基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統及其方法

2023-06-29 19:14:41

基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統及其方法
【專利摘要】本發明解決的問題是提供一種基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統及其工作方法，所述方法包括以下：（1）參與式感知平臺公布所有可用的感知過程及相關的報酬分配計劃（2）所有感興趣的移動終端用戶在參與式感知平臺上註冊；（3）參與式感知平臺公布所有感知過程的參與移動終端用戶數並隨機選擇一個移動終端用戶，允許其更改自己參與的感知過程；（4）直至找到了參與式感知系統模型的純策略納什均衡。本發明的技術方案能夠在感知過程的預算極其有限的情況下也能夠找到足夠多的滿意移動終端用戶來完成對應的任務。
【專利說明】基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數據通訊技術，特別涉及一種基於擁塞博弈模型，促進移動終端用戶儘可能滿意並貢獻參與式感知數據數據系統及其工作方法。
【背景技術】
[0002]目前，智慧型手機的普及正在改變人類的生活。由於4G網絡和硬體工藝的飛速提升，智慧型手機變得更加觸手可及。由於智慧型手機上往往配備強大的中央處理器和多種類型的傳感器，收集和分析大規模的感知數據不再是一種奢望，上述利用手機的處理其和傳感器進行收集和分析數據的過程稱為參與式感知。參與式感知具有覆蓋面廣、數據豐富、不需要額外軟硬體投資等諸多優點，使得研究諸如環境噪聲、車流量分布情況和無線信號覆蓋區域等以往由於人力物力限制所不能及的數據收集、研究和處理成為可能。
[0003]一個常見的參與式感知系統包括一個參與式感知平臺，和一大群使用移動終端用戶(如智慧型手機移動終端用戶)。參與式感知平臺通常架設在雲端，擁有一系列的感知過程。每個感知過程持續不斷地收集同類型的數據。一個感知過程包含很多個收集同類型數據的任務，一個任務可以分發給一個移動終端用戶去完成。參與式感知的流程如下:參與式感知平臺首先公布每個感知過程相關的說明與要求。如果移動終端用戶對某個感知過程感興趣，那麼它將參與到其中，完成其中的一個任務。在收集到對應的感知數據後，參與式感知平臺將計算並發放對應的報酬給移動終端用戶。
[0004]可見，移動終端用戶是參與式感知系統中一個重要的組成部分。然而，不同的移動終端用戶在決策參與哪個感知過程的活動中，受到許多因素的影響。這些因素包括移動終端用戶的時間安排，參與式感知耗費的能量與計算能力，移動終端用戶為完成任務行走的距離，移動終端用戶在特定領域的技能水平，甚至包括移動終端用戶在完成任務的過程中產生的不快。由於以上因素的影響，移動終端用戶在參與式感知的過程中存在滿意和不滿意的狀態。如果付給移動終端用戶的報酬不足以抵消移動終端用戶資源的消耗，隱私洩露的危險和滿足移動終端用戶的興趣，那麼移動終端用戶將拒絕參與感知過程。參與式感知系統如何才能吸引到足夠多的滿意移動終端用戶來參與感知過程，是一個很重要的問題。
[0005]現有技術中，採用集中式的解決方案來提高移動終端用戶的滿意狀態，吸引更多的移動終端用戶參與感知過程。具體地，在集中式的解決方法中，參與式感知平臺需要收集所有移動終端用戶的信息來提出一個分配方案。一方面，隨著系統中移動終端用戶數量的增加，收集數據的數量級也會隨之增加；另一方面，移動終端用戶往往不願意匯報它們的私人數據，而且移動終端用戶可能誤報數據來獲取額外的收益，這使得收集移動終端用戶信息的集中式解決方法並不可行。
[0006]因此，需要對一種參與式感知系統及其方法，能夠有效提升移動終端用戶的滿意度，在預算有限的情況下吸引更多的移動終端用戶參與數據收集。

【發明內容】
[0007]本發明解決的問題是提供一種有效提升移動終端用戶的滿意度，在預算有限的情況下吸引更多的移動終端用戶參與數據收集。
[0008]為解決上述問題，本發明提供一種基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統的工作方法，包括以下步驟:
[0009](I)參與式感知平臺公布所有可用的感知過程T = {I，2,A…,η及相關的報酬分配計劃(Witer;
[0010](2)所有感興趣的移動終端用戶Λ= {ΙΑ3，...在參與式感知平臺上註冊；
[0011](3)參與式感知平臺公布所有感知過程的參與移動終端用戶數HS) = \ {neM:sn = t} I，並隨機選擇一個移動終端用戶，允許其更改自己參與的感知過程；
[0012](4)該移動終端用戶根據參與式感知平臺公布的信息計算自己的最優反應集 若集合不為空，則隨機選擇集合中的任一滿足最優反應條件的感知過程；並且該移
動終端用戶向參與式感知平臺匯報自己的感知過程更新；
[0013]參與式感知平臺根據該移動終端用戶的匯報來更新所有感知過程的參與移動終端用戶數It(S),並返回(3)，直至所有移動終端用戶的最優反應集S?* OS)都為空集時，參與式感知平臺即找到了參與式感知系統模型的純策略納什均衡；參與式感知平臺通知每個移動終端用戶執行該移動終端用戶選擇的感知過程，參與式感知平臺支付與所述移動終端
用戶執行的感知過程相對應的報酬K Φ⑶)。
[0014]可選地,所有移動終端用戶的初始狀態為不參與任何感知過程，Sn = 0.。
[0015]可選地，所述最優反 應集的獲得方法如下:
[0016]該移動終端用戶首先根據所選感知過程的報酬分配計劃和當前參與同一感知過程的人數It (S)，計算出自己應得的報酬；
[0017]該移動終端用戶根據其應得的報酬計算對應的移動終端用戶狀態；若報酬減去滿意目標(《U,之差大於或等於該移動終端用戶的滿意目標，則該移動終端用戶狀態為滿意；若報酬減去滿意目標:糾Woer之差小於移動終端用戶的滿意目標，則該移動終端
用戶狀態為不滿意；若該移動終端用戶當前沒有參加任何感知過程，則該移動終端用戶狀態為不參與。
[0018]相應地，本發明還提供一種基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統，包括:
[0019]多個移動終端用戶#={ls2s3miV},所述移動終端用戶具有各自的代價Gi和滿
意目標所述移動終端用戶配備有移動終端，所述移動終端用於選擇感知過程，
所述移動終端用於基於移動終端用戶選擇的感知過程的報酬與滿意目標，來獲得最優反應集;
[0020]參與式感知平臺，包括:感知過程存儲單元、報酬分配計劃單元、最優反應集確定單元和人數統計單元，其中，所述感知過程存儲單元設置有多個感知過程τ = {?Α?ιΤ};所述報酬分配計劃單元設置有與感知過程相應的報酬分配計劃，所述人數確定單元用於存放每一感知過程的參與移動終端用戶數It(S) = I {η € Λ : Sn = ?} 15 S為所有移動終端用戶當前選擇的感知過程的集合，並且所
述參與移動終端用戶數可基於所述移動終端用戶的感知過程進行更新；所述最優反應集確定單元用於與所述人數統計單元、移動終端用戶進行配合，直至所述移動終端都為空集時，在移動終端用戶執行其選擇的感應任務後，按照報酬分配計劃向移動終端用戶執行與該感應任務對應的報酬。
[0021]可選地，所有移動終端用戶的初始狀態為不參與任何感知過程。
[0022]可選地，所述移動終端為手機、平板電腦或車載終端。 [0023]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0024]本發明的技術方案能夠在感知過程的預算及其有限的情況下也能夠找到足夠多的滿意移動終端用戶來完成對應的任務，使移動終端用戶充分參與到感知過程中，提高了預算的利用率，避免了傳統集中式分配感知過程需要收集移動終端用戶相關數據，時間較長的缺點，利用本發明的技術方案不僅能夠有效地避免參與式感知平臺成為性能瓶頸的問題，且不需要任何涉及隱私的移動終端用戶信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]結合【背景技術】可知，現有的採用集中式的解決方案來提高移動終端用戶的滿意狀態，吸引更多的移動終端用戶參與感知過程，存在的問題為:一方面，隨著系統中移動終端用戶數量的增加，收集數據的數量級也會隨之增加；另一方面，移動終端用戶往往不願意匯報它們的私人數據，而且移動終端用戶可能誤報數據來獲取額外的收益，這使得收集移動終端用戶信息的集中式解決方法並不可行。
[0027]為了解決上述問題，本發明提供一種基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統的工作方法，包括以下步驟:
[0028](I)參與式感知平臺公布所有可用的感知過程T = (miT}及相關的報酬分
配計劃 lHeAr,?€Τ;
[0029](2)所有感興趣的移動終端用戶AT= {I,2，在參與式感知平臺上註冊.[0030](3)參與式感知平臺公布所有感知過程的參與移動終端用戶數Hs) = \{neM:sn = t}\，並隨機選擇一個移動終端用戶，允許其更改自己參與的感知過程；
[0031](4)該移動終端用戶根據參與式感知平臺公布的信息計算自己的最優反應集 若集合不為空，則隨機選擇集合中的任一滿足最優反應條件的感知過程；並且該移
動終端用戶向參與式感知平臺匯報自己的感知過程更新；[0032]參與式感知平臺根據該移動終端用戶的匯報來更新所有感知過程的參與移動終端用戶數It (S)，並返回(3)，直至所有移動終端用戶的最優反應集(S)都為空集時，參與式感知平臺即找到了參與式感知系統模型的純策略納什均衡；參與式感知平臺通知每個移動終端用戶執行該移動終端用戶選擇的感知過程，參與式感知平臺支付與所述移動終端
用戶執行的感知過程相對應的報酬n
[0033]請結合圖1所示的本發明一個實施例的基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統的結構示意圖。所述參與式感知數據系統包括:所述參與式多個移動終端用戶
,所述移動終端用戶具有各自的代價(?和滿意目標《(;丨山9>:7.，所述移動
終端用戶配備有移動終端，所述移動終端用於選擇感知過程，所述移動終端用於基於移動終端用戶選擇的感知過程的報酬與滿意目標，來獲得最優反應集，所述移動終端可以為智慧型手機、平板電腦或車載終端。圖中示出了移動終端用戶1，移動終端用戶2，移動終端用戶3和移動終端用戶4。
[0034]如圖1，所述參與式感知數據系統還包括:參與式感知平臺10，由感知過程存儲單元11、報酬分配計劃單元13、最優反應集確定單元12和人數統計單元14構成，其中，所述感知過程存儲單元11設置有多個感知過程T = {1A3，T};所述報酬分配計劃單元13
設置有與感知過程相應的報酬分配計劃K…⑶、，所述人數確定單元14用於存放每一感
知過程的參與移動終端用戶數P(S) = \{n€M:sn = t}\，S為所有移動終端用戶當前選
擇的感知過程的集合，並且所述參與移動終端用戶數可基於所述移動終端用戶的感知過程進行更新；所述最優反應集確定單元12用於與所述人數統計單元14、移動終端用戶進行配合，直至所述移動終端都為空集時，在移動終端用戶執行其選擇的感應任務後，按照報酬分配計劃向移動終端用戶執行與該感應任務對應的報酬。
[0035]上述系統的工作過程如下:(I)感知過程存儲單元11公布所有可用的感知過程T = ,報酬分配計劃單元13公布所有可用的感知過程相對應的報酬分配計劃(6)_兄ieT。所有感興趣的移動終端用戶#在參與式感知平臺11上註冊。所有移動終端
用戶的初始狀態為不參與任何感知過程，因此人數統計單元14的初始值Sn = 0.。
[0036](2)人數統計單元14公布所有感知過程的參與移動終端用戶數It(S),並隨機選擇一個移動終端用戶n'，允許其更改自己參與的感知過程，基於移動中斷用戶反饋的感知過程，所述人數統計單元14對所述移動終端用戶數It(S)進行更新。
[0037](3)該移動終端用戶n'根據參與式感知平臺10公布的信息計算自己的最優反應
集~(5),並且將所述最優反應集5?, OS)的結果反饋至最優反應集確定單元12。若所述
最優反應集(S)不為空，則隨機選擇所述最優反應集OS)中的任一滿足最優反應條件的感知過程該移動終端用戶向參與式感知平臺匯報自己的感知過程更新人數統計單元14對其中移動終端用戶數P(Sr) = \{neM:sn=i} I進行更新。然後並返回繼續執行步驟(2)，所述最優反應集確定單元用於與所述人數統計單元、移動終端用戶進行配合，直至所述移動終端都為空集時；當任何移動終端用戶的最優反應集(⑤都為空集時，參與式感知平臺即找到了參與式感知系統模型的純策略納什均衡S。最優反應集確定單元12通知每個移動終端用戶執行對應感知過程中的任務，並基於移動終端用戶執行的任務向移動終端用戶支付與該任務相應的報酬。
[0038]其中，在步驟(3)中，最優反應集的計算方法如下:
[0039]該移動終端用戶首先根據所選感知過程的報酬分配計劃^屮(S?和當前參與同一感知過程的人數It (S)計算出自己應得的報酬；
[0040]該移動終端用戶根據其應得的報酬計算對應的移動終端用戶狀態；若報酬減去滿
意目標丨之差大於或等於該移動終端用戶的滿意目標，則該移動終端用戶狀態為
滿意；若報酬減去滿意目標WUor之差小於移動終端用戶的滿意目標，則該移動終端
用戶狀態為不滿意；若該移動終端用戶當前沒有參加任何感知過程，則該移動終端用戶狀態為不參與。
[0041]因此，上述較佳實施例僅為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等`效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統的工作方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)參與式感知平臺公布所有可用的感知過程T= {UA.…21及相關的報酬分配計戈丨J W*)f『€Arsl€T; (2)所有感興趣的移動終端用戶N= {I，2，3,…，iV}在參與式感知平臺上註冊； (3)參與式感知平臺公布所有感知過程的參與移動終端用戶數It(S) = t{neM:sn=i}\，並隨機選擇一個移動終端用戶，允許其更改自己參與的感知過程； (4)該移動終端用戶根據參與式感知平臺公布的信息計算自己的最優反應集(5)；若集合不為空，則隨機選擇集合中的任一滿足最優反應條件的感知過程；並且該移動終端用戶向參與式感知平臺匯報自己的感知過程更新； 參與式感知平臺根據該移動終端用戶的匯報來更新所有感知過程的參與移動終端用戶數It(S),並返回(3)，直至所有移動終端用戶的最優反應集OS)都為空集時，參與式感知平臺即找到了參與式感知系統模型的純策略納什均衡；參與式感知平臺通知每個移動終端用戶執行該移動終端用戶選擇的感知過程，參與式感知平臺支付與所述移動終端用戶執行的感知過程相對應的報酬K #0.0。
2.如權利要求1所述的基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統的工作方法，其特徵在於，所有移動終端用戶的初始狀態為不參與任何感知過程，Sn = 0.。
3.如權利要求1所述的基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統的工作方法，其特徵在於，所述最優反應集的獲得方法如下:該移動終端用戶首先根據所選感知過程的報酬分配計劃gUhs))和當前參與同一感知過程的人數r(s)，計算出自己應得的報酬； 該移動終端用戶根據其應得的報酬計算對應的移動終端用戶狀態；若報酬減去滿意目標抑.Wmr.之胃大於$等於i亥移雲力終端用戶白勺滿*目標，則i亥移雲力終端用戶狀$為滿意；若報酬減去滿意目標之差小於移動終端用戶的滿意目標，則該移動終端用戶狀態為不滿意；若該移動終端用戶當前沒有參加任何感知過程，則該移動終端用戶狀態為不參與。
4.一種基於擁塞博弈模型的參與式感知數據系統，其特徵在於，包括: 多個移動終端用戶M =.,,N}，所述移動終端用戶具有各自的代價Ctn和滿意目標(GUn€M'mr，所述移動終端用戶配備有移動終端，所述移動終端用於選擇感知過程，所述移動終端用於基於移動終端用戶選擇的感知過程的報酬與滿意目標，來獲得最優反應集；參與式感知平臺，包括:感知過程存儲單元、報酬分配計劃單元、最優反應集確定單元和人數統計單元，其中，所述感知過程存儲單元設置有多個感知過程T =所述報酬分配計劃單元設置有與感知過程相應的報酬分配計劃，所述人數確定單元用於存放每一感知過程的參與移動終端用戶數PO5) = HneM:sn = i}\，SS所有移動終端用戶當前選擇的感知過程的集合，並且所述參與移動終端用戶數可基於所述移動終端用戶的感知過程進行更新；所述最優反應集確定單元用於與所述人數統計單元、移動終端用戶進行配合，直至所述移動終端都為空集時，在移動終端用戶執行其選擇的感應任務後，按照報酬分配計劃向移動終端用戶執行與該感應任務對應的報酬。
5.如權利要求1所述的參與式感知數據系統，其特徵在於，所有移動終端用戶的初始狀態為不參與任何感知過程。
6.如權利要求1所述的參與式感知數據系統，其特徵在於，所述移動終端為手機、平板電腦或車載終端。
【文檔編號】G06Q10/04GK103729696SQ201410012330
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】孫垚, 朱燕民, 馮珍妮 申請人:上海交通大學