移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法，屬于無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)和移動互聯(lián)網(wǎng)的交叉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，智能手機(jī)市場快速增長，2014年全球智能手機(jī)出貨量接近13億，比2013 年增長了 26%。目前的智能手機(jī)集成眾多有用且接個低廉的傳感器，這些傳感器可以用于 感知人類活動和周圍環(huán)境。如果把全球的智能手機(jī)利用起來，將組成世界上最大的傳感器 網(wǎng)絡(luò)。
[0003] 移動群智感知由于其廣泛的時空覆蓋、低廉的成本、優(yōu)秀的可擴(kuò)展性以及普遍存 在的應(yīng)用場景而被認(rèn)為是一種具有巨大潛力的新型數(shù)據(jù)感知和收集模式。目前已有一些 項(xiàng)目基于移動群智感知實(shí)現(xiàn)了健康護(hù)理、智能交通、社交網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域中的不同應(yīng) 用。
[0004] 但目前的這些應(yīng)用都是假設(shè)參與者能自愿地積極的參加數(shù)據(jù)感知的，這往往不切 實(shí)際。因?yàn)閰⑴c者需要消耗設(shè)備的能量、計算能力、存儲空間、數(shù)據(jù)流量等完成群智感知任 務(wù)，參與者需要得到一定數(shù)量的激勵以抵消這些損失。群智感知應(yīng)用的成功實(shí)施取決于參 與者數(shù)量以及數(shù)據(jù)質(zhì)量，沒有激勵上述兩點(diǎn)都得不到保證。因此，激勵機(jī)制的設(shè)計在群智感 知應(yīng)用中十分重要。
[0005] 然而，激勵機(jī)制的設(shè)計并不容易，因?yàn)閱蝹€參與者往往會采取策略行為，以最大化 自身的效用，這將對選擇參與者已經(jīng)決定支付數(shù)額產(chǎn)生破壞。目前，群智感知的激勵機(jī)制主 要考慮地點(diǎn)相關(guān)型的任務(wù)，即任務(wù)分散在不同的地理位置。但卻忽略了時間相關(guān)型的任務(wù)， 更沒有發(fā)現(xiàn)存在針對該類任務(wù)類型的激勵方法。本發(fā)明提供一種用于群智感知中單時間窗 口任務(wù)的激勵方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的是提供移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法，解決 在單時間窗口任務(wù)類型的群智感知中選擇用戶和計算支付數(shù)額的問題。本發(fā)明相對于目 前的激勵方法，首次解決了單時間窗口任務(wù)這種新的群智感知應(yīng)用場景的激勵機(jī)制設(shè)計問 題。本發(fā)明首先提出了該應(yīng)用場景的系統(tǒng)模型，在所提的系統(tǒng)模型下最小化社會代價。接 著本發(fā)明提出了一個動態(tài)規(guī)劃算法用于選擇參與者，在決定每個被選擇用戶的報酬時采用 經(jīng)典的VCG拍賣機(jī)制。本發(fā)明所述移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法是 能高效運(yùn)行的、個人理性的、可信的以及最優(yōu)化的。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0008] 考慮一個移動群智感知系統(tǒng)包括一個平臺和一群智能手機(jī)用戶，平臺處于云端。 本發(fā)明所述移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法是針對感知給定時間窗 口內(nèi)的連續(xù)數(shù)據(jù)的場景，在這種場景下平臺需要收集一個時間窗口內(nèi)的連續(xù)數(shù)據(jù)。每個智 能手機(jī)用戶可以提交一個可以完成感知任務(wù)的單個時間窗口。
[0009] 本發(fā)明專利所述移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法，其特征在 于包含一個反向拍賣流程和兩個階段：用戶選擇階段和支付決策階段。用戶選擇階段采用 動態(tài)規(guī)劃方法解決最小社會代價用戶選擇問題。在支付決策階段計算每個被選擇用戶的報 酬，這個計算是基于VCG拍賣機(jī)制的。
[0010] 本發(fā)明專利所述移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法，首次對單 時間窗口的移動群智感知系統(tǒng)的進(jìn)行激勵機(jī)制的設(shè)計。平臺發(fā)布一個時間窗口 W= [Ts， TE]，其中八和T E分別為時間窗口的開始時間和結(jié)束時間，即平臺請求從T 3到T游感知數(shù) 據(jù)；
[0011] 本發(fā)明專利所述移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法，每個用戶 向平臺提交一個標(biāo)書Bi= (Rpbi)，該標(biāo)書是一個二元組，其中Ri= [Spei]是用戶i能完 成感知任務(wù)的時間窗口。h是用戶i完成任務(wù)Ri的報價，即用戶i希望獲得的報酬；
[0012] 本發(fā)明專利所述移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法，是最小化 社會代價的，即最小化入選用戶的真實(shí)代價之和，并且滿足入選用戶的時間窗口能夠覆蓋 I
[0013] 本發(fā)明所述移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法中，平臺和智能 手機(jī)用戶的交互過程體現(xiàn)為一個反向拍賣機(jī)制，步驟如下：
[0014] 步驟201 :平臺發(fā)布一個時間窗口 W = [Ts，Te]，，其中TJPTe分別為時間窗口的 開始時間和結(jié)束時間，即平臺請求從!；到T E的感知數(shù)據(jù)；
[0015] 步驟202 :設(shè)智能手機(jī)用戶集合為U = {1，2，. ..，n}，每個用戶向平臺提交一個標(biāo) 書Bi= (R i，bj，其中Ri= [s i，ej是用戶i能完成感知任務(wù)的時間窗口。每個標(biāo)書都存 在一個真實(shí)代價Ci。SjPei可以是任何時間點(diǎn)。h是用戶i完成任務(wù)R i的報價，即用戶i 希望獲得的報酬；
[0016] 步驟203 :用戶選擇階段。平臺選擇用戶的子集S ^仏使得所選用戶的社會代價 之和最小，并且所提交的時間窗口可以覆蓋W，選擇結(jié)束后并選擇結(jié)果告知入選用戶；
[0017] 步驟204 :用戶在自己提交的時間窗口內(nèi)感知數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)提交平臺；
[0018] 步驟205:支付決策階段。平臺為每個入選用戶計算報酬。并通過在線形式支付。
[0019] 在步驟203中，平臺選擇用戶的問題形式化表示為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法，其特征在于：平臺和智能手 機(jī)用戶的交互過程體現(xiàn)為一個反向拍賣機(jī)制，步驟如下： 步驟201 :平臺發(fā)布一個時間窗口 W= [TS，TE]，其中TjP Te分別為時間窗口的開始時 間和結(jié)束時間，即平臺請求從1；到T E的感知數(shù)據(jù)； 步驟202 :設(shè)智能手機(jī)用戶集合為U = {1，2, ...，η}，每個用戶向平臺提交一個標(biāo)書Bi =(Ri, 4)，其中Ri= [Si，ej是用戶i能完成感知任務(wù)的時間窗口，每個標(biāo)書都存在一個 真實(shí)代價Ci. ^和e i可以是任何時間點(diǎn)，b i是用戶i完成任務(wù)R i的報價，即用戶i希望獲 得的報酬； 步驟203 :用戶選擇階段，平臺選擇用戶的子集S E ￡/，使得所選用戶的社會代價之和 最小，并且所提交的時間窗口可以覆蓋W，選擇結(jié)束后并選擇結(jié)果告知入選用戶； 步驟204 :用戶在自己提交的時間窗口內(nèi)感知數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)提交平臺； 步驟205 :支付決策階段，平臺為每個入選用戶計算報酬，并通過在線形式支付。
2. 如權(quán)利要求1所述的反向拍賣流程，其特征在于，在步驟203中，平臺選擇用戶時，進(jìn) 入用戶選擇階段，步驟如下： 步驟301 :初始化堆棧stack為空，被選擇用戶S為空； 步驟302 :對于每個用戶，將其最小代價函數(shù)F (i)設(shè)為無窮大； 步驟303 :對每個用戶的時間窗口按照右端點(diǎn)非遞減順序排列； 步驟304 :對于每個用戶按照上面的順序依次計算F(i)，重復(fù)下面的步驟305、步驟 306、步驟307、步驟308 ; 步驟305:如果Tse [Si，ei]，則令該用戶時間窗口的最小社會代價F(i) =Iv并且令 該時間窗口的前驅(qū)時間窗口索引pre(i) = -1，轉(zhuǎn)步驟307,否則轉(zhuǎn)步驟306 ; 步驟306 :在堆棧中尋找一個具有最小社會代價的時間窗口 j，并且滿足七多Si，則計 算當(dāng)前用戶i的時間窗口的最小社會代價F(i) = F(j)+bi，并且令pre(i) = j ; 步驟307 :如果棧頂位置的用戶時間窗口最小代價大于等于用戶i的時間窗口最小代 價，則在堆棧中刪除該棧頂用戶，直到棧頂用戶時間窗口最小代價小于用戶i的時間窗口 最小代價； 步驟308 :將當(dāng)前用戶i的時間窗口，最小社會代價，用戶索引，pre (i) -起組成一個四 元組取，F(xiàn)⑴，i，pre(i))放入堆棧頂部； 步驟309:在堆棧中尋找滿足TEe [Si，ei]的具有最小社會代價的用戶i，則整個解決 方案的最小社會代價即為F (i); 步驟310 :將用戶索引i加入到集合S中，通過四元組中的前驅(qū)時間窗口索引pre，將所 有被索引的時間窗口也并入到S中； 經(jīng)過用戶選擇階段后，集合S就是平臺所選擇的用戶子集。
3. 如權(quán)利要求1所述的反向拍賣流程，其特征在于，在步驟205中支付決策階段的步驟 如下： 步驟401 :對于所有用戶集合U，通過上述選擇階段計算出最小社會代價Cost (U); 步驟402 :判斷是否每一個被選擇用戶i e S，都已經(jīng)計算了報酬數(shù)額，如果沒有轉(zhuǎn)步驟 403,否則轉(zhuǎn)步驟404 ; 步驟403 :計算除用戶i以外的最小社會代價Cost (U\{i})，并計算用戶i的報酬數(shù)額 為 Pi =Cost (U\{i})_ (Cost (U)-IDi); 步驟404 :輸出報酬數(shù)額矢量P，結(jié)束支付決策階段。
【專利摘要】本發(fā)明提供移動群智感知中一種用于單時間窗口任務(wù)的激勵方法，針對單時間窗口任務(wù)的群智感知系統(tǒng)，設(shè)計了一種用戶激勵方法。該方法包含一個方向拍賣流程和兩個階段：用戶選擇階段和支付決策階段。在用戶選擇階段采用動態(tài)規(guī)劃方法解決最小化社會代價用戶選擇問題，在支付決策階段采用VCG拍賣機(jī)制計算每個入選用戶的報酬數(shù)額。該方法包括用戶選擇階段和支付決策階段總的時間復(fù)雜度為O(n2logn)，該激勵方法具有個人理性、防欺騙的良好性質(zhì)，并且可以產(chǎn)生最優(yōu)解，即能夠在多項(xiàng)式時間之內(nèi)找到覆蓋感知時間窗口的最小社會代價的用戶子集S。
【IPC分類】G06F9-44, G06Q30-08
【公開號】CN104657133
【申請?zhí)枴緾N201510047053
【發(fā)明人】徐佳, 盧蔚, 蔣凌云, 李濤, 李千目, 徐小龍, 王海艷
【申請人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月28日