的胜标确认问题的数学模型为
全文摘要
本发明提供一种基于同时向上报价拍卖机制的网格资源调度方法，属于网络技术领域，包括准备期、筛选期、拍卖期，本发明的调度方法以拍卖方式作为网格资源能力的定价方式，并以此进行网格资源的配置，能够很好地反映市场信息并充分调动广大用户将闲置资源加入到网格中来，提高网格环境下的资源调度效率；改进了原始的同时向上叫价拍卖机制，使其适合对带状能力划分的网格资源的调度，并结合遗传算法设计了网格资源拍卖胜标确认方法，更好的适合实际的长期网格资源调度情况。
文档编号G06Q30/00GK102254284SQ20111021684
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者刘军, 王兴伟, 王宇, 黄敏 申请人:东北大学