基于博弈的智能云市场计算经济学方法论研究

The development of Cloud Computing and Edge Computing leads to the emergence of computing mode “Cloud Market”. Multi-lateral gaming of Cloud Market is forming when unifying optimization of configuration and management with Cloud Market operation. First, multi-side involved pricing mechanism is researched. Through Computable General Equilibrium (CGE) model, quantify the cross influence among industries and build price dynamics model; Contribution rate based dynamic pricing mechanism is proposed, to stimulate users’ collaboration. Second, multi-side collaborative trade game model is researched. On the basis of traditional one-to-many gaming, internal games inside interest groups are related by use of price and demand, and meta zero sum game is modeled to address many-to-many gaming problem. Third, post-optimization method for non-balanced market is researched. Peak clipping and traffic rectification game is designed to mitigate peak pressure under supply less than demand scenario, and income increasing and expenditure decreasing game is designed to reduce resource waste under supply bigger than demand scenario. Finally, equilibrium existence and computability is researched. Variational inequality theory is used for existence proof. Complexity analysis takes polynomial parity arguments on directed graphs (PPAD) into account. And iterative approximate algorithms or distributed algorithms are devised. The first three researches try to model the computation problem of Cloud Market by use of theories in economics. The last research reversely takes advantage of computer science to solve the models above. It is expected to form a methodology of computational economics for smart Cloud Market, fully combining computer science and economics.

云计算、边缘计算的发展，催生了“云市场”计算模式。配置管理优化与云市场的运营过程相统一，形成云市场多边博弈问题。研究多方联动的定价机制，通过可计算一般均衡（CGE）理论量化行业的交叉影响，建立价格动力学模型；提出基于贡献率的动态定价机制，激励用户协同。研究多方协同的交易博弈模型，在传统一对多的博弈基础上，基于价格和需求关联多个利益集团的内部博弈，通过构建元零和博弈模型解决多对多博弈问题。研究非平衡市场的后优化方法，削峰整流博弈解决供小于求下峰值压力；开源节流博弈解决供大于求下资源浪费。研究均衡存在性和可计算性，基于变分不等理论证明均衡解的存在性；基于PPAD（有向图的多项式校验参数）分析复杂度，并设计迭代近似或分布式算法。前三个方面利用经济学理论对云市场中的计算问题建模；最后一个方面又反过来基于计算科学方法对模型进行求解。充分将计算科学与经济学结合，形成了一套智能云市场的计算经济学方法论。

云计算、边缘计算、大数据的发展，催生了“云市场”计算模式。配置管理优化与云市场的运营过程相统一，形成云市场多边博弈问题。本项目以云服务市场为研究背景，展开多方联动协调的云市场经济模型的研究。针对云计算环境下，构建了用户和服务提供商之间多对一、多对多的博弈模型，进一步以市场化的价格为杠杆，构建了两方博弈的协同模型。将上述两方博弈的协同思想，适配到多接入移动边缘计算场景中，构建了任务外包的双边博弈模型。针对大数据所引发的数据、服务定价问题，基于Stackelberg博弈平衡数据提供商、服务提供商、用户三方的利益。此外，研究了非平衡市场的资源优化问题，构建了供求失衡下的削峰和空闲资源的再分配博弈模型，最大化资源提供方和使用方的利益。面向上述博弈模型，利用变分不等、凸优化等数学理论对纳什均衡解的存在性、唯一性以及复杂度问题进行了理论分析，并设计了相应的近似迭代数值求解算法。上述工作在知名SCI期刊上发表论文8篇，发明专利1项，获得科技奖励2项，通过本项目的研究培养了博士后1名、博士生1名和硕士生4名。目前通过国际合作交流项目，仍在就本项目开展持续研究。总之，本项目从经济学角度出发重新定义、解决云计算中的问题，提出一套适用的经济模型，以一种更加新颖的方式解决该问题；使用计算机技术解决重新定义的问题，为市场中的纳什均衡解的计算提供理论知识和解决方案；形成一整套云市场的计算经济学方法论。研究计划得到全面实施，较好地实现了预期目标，经费得到充分合理的使用。研究成果为云市场配置管理优化提供技术支撑，有助于实现云市场的智能化。