移動(dòng)邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的資源分配與定價(jià)①

呂曉東,邢煥來,宋富洪,王心漢

1(西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,成都 610031)

2(西南交通大學(xué) 計(jì)算機(jī)與人工智能學(xué)院,成都 610031)

1 引言

隨著移動(dòng)應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,功率和計(jì)算資源有限的移動(dòng)設(shè)備(MDs)不再滿足資源密集型應(yīng)用的嚴(yán)格要求,如低延遲、高可靠性、用戶體驗(yàn)連續(xù)性的要求[1].在移動(dòng)邊緣計(jì)算(MEC)中,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)提供商進(jìn)行合作,在網(wǎng)絡(luò)邊緣提供優(yōu)秀的通信和計(jì)算資源,以增強(qiáng)MD 能力[2].

在MEC 中,計(jì)算資源的管理在提高資源利用率和優(yōu)化系統(tǒng)資源效益方面起著至關(guān)重要的作用[3].由MEC服務(wù)器處理外部任務(wù)會(huì)消耗本地計(jì)算資源.因此,每個(gè)MD 根據(jù)某種資源定價(jià)機(jī)制支付一定的服務(wù)費(fèi),以激勵(lì)邊緣云提供足夠的計(jì)算資源.

現(xiàn)有的定價(jià)機(jī)制,如基于拍賣的,依賴于中間機(jī)構(gòu)的靜態(tài)定價(jià)[4-6].拍賣雙方都需要向中介提供的服務(wù)支付費(fèi)用.總成本的增加使得雙方都無法從資源交易中獲得最佳的利益.同時(shí),靜態(tài)定價(jià)也不能適應(yīng)MD 不斷變化的資源需求.在這種情況下,MEC 服務(wù)器很難有效地利用其本地資源.因此,一個(gè)關(guān)鍵的問題是如何有效地將有限的MEC 資源分配給具有不同需求和偏好的相互競(jìng)爭(zhēng)的MD.為此,我們將MEC 環(huán)境中的多資源分配和定價(jià)問題表述為一個(gè)包含一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者和多個(gè)跟隨者的多階段Stackelberg 博弈,其中所有MEC 服務(wù)器同時(shí)將它們的實(shí)時(shí)價(jià)格發(fā)送到一個(gè)聚合平臺(tái)(AP).在第1 階段,通過MEC 服務(wù)器公布的價(jià)格,AP 通過解決一個(gè)效用最大化問題來找到最優(yōu)的資源分配解決方案.在第2 階段,基于環(huán)境的反饋(即資源如何分配給MDs),我們利用多代理近端策略優(yōu)化(MAPPO)算法[7]學(xué)習(xí)每個(gè)MEC 服務(wù)器的最優(yōu)定價(jià)策略,這種策略不需要MEC 服務(wù)器獲取其他MEC 服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的定價(jià)策略就可以做出最優(yōu)的決策.

我們的主要貢獻(xiàn)如下: (1)我們通過構(gòu)建一個(gè)Stackelberg 的領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨者博弈,充分考慮了AP 和MEC 服務(wù)器之間的互動(dòng)以及服務(wù)器之間的競(jìng)爭(zhēng).納什均衡給出了完全競(jìng)爭(zhēng)的合理結(jié)果.(2)該算法基于MAPPO,這是一種具有集中式訓(xùn)練和分布式執(zhí)行的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法,能夠適應(yīng)環(huán)境動(dòng)力學(xué)和參數(shù)的不確定性.每個(gè)MEC 服務(wù)器作為一個(gè)智能體,不斷地與環(huán)境交互,以生成一系列的培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn).智能體既不需要事先了解MEC 資源的折扣成本,也不需要知道其他智能體所采取的行動(dòng).因此,信號(hào)傳遞的開銷就大大減少了.(3)仿真結(jié)果表明,該算法可以為每個(gè)MEC 服務(wù)器學(xué)習(xí)一個(gè)優(yōu)秀的策略,以確定其資源的單價(jià).

2 相關(guān)工作

邊緣系統(tǒng)的最優(yōu)資源分配和定價(jià)已經(jīng)引起了越來越多的研究關(guān)注.主要有兩個(gè)研究方向: 定價(jià)導(dǎo)向因素和最優(yōu)定價(jià)策略.

定價(jià)導(dǎo)向因素.Dong 等人[8]提出了一種云計(jì)算資源定價(jià)算法,分析歷史資源使用情況并不斷調(diào)整資源價(jià)格.但該算法只考慮了資源利用率,沒有分析其他重要因素.Liu 等人[9]提出了一種基于價(jià)格的分布式算法,只強(qiáng)調(diào)了任務(wù)調(diào)度.Li 等人[10]提出了云計(jì)算的靜態(tài)資源定價(jià)方案.定價(jià)操作簡(jiǎn)單,但難以滿足終端設(shè)備的動(dòng)態(tài)需求.他們沒有考慮用戶需求與資源價(jià)格之間的實(shí)時(shí)關(guān)系,因此不能根據(jù)用戶需求動(dòng)態(tài)調(diào)整資源價(jià)格.

最優(yōu)定價(jià)策略.現(xiàn)有的最優(yōu)定價(jià)策略大多是基于拍賣和博弈論的.Zhang 等人[11]研究了通過基于拍賣的算法對(duì)系統(tǒng)效益和多維資源的聯(lián)合優(yōu)化.解決方案是系統(tǒng)性能改進(jìn)和單位效益的產(chǎn)物.然而,該算法以每一輪拍賣為優(yōu)化目標(biāo),難以接近全局最優(yōu).因此,執(zhí)行成本非常高.Dong 等人[12]采用了一種基于價(jià)格的雙層Stackelberg 博弈來模擬一個(gè)由單個(gè)MEC 服務(wù)器和多個(gè)用戶組成的MEC 系統(tǒng).

3 系統(tǒng)模型

3.1 網(wǎng)絡(luò)模型

MEC 系統(tǒng)模型由多個(gè)利益相關(guān)者組成: (1)希望出售免費(fèi)資源的MEC 服務(wù)器; (2)希望購買資源以執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的MD; (3)AP 作為第三方代理,代表MD 從MEC 服務(wù)器購買資源.不失一般性,我們考慮一個(gè)通用的“多對(duì)多”場(chǎng)景,即每個(gè)MEC 都可以將資源出售給多個(gè)MD.同時(shí),每個(gè)MD 可以購買多個(gè)MEC 服務(wù)器出售的資源.

我們考慮一個(gè)具有多個(gè)MD 和具有多種類型資源的多個(gè)MEC 服務(wù)器的MEC 系統(tǒng).我們用U={1,2,···,U}和M={1,2,···,M}分別表示MD 和MEC 服務(wù)器的集合.R={1,2,···,R}表示資源種類的集合.我們有|U|=U,|M|=M,|R|=R.MEC 服務(wù)器和MD 之間的相互作用總結(jié)如下:

(1)MEC 服務(wù)器i∈M,希望出售空閑資源r∈R,于是向AP 告知它的可用資源數(shù)量Qi,r和其單位資源的期望價(jià)格pi,r.

(2)給定價(jià)格pi,r和可用資源數(shù)量Qi,r,MDj∈U決定從每個(gè)MEC 服務(wù)器購買的資源數(shù)量

(3)MDj使用所購買的資源來處理其計(jì)算任務(wù).

3.2 多階段Stackelberg 博弈

Stackelberg 領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨者博弈是一個(gè)策略游戲,其中領(lǐng)導(dǎo)者承諾一個(gè)策略,然后跟隨者跟隨[13].一般來說,游戲中的所有玩家都是自私的,因?yàn)樗麄兠總€(gè)人都考慮了他人的策略來最大化自己的利益.具體來說,考慮到跟隨者可能采取的策略,領(lǐng)導(dǎo)者選擇了一種最大化其利益的策略.基于觀察領(lǐng)導(dǎo)者的策略,每個(gè)跟隨者都采用了使其利益最大化的策略.然后,我們解釋了跟隨者之間的競(jìng)爭(zhēng).通過MAPPO 算法,得到了每個(gè)跟隨者的最佳響應(yīng).在這個(gè)算法中,每個(gè)跟隨者都與環(huán)境交互,并學(xué)習(xí)一種策略來優(yōu)化其長(zhǎng)期獎(jiǎng)勵(lì),而不需要考慮他人采取的行動(dòng).Stackelberg 領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨者博弈的定義如下:

玩家: AP 和MEC 服務(wù)器都是游戲玩家.AP 是領(lǐng)導(dǎo)者,而所有的MEC 服務(wù)器都是跟隨者.

策略: 對(duì)于MEC 服務(wù)器i∈M,他的策略是確定資源r∈R的單價(jià); 對(duì)于AP,策略是確定MDj∈U從MEC服務(wù)器處購買的資源r的數(shù)量.

收益: MEC 服務(wù)器、MD 和AP 的收益函數(shù)分別由式(1)-式(3)給出.

令xi.j.r表示MDj∈U從MEC 服務(wù)器i∈M處購買的資源r∈R的數(shù)量.MEC 服務(wù)器i的收益計(jì)算如下:

其中,pi,r表示MEC 服務(wù)器i的資源r的單價(jià),xi={xi,j,r}j∈U,r∈R,pi={pi,r}j∈U.

MDj的收益定義如下:

其中,xj={xi,j,r}i∈M,r∈R,p={pi,r}i∈M,j∈U,ωi,j,r是MEC 服務(wù)器i出售給MDj的資源r的質(zhì)量.

AP 的收益是所有MEC 服務(wù)器和MD 收益的總和(即社會(huì)福利),定義如下:

其中,x={xi,j,r}i∈M,j∈U,r∈R.

由于所有資源都有獨(dú)立的預(yù)算,且彼此不受影響,因此我們可以將多資源分配和定價(jià)問題分解為多個(gè)單資源分配和定價(jià)子問題.因此,我們將優(yōu)化問題分解為R個(gè)獨(dú)立的子問題,每個(gè)子問題都與特定的資源類型相關(guān)聯(lián).與整體處理原始優(yōu)化問題相比,該分解的主要優(yōu)點(diǎn)是處理多個(gè)子問題顯著降低了計(jì)算復(fù)雜度.與r∈R相關(guān)的子問題表示為:

其中,xi,r={xi,j,r}j∈U,xr={xi,j,r}i∈M,j∈U,pr={pi,r}i∈M.

3.3 AP 社會(huì)福利優(yōu)化

針對(duì)與資源r相關(guān)的子問題,給定所有MEC 服務(wù)器對(duì)資源r的單價(jià)(即pr),AP 的目標(biāo)是最大化它的收益.

問題1:

其中,Qi,r是MEC 服務(wù)器i中資源r的可售賣數(shù)量,Bj,r是MDj購買資源r的預(yù)算.

定理1.問題1 的最優(yōu)解如下:

其中,

證明見附錄A.

4 基于MAPPO 的AP 收益優(yōu)化

本節(jié)將介紹每個(gè)MEC 服務(wù)器如何選擇其對(duì)AP所采用的策略的最佳響應(yīng).

4.1 基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方法

我們使用多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)(multi-agent reinforcement learning,MARL)來解決多重單一資源分配和定價(jià)子問題.我們將每個(gè)子問題描述為一個(gè)馬爾可夫決策過程(Markov decision process,MDP),以準(zhǔn)確地反映資源分配和定價(jià)的決策過程.然后,我們將 MAPPO應(yīng)用于這些子問題.由于其在全局優(yōu)化方面的出色性能,MAPPO 可以在需要時(shí)快速為每個(gè)MEC 服務(wù)器獲得接近最優(yōu)的單一資源分配和定價(jià)策略.

對(duì)于資源r,給定來自環(huán)境的反饋(即資源r如何分配給MD),每個(gè)MEC 服務(wù)器需要確定資源r的單價(jià)以最大化它的收益.

MDP 的元素如下所示,包括狀態(tài)空間、動(dòng)作空間和獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù).

狀態(tài)空間: MEC 服務(wù)器i在時(shí)隙t時(shí)刻的狀態(tài)空間表示為oti,包括對(duì)前面的L個(gè)時(shí)隙的觀察,如式(12)所述:

全局狀態(tài): MAPPO 基于全局狀態(tài)s而不是本地觀察oi學(xué)習(xí)策略 πθ和值函數(shù)V?(s).我們使用所有局部觀測(cè)結(jié)果的連接來作為critic 網(wǎng)絡(luò)的輸入.

動(dòng)作空間: 在時(shí)隙t,MEC 服務(wù)器i∈M觀察前L個(gè)時(shí)隙的資源分配情況,決定在當(dāng)前時(shí)隙的單價(jià),即pti,r.

獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù): 獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)定義如下:

其中,cti是MEC 服務(wù)器i的折扣成本.log 函數(shù)確保當(dāng)所獲收益(即)不足以抵扣成本時(shí),獎(jiǎng)勵(lì)是負(fù)的.

4.2 基于MAPPO 的資源分配和定價(jià)策略(RAPMAPPO)

MARL 算法可以分為兩種框架: 集中式學(xué)習(xí)和分散式學(xué)習(xí).集中式方法假設(shè)合作博弈,并通過學(xué)習(xí)單一策略直接擴(kuò)展單智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法,以同時(shí)產(chǎn)生所有智能體的聯(lián)合動(dòng)作.在分散學(xué)習(xí)中,每個(gè)智能體都優(yōu)化自己的獨(dú)立獎(jiǎng)勵(lì); 這些方法可以解決非零和博弈,但可能會(huì)受到非平穩(wěn)轉(zhuǎn)換的影響.最近的工作已經(jīng)開發(fā)出兩條研究路線來彌合這兩個(gè)框架之間的差距: 集中培訓(xùn)和分散執(zhí)行(centralized training and decentralized execution,CTDE)和值分解(value decomposition,VD).CTDE 通過采用actor-critic 結(jié)構(gòu)并學(xué)習(xí)集中的critic 來減少方差,從而改進(jìn)了分散的強(qiáng)化學(xué)習(xí).代表性的CTDE方法是多智能體深度確定性策略梯度(multi-agent deep deterministic policy gradient,MADDPG)[14].VD 通常與集中式Q 學(xué)習(xí)相結(jié)合,將聯(lián)合Q 函數(shù)表示為每個(gè)代理的局部Q 函數(shù)的函數(shù)[15],這已被視為許多MARL 基準(zhǔn)測(cè)試的黃金標(biāo)準(zhǔn).MAPPO 通過將單個(gè)近端策略優(yōu)化算法(proximal policy optimization algorithms,PPO)[16]訓(xùn)練與全局值函數(shù)相結(jié)合,屬于CTDE 類別.不同的是PPO 是一個(gè)on-policy 算法,MADDPG 是基于offpolicy 的算法,但是MAPPO 經(jīng)過簡(jiǎn)單的超參數(shù)調(diào)整就能獲得比較好的成績(jī).

在RAP-MAPPO 中,每個(gè)MEC 服務(wù)器都被視為一個(gè)智能體.每個(gè)智能體都有一個(gè)參數(shù)為θ的actor 網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)參數(shù)為?的critic 網(wǎng)絡(luò).RAP-MAPPO 為每個(gè)智能體訓(xùn)練這兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò).我們用V?表示critic 網(wǎng)絡(luò),用 πθ表示actor 網(wǎng)絡(luò).我們使用統(tǒng)一的經(jīng)驗(yàn)重放緩沖區(qū)來存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)點(diǎn)以進(jìn)行訓(xùn)練.RAP-MAPPO 是一種基于集中式訓(xùn)練和分布式執(zhí)行的方法.在集中訓(xùn)練階段,actor 網(wǎng)絡(luò)只從自身獲取觀測(cè)信息,而critic 網(wǎng)絡(luò)獲取全局狀態(tài).在分布式執(zhí)行階段,每個(gè)代理只需要它的actor 網(wǎng)絡(luò)(而不需要critic 網(wǎng)絡(luò)).通過與環(huán)境的交互,每個(gè)代理都可以做出合適的資源分配和定價(jià)策略.

Actor 網(wǎng)絡(luò)被訓(xùn)練用來最大化:

Critic 網(wǎng)絡(luò)被訓(xùn)練用來最大化.

其中,是折扣獎(jiǎng)勵(lì).RAP-MAPPO 的訓(xùn)練步驟見算法1.

算法1.RAP-MAPPO 的訓(xùn)練過程初始化: 初始化actor 網(wǎng)絡(luò)和critic 網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)1: 設(shè)置學(xué)習(xí)率step≤stemmax α 2: while 3: 令 data buffer i=1 to batch_size D={}4: for do τ=[]5:6: for t=1 to T do pat=π(ota;θ),uta～pta,vta=V(sta;?)7:utrt,ot+1,st+1 8: 計(jì)算動(dòng)作 ,得到τ+=[st,ot,ut,rt,ot+1,st+1]9:images/BZ_105_405_1460_426_1491.pngA,images/BZ_105_430_1460_451_1491.pngRτ 10: 計(jì)算,將分成長(zhǎng)度為L(zhǎng) 的塊11: for 1=1,2,…,T //L do D=D∪(τ[l:l+L,images/BZ_105_571_1561_592_1592.pngA[l:l+L],images/BZ_105_680_1561_701_1592.pngR[l:l+L]])12:13: 從D 中隨機(jī)抽取K 個(gè)樣本L(θ)θ L(?)? 14: 通過更新,更新

5 仿真結(jié)果

5.1 參數(shù)設(shè)置

我們考慮一個(gè)由多個(gè)MEC 服務(wù)器和多個(gè)MD 組成的MEC 系統(tǒng).收益最大化問題取決于可用的資源和預(yù)算.為簡(jiǎn)單起見,我們?cè)O(shè)置ωi,j,r=1+0.1j+i/10.資源質(zhì)量在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中都是固定的.我們將長(zhǎng)期獎(jiǎng)勵(lì)的折扣系數(shù)設(shè)置為零,因?yàn)樽运降闹悄荏w的目標(biāo)是最大化他們的即時(shí)收益.為了加快訓(xùn)練過程,我們對(duì)每個(gè)智能體都采用了一個(gè)相對(duì)較小的網(wǎng)絡(luò).Actor 網(wǎng)絡(luò)和critic 網(wǎng)絡(luò)都是由1 個(gè)輸入層,3 個(gè)隱藏層和1 個(gè)輸出層組成.這3 個(gè)隱藏層分別有128、64 和32 個(gè)神經(jīng)元.此外,actor 網(wǎng)絡(luò)和critic 網(wǎng)絡(luò)都使用ReLU 作為所有隱藏層的激活函數(shù),參與者網(wǎng)絡(luò)采用tanh 函數(shù)激活輸出層進(jìn)行策略生成.其他模擬參數(shù)見表1.進(jìn)行性能比較的算法如下:

表1 仿真參數(shù)

質(zhì)量比例最優(yōu)定價(jià)(quality proportional optimal pricing,QPOP): 我們假設(shè)AP 對(duì)每個(gè)MEC 服務(wù)器提供的資源質(zhì)量有一個(gè)先驗(yàn)的知識(shí).單價(jià)設(shè)置與服務(wù)器的資源質(zhì)量成正比,同時(shí)消耗確定的資源和貨幣預(yù)算(即I=0).I=0在實(shí)際系統(tǒng)中是不可能的,但由QPOP 找到的解決方案可以作為一個(gè)最優(yōu)的基準(zhǔn).

隨機(jī): 單價(jià)在(0,5)區(qū)間內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生.

MADDPG: 每個(gè)MEC 服務(wù)器都被視為一個(gè)智能體,狀態(tài)空間由前L個(gè)時(shí)隙的價(jià)格和資源分配組成,動(dòng)作是資源的單價(jià),獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)基于MEC 服務(wù)器的資源收入和成本設(shè)計(jì).

5.2 收斂性

圖1 為所提出的RAP-MAPPO 和MADDPG 在不同MEC 服務(wù)器數(shù)量下的收斂曲線.隨著訓(xùn)練次數(shù)的增加,MEC 服務(wù)器的平均獎(jiǎng)勵(lì)逐漸上升,最終變?yōu)榉e極和穩(wěn)定.我們首先研究了MEC 服務(wù)器的數(shù)量對(duì)收斂性的影響.隨著MEC 服務(wù)器的增加,這兩種算法都需要更多的時(shí)間來收斂.這是因?yàn)楦嗟姆?wù)器會(huì)導(dǎo)致更大的狀態(tài)空間.這兩種算法需要對(duì)狀態(tài)空間進(jìn)行更多的探索,才能獲得可觀的獎(jiǎng)勵(lì).此外,MEC 服務(wù)器的平均獎(jiǎng)勵(lì)隨著MEC 服務(wù)器的增加而降低.這是因?yàn)楦嗟姆?wù)器會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)期間降低價(jià)格,也就是說,每個(gè)服務(wù)器都希望出售其資源.然后,我們比較了兩種算法在收斂性方面的性能.我們很容易觀察到,與MADDPG 相比,RAP-MAPPO 具有收斂速度更快、平均獎(jiǎng)勵(lì)速度更高的特點(diǎn).

圖1 不同算法的收斂性曲線

5.3 MEC 服務(wù)器和MDs 在Stackelberg 均衡下的收益

我們?cè)趦煞N場(chǎng)景下比較了這4 種算法.在第1 種場(chǎng)景下,Bj,r從5 到40 不等,Qi,r保持不變.在第2 種場(chǎng)景下,Qi,r均勻分布在[5,40]的范圍內(nèi),Bj,r固定為20.為了說明預(yù)算約束的影響,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中固定了MD 的質(zhì)量權(quán)重,并將M,U分別設(shè)置為4 和8.

在第1 種場(chǎng)景下,RAP-MAPPO 在沒有對(duì)MEC 服務(wù)器提供的資源質(zhì)量的先驗(yàn)知識(shí)的情況下,獲得了接近最優(yōu)的性能,如圖2 所示.當(dāng)MEC 服務(wù)器的資源不足時(shí),MD 之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致了賣方市場(chǎng).同時(shí),RAPMAPPO 在社會(huì)福利方面優(yōu)于MADDPG 和隨機(jī)算法(見圖3).這是因?yàn)殡S機(jī)定價(jià)不能充分利用MEC 服務(wù)器的資源,而RAP-MAPPO 則鼓勵(lì)MEC 服務(wù)器動(dòng)態(tài)調(diào)整其單價(jià),以達(dá)到提高資源效率的目的.

圖2 不同MEC 資源數(shù)量下MEC 服務(wù)器收益

圖3 不同MEC 資源數(shù)量下社會(huì)福利

在第2 種場(chǎng)景下,從圖4 和圖5 可以看出,在大多數(shù)情況下,RAP-MAPPO 在MD 收益和社會(huì)福利方面比MADDPG 和隨機(jī)算法獲得了更好的性能.隨著MD 的平均貨幣預(yù)算的增長(zhǎng),MEC 服務(wù)器更有可能提高價(jià)格,以響應(yīng)AP 的資源購買策略.因此,MD 需要降低他們的資源需求或支付更多的費(fèi)用來鼓勵(lì)MEC 服務(wù)器銷售更多的資源,從而減少M(fèi)D 的回報(bào),即賣方市場(chǎng).

圖4 不同MD 預(yù)算下MEC 服務(wù)器收益

圖5 不同MD 預(yù)算下社會(huì)福利

綜上所述,RAP-MAPPO 在MEC 服務(wù)器的收益和社會(huì)福利方面的表現(xiàn)優(yōu)于MADDPG 和隨機(jī)算法.它的性能與QPOP 類似.QPOP 需要知道MEC 服務(wù)器的質(zhì)量權(quán)重信息和MEC 服務(wù)器之間的無條件合作,而我們的方法只是基于與環(huán)境相互作用的局部觀察.

6 結(jié)論

本文研究了基于Stackelberg 博弈的資源分配和定價(jià)問題,其中AP 和MEC 服務(wù)器是領(lǐng)導(dǎo)者和追隨者.這個(gè)問題被分解為多個(gè)可以單獨(dú)解決的單一資源類型的子問題.我們采用MAPPO 來解決這個(gè)問題.對(duì)于任意的MEC 服務(wù)器,RAP-MAPPO 不需要知道其他MEC 服務(wù)器所采取的操作,這有助于減少信令開銷.此外,RAP-MAPPO 可以通過一系列的狀態(tài)-行動(dòng)-獎(jiǎng)勵(lì)觀察來指導(dǎo)競(jìng)爭(zhēng)智能體實(shí)現(xiàn)收益最大化.仿真結(jié)果表明,在RAP-MAPPO 中,MD 和MEC 服務(wù)器在滿足前者嚴(yán)格的貨幣預(yù)算約束的同時(shí),學(xué)習(xí)了接近最優(yōu)的回報(bào).此外,RAP-MAPPO 在收益和社會(huì)福利方面都優(yōu)于QPOP、隨機(jī)和MADDPG.

附錄A.定理1 的證明

問題1 對(duì)應(yīng)的拉格朗日方程是:

KKT 條件如下:

消去 λi,可得:

因此,問題1 可以被分解為如下兩個(gè)子問題.

子問題1:

子問題1 對(duì)應(yīng)的拉格朗日形式的KKT 條件如下:

消去 λi,可得:

由式(25)可知:

另一方面,式(23)的可行解可推出:

因此可知:

子問題2:

子問題2 對(duì)應(yīng)的拉格朗日形式的KKT 條件如下:

消去 μj,可得:

由式(30)可知:

另一方面,式(29)的可行解可推出:

因此可得:

綜上所述,問題1 的解如下: