（管理科学与工程专业论文）基于区分服务模型的动态定价方案研究.pdf

山尔师范人学硕十学位论文 基于区分服务模型的动态定价方案研究 摘要 因特网在过去的十几年中经历了爆炸式的增长，连网主机照每年翻番，万 维褥站点每半年翻番。同时伴随多媒体技术酶飞速发展，因特耀上多媒体应用 层出不穷，这些新应用吸引了越来越多的用户。目益增长的用户需求和相对缓慢 的硬件设备扩容及技术更新，造成了瓣终资源的相对匮乏，使得用户对踺络速度 等服务质量不满。而且不同类型的业务对服务质量和网络资源有不同的瓣求，现 鸯的单一尽力型网络模式不能穰妊地提供区分服务，这就要求瓣络采取措施，提 供不同质量级别的多种服务，合理有效地分配有限的网络资源，从而最大限度地 实现资源的潜在价值，提高通信网络的整体服务质量。 在过去十年中，工程师们都把主要的精力放在了技术领域，然而收效甚微。 经济学在生活中多方面的成功运用，使研究学者很自然的想到利用定价机制来解 决上述阀题。因为楣对于技术手段，价格杠杆可以更感接有效地控制用户使用网 络的行为，从而对掰络资源静合理分配起到重要作用。价格酌波动可以实时反姨 供求状况，为用户合理选择资源提供激励与约束；同时可将用户选定的服务价格 作为资源分配的依据，来实现服务的区分。 通过实现合理的定价方案，扶工程豹角度着，可以对用户进行有效的区分， 合理均衡流量，成为避免网络拥塞的一种手段：从经济的角度看，可以使i s p 回 收成本，并剩用盈余对现有网终进行改造舞级，提供更优质的服务。然两已提出 的定价方案多从最优性角度考虑问题，而很少关注实现的复杂度，以致提出的定 价方案多停留在理论阶段，没有得到真正的实现。 本文基于对上述问题的研究，提出了单个区分服务域中的动态定价方案并给 出了具体鳇实现框架。本文麴蠹容和主要创薪点如下： l 、对现有的定价方案的分类和比较。 根据费用的变化与对阕豹关系把定价方案分为静态、半动态和动态兰类，对 几种典型的定价方案进彳亍了分类描述，基于定价动态与否、时间粒度以及定价时 闻三个评价标准，评估了几种定价方案的性能。 2 、提出了一种动态定价方案。 提蹬了一个融合接入价掺和馒髑徐罄的徐格体系和基予耀户效用的一个有 山尔师范大学硕+ 学位论文 效、实时的定价方案。该方案能对不同服务等级进行差异定价，其中接入价格体 现了对用户预订下但是未使用的那部分流量的计费，使用价格则在体现服务等级 区分的基础上引入动态的特性，随网络的拥塞状态周期性地改变。此方案促使用 户根据其实际应用需求合理选择服务等级，并通过中间代理根据价格的变化调整 用户的发送速率，进而最大化其效用；另外，i s p 可以根据当前资源分配情况， 通过适当价格干预，引导各等级用户有序分布，形成一个以供需关系为主、兼具 宏观调控的价格体系，使网络被高效利用。 3 、结合区分服务模型的特点，给出了定价方案的具体实现框架。 该实现框架设计在区分服务模型之上，结合我们提出的动态定价方案，解决 了以往定价方案的实现难题。它通过边界路由器之间的信息互通，监测网络的拥 塞状态，并把此拥塞信息考虑到价格的更新当中。拥塞的监测以及价格的计算基 于端到端，减少了网络负载和控制开销；在i s p 和用户之间增加中间代理，它以 较长的时间间隔从用户处得到需求信息，并向用户显示当前各服务等级的的价 格，而以较短的时间间隔与i s p 进行价格等信息的交互，解决了定价时间粒度的 问题。 此外，为了评估定价方案以及实现框架的性能，我们运用网络模拟器n s 一2 从不同的角度对本文所提出的定价方案和实现框架进行了详细地分析和实验，仿 真结果显示，我们的定价方案以其实现框架在带宽分配和队列管理方面有较好的 稳定性和公平性、且具有易实施性。 关键字：定价方案，区分服务模型，服务质量，拥塞控制 分类号：t p 3 9 3 山东师范人学硕十学位论文 r e s e a f c h so nd y n 鑫臻l 主ep r 主e i n gs c h 漱eb a s e do nd 秘舔洲m o d e l a j 6 i s 专r 鑫式 h l t e r n e th a se x p e r i e i l c e de x p l o s i v e 目0 w 饿i nm ep a s td e c a d e ，吐l en 1 舳e ro f l 瓣翱喝掇鑫鏊粒羹南l 差b l 豁e 、，魁了弦a r 雒堪氇e 燃秘矬b e fo fw 每bs i 段落d 融王b | e se v 弱苫s i x m o n t h s a c c o m p 鼢i e db y 堍e 泖i dd 姆e 1 0 p m e 瓤o f 氆u 雉髓e d i a 妣h n o l o 辨e 薹l d l e s s m l l 蚍 n e d i a 印p l i c 蕊o l l sa p p e a r0 nt h eh l t 锄e t t h e 舱n c wa p p l i c a t i o n sl l a v ea t t r a c t c d 怒i 。匡霉勰d 建垮r o 珏s a 漆翻w 池g 稻e fd e l 麓秘鑫a 鞋d l 霉l 裂主v 嚣l ys l 渊固q p a 嚣s i 强o f 盘o h 嘲a r e 甑l u i p m 嘲秘dt h n o l o g yu p d 越e s ，c a s e 饿er e l 破i v el a c k o fn e t w 羽散 r e s o u r c e s 糊1 de l l a b l eu s e r so 咀n l en e t w o r kd i s s a t i s 丘e dw j mm eq u a l i t yo fs e r v i c e d i 想翟e 躐姆掰恣o fb 醛遮e 嚣望鞫瞧臻或强热越l _ l a l l 镑o fs e 辩i e 怒秘蘸蠢懋置嫩硪囊婚呔 勰s o u f c e s ，也ee x i s t i l l gb e s te 赶o r tn e t w o r k 面e sn o ta d e q t l a t e l yp 悯l v i d ed i b r 锄t i a t 聪 s e r v i c e s ，w h i c hc a l l sf o rt h en e t w o 嫩t ot m 汜m e a s e st op r o v i d eav a r i e t yo fd i 虢r e n t l e 掣蘸so fc l 鼹嚣撂o f 裂爱峨e e s ，夔薅b u 玺el 蕊l e 巷嚣霞搿嘧癜f e 辩翻e s 糙鑫s 鳓曲勰d e 您的t i v e l 弘t h 璐m 鑫x i i l l i z i n gt l l ep o t e n t i a lv a l u 巷o fo t 疆r e s o u r c e s 黻证i m p 】的v 逾g 穗e o v e r a ns 删c eq u a l i t yo fc o 珈嗽戚c a t i o n sn i e t 轨的r k & 镪ep 襄蠡d 粼= 羞b 琵，懿玺n 筑爨魏a v er e 鲥e 莲氇e 蕊鑫遮蠼 葭窑y 攮壕e 溉k 玲k g y f i e l d b u tw i 证l i t t l er e ；s u l t i 【t 地g 啊c c e s s ：f u la = p p l i c a t i o | no fe | c o n o h l i c si na l l 螂e d 瞻o f l i f cma ：k e 8 “n a ：t u 艄l 也a tr c s e a r c hs c h o l a r su s ep r i c i n gm e c h a l l i s m st 0r e s o l v 也e s e i s s 珏e s 。t 斑s 运b e e 擞l s e 。爨鼓l 璎a 羚畦毫。毒e e 强i e 蘸l 臻瞎a 程& 穗ep 蠢e el 舒嚣e 麓1b el 廷翻潜 d 慨l y 撇de 行宅c t i v e l yc o i l 乜lo v e rm eu s eo fn e 锕o f ku s e r s ，m u sp l a ya n 螂0 n a 娃l r o l ei n 墩or a 娃o n a la l l o c a t i o no fn e t w o _ kr e s o u r c e s t h ef l u c t u a ：t i o no fp r i c e si nf e a l 鼬ee a 蘸魏爝镦s 臻薹 p l y 瑟d 娃铹嚣躲曩s i 删髓，羽1 d 镄梵露礅g eo fc i 激塔镣垂毽穗露b e l 臻谑o o f1 l s e r l e c t i n gr e s o l l r s e s ；a tm es a m et i i l l e ，m ep r i c eo fs e f 、，i c e 也eu s e rs e l e c t 毹 c a nb et 蝣b a s i sf b rn l ea l l o c a l i o no fr 移s o u “；e st oa c h i e v em ed i s l j l 瓣t i o n 毽g 蠢氇er e 舔i z 舞。蠹o f 戚o l 斌p 矗e 遗gs e h e 整叁参b o 越氆e 锨幽裁壤镪gp o 趣o f v i 眠c a nc a n yo l l te 丘e c t i v ed i s t i n c t i o nf 0 ru $ 翎湛 b a l 飘c em et r a m c 瑚晡o n a l l y 锄瓶 b e c o 眭l cam e a n so fa v o i 幽gn 咖o r kc o n g e s t i o l n ；勘m 饿ee c o n o m i cp o i n t ，o fv i e w ； 熏k 塔pc 越l 髓o v e rm ee o 蘸，繇d 醢s e 也es 翻零l 毯st o 礴室霉鼍谴e 氇ee x i s 趣g 霸娥w o 矗鼹纛 p r o 、，i d eb e t t e rs e r v i c e h o w e v c r t l i ep r o p o s 础p r i c _ i i l gs c h e m e 8h a v em a d em o r e 戚d 嚣撕o nf o ro p t i m a lp r o b l e m ，a n dl i 谯l e 醐艇i o nt on l ec 唧1 e x 量t yo fm e 糟8 l 五蠢。躲s o 圣a t 像e 面e 娩gs c 采瓤e 鑫疰l ls 穗筘i 珏氆毒也磷e 啦s 鑫簪，h 勰n o 鼍b e 鼹 虮l l yr c a l i z e d b a s e do nt h ea ：的v e - l n e 岖o n e di s s u e s ，驯雌f o 舢r dad y n 羽艇cp r i c i n 磷s c h e 旺l e b i 医。莲。毂鑫s 汝爨嚣蠢罚融a l l dp 豢e s e 携l 鑫司e c i 磊e 嘶l e l 建a 睡酬。藏嬲e 镉被。豫 毗铋to f 也ep a p 钟a i l dt h em a i ni m l o v a t i o n sa r ea sf o l l o w s ： l 、i 檬p l e m e n t kc l a s s i 矗c a t 主o n 穗n de 0 1 n p 撕s o nb 烈w e e nt 圭l ee x i s 斑塔p r 主c 妇g s e 羲篚n e s 。 a c c o r d i n gt ot h er e l a t i o n s b j pb 掷e e l lm ec o s tc h a n g e sa i l dt h et i m e ，t h e 研c i n g s c h 锨e s 擞e 也v i d e d 巍t os 锄e ，h a l f 冀l 粼数i c3 n dd m 捌噍et h 怼et y p e s 。p 五e i n g 鼢锄。sa r ed e s e 娃b 扼f e 鞠e c t 主v e l ya 擞l 鑫s s e s s 舔侥ep 髓鼢蕊秘e eo fs e v 鼬lp 蠢e i n 黛 s c h 锄锱b 勰e do nm r e e a l u a t i o nc r i t 舐a 8o fd y n a m c 州c i n go rn o t ，t i m e g l n 醢l a 撼t y2 日睦dp e i 薹l g 蠢l n e 山东师范人学硕十学位论文 2 、p u tf b n o r dak i n do fd y n 锄i cp r i c i n gs c h e m e w ep r e s e n t 锄i n t e 黟a t e dp r i c i n ga r c h i t e c t u r ec o n s i s t e do fa c c e s sp n c ea n du s a g e p r i c e ，w h i c hl e a dt 0a ne 插e c t i v ea n dr e a l t i m ep r i c i n gm e t l l o d w i t ht l l em e t h o d ， d i 脓e n tc h a r g i n gr a t e sa r e 印p l i e dt 0d i 脏r e n ts e n ，i c el e v e l s 1 l l ea c c e s sp c e r e f l e c t st h ep 五c eo fm ef l o wr e s e e db u tn o tu s e d ，m eu s a g ep r i c ew h i c hr e n e c t st h e s e n ，i c ed i 丘r e i l c ei n t r o d u c e sd 1 a i n i cc h a r a c t 嘶s t i c sa n dc h a n g e sc v c l i c a l l ya st 1 1 e n e t w o r l ( c o n g e s t i o ns t a t e t i l i ss c h e m e r g e su s e r st os e l e c ts u i t a b l es e r v i c el e v e la n d a l t 锄a t eu s e r s s e i l d i n gm t ea c c o r d i n gt om ep r i c ec h a i l g e sm r o u 曲i n t e n n e d i a t e a g e i l t ，m e r e b ym a ) 【i m i z eu t i l i t i e s ；b e s i d e st t l o s e ，i s pc a i l 硫e 妇et 0h e l pd i s t r i b u t e c u s t o m e r sa m o n gd i 缗玎e m1 e v e l s s u c h 狃i m e 伊a t e dp d c i n gm e c h 觚i s mi i lw l l i c h s u p p l ya 1 1 dd e m 觚dd o m i n a t e ，a i l dp l a n 弱s i s t sg u 聪m t e e sm en e 帆o r kt 0b eu t i l i z e d e 能c t i v e l y 3 、w i mt h ed i 低e sf e a n l r l ：，p r e s e n tas p e c i f i ci m p l e m e i l t a t i o n 仔a m e w o r k t h e 觎咖e w o r kd e s i 趴so n 缸l ed i 仃s e n ，m o d e l ，c o 如【b i i l c dw i t h 廿l ed y n 锄i c p r i c i i l gs c h e m ew ep r o p o s e d ，r e s o l v e dt h er e a l i z a t i o np r o b l e m si l lm ep a s t i tm o i l i t o r s n e t 、o r kc o n g e s t i o ns t a t u s 缸o u 曲i n f o 肌a t i o ns h a r i n gb e t 、) l ，e e nm ee d g er o u t e r sa i l d c o n s i d e r 吐l i si n f o m a t i o nt 0u p d a t ep r i c e s c o n g e s t i o nm o i l i t o r i i l g 弱w e l la st l l e c a l c u l a t i o no fp r i c e sb a s e so ne n d t o e n d ，w t l i c hr e d u c em en e t w o r kl o a da n dc o n 仃0 1 e x p e n s e s ； hb e 锕e e ni s p a n du s e r si 1 1 c r e a u s e s缸锄e d i a t ea g e 她恤c hg e t i i l f o m l a t i o n 丘啪u s e r sa tl o n g e r1 i m e - s a c l e s ，d i s p l a 姐n gm ec u 仃e n tp r i c ec a t e g o r yt o u s e r s ，b l l tu ：p d a t ep r i c e sw i t hi s pa ts h o r t e rt i n l e s c a l e s r e s o l v e dt i m e 印陷n l 】1 a r i t y p r o b l e m h 1a d d i t i o n i no r d c rt 0e v a l u et 1 1 ep e r f 0 n n a n c eo fo u r 谢商堰s c h e m ea n dt h e i i n p l e m e n t a t i o n 丘锄e 、再叼r k ，w eu s et 量l en e t w o r ks i m u l a t o rn s 。2t 0c o n l u c td e t a i l e d e x p 嘶m e l l ta n da n a l y s i sf r o md i 珏酹e n tp e f s p e c t i v e s t h es i n m l a t i o nr e s u bi n d i c a t e m a to u rp r i c i n gs c h e i n ea n di m p l e m e r n a t i o n 丘锄e w o r kh a v eb e t t e rs t a b 订i t ya n d f 越m e s si nb 趾l d w i c a l l o c a t i o na n dq u e u em a n a g e m e m ，毅l da r ee s a yt oi m p l e m e n t k e y w o r d ：p r i c i n gs c h 锄e ，d i 低e q u a l 毋o fs a 哳c e ，c o n g e s t i o nc o n 缸o l c l a s s i f i c a t i o n ：t p 3 9 3 独创声明 本人声明所璺交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 硒究成果。据我所知，除了文孛特别期戳标注移系谢的逑方外，论文孛不包含箕 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得一一( 注：如 没有其拖需要特剐声鞠戆，本栏可空) 或其他教育视构的学往蠛证书使用过薛材 料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学健论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞。有关保留、使用学位论文的规定，有权保 警并囊国家有关部门或枫构送交论文酶复印件帮磁盘，允诲论文装查阕和借阕。 本人授权堂撞可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采雳影印、缩印或拓摇等复制手毅保存、汇编学位论文。( 保密酚学位论文在 解密后邋用本授权书) 学位论文作一：寺醉 签字翻期：2 0 0 盼岁月) 日 黝擀砷条 签字网期：2 0 0 9 年r 月纠 山尔师范人学硕十学位论文 第一章绪论 1 。唾研究背景 王n t e 】= n e 专商业化螽，正逐年以指数级豹速度增长，不仅网络用户，主机及服务 器数量有犬的增加，传输信息的种类和流量也增加很多，带有s 要求的新型服务 ( 例如：实黠交互式音频或视频会议，联枫游戏等) 不断涌现，随着网络应用麴抉速 发展，现有的网络呈现出资源相对紧缺、服务类型多样化和应用商业仡等几大特 点： ( 1 ) 赘源相对短缺：近年来日益增长的用户需求和相对缓慢的硬件设备扩容 及技术更新，造戒了鼹络资源熬相对匾乏，使得用户对网络速度等服务质量不满， 因此必须设计合理高效的资源分配策略以使相对紧张的网络资源得到充分的利 用，以提离通癌网络韵整体服务质量玎一。 ( 2 ) 服务类型多样化；运营商提供的不同业务对服务质量瑟求和资源需求不 嗣，现有的单一尽力型网络模式不熊很好逑提供区分服务，这裁要求强络采取措 施，提供不同质量级别的多种服务酶3 。 3 ) 癍溺商业化：在商业他鲍鼹终串，运营商既要豳牧建设秘维护飕络数成 本，又要在激烈的竞争中生存下去，迫切要求引入合理的价格机制和体系，以体 现蟋终资源躲徐毽，荛瓣络市场兹运作提供基础。 网络发展的这几个特点，给我们提出了新的挑战。传统的非经济方法固然可 以解决一时的趣题，毽夔着网络需求的急尉增长，单纯依靠技术手段己经越来越 盥得力不从心，于是研究者开始转向通过经济手段来解决问题h 尚6 7 1 ，该方法具有 以下优点： 。 ( 1 ) 价格机制影响供需变化，根据供需关系进行价格调节，使用户在价格和性 能上寻求最毽结合点，最终达篓合理使焉资源，优纯赘漾分配的謇熬。 ( 2 ) 价格机制体现服务质超的差别，选择不同价格的用户获得不同级别的服务， 从焉使系统能够更好遗提供区分服务。 ( 3 ) 合理的付费机制，为网络传输的商业运作提供了基础。i n t e m e t 的发展需要 瓷金，l s p 发展网络需要牧囡成本，嚣嚣合理戆键费枫裁对予网络的运营十分重 罄。 山东师范人学硕十学位论文 1 2 关于动态定价 董。2 。羔动态定价的冒标 动态定价方案是价格能随网络状态的变化而上下波动的定价方案，为解决因 特网中出现的阕题，我们设计的定价方案疲满足以下要求： ( 1 ) 对于不同业务流类趔、不同服务质量需求，网络资源有不同的价格。 ( 2 ) 价格要动态反映网络节点的负载状态，进一步影响需求变化。在溺络不拥 挤时，价格下降鼓励用户使用网络；在资源稀缺时，价格上涨要抑制需求。 ( 3 ) 具有分布式的特点，局部节点的价格e l l 局部信息决定，不需要全局信息。 ( 4 ) 简化系统实现，使方案具有可操作性。 1 2 2 动态定价的挑战 制定动态定价方案的一个重要问题是价格需要在一定的时闻闻隔内动态地 更新。网络拥塞或流量突发时，价格以较快的频率更新，从而及时地反映网络状 态，但是价格的频繁更新崧然会弓| 入计算翻控制的额外开销。然焉，如果价格不 能及时更新，定价方案就不能很好地适应网络状态，同时也失去了对用户需求和 潮络拥塞的控制。定份方案的鲁适应性和溺络开销需要进行折衷( t r a d e o f f ) 溯 处理，同时要迎接两方面的挑战：拥塞控制问题和定价的公平性问题。 1 2 2 1 拥塞控制问题 定价方案的一个主要嗣豹就是采用自适应韵价格控割阉户的需求，对网络豹 拥塞实现直接或间接地控制。在实现时，拥塞控制的时间粒度应该比定价方案价 格更新的时闻粒度要小秘。当然，定价时闻粒度越小，定价方案也就越能有效地 控制网络拥塞。 动态的定价方案虽然从理论上可以控割拥塞，但是在实际应用孛它还要解决 如下问题： ( 1 ) 定价方案必须能够提供检测网络拥塞级别的信号，著且能够把这些拥塞 级别的信号以参数的形式尽可能快地通知给其他的网络实体( 如节点、路由器、 网关等) ，同时这些网络实体也要能够用最新的摁塞控制信息来更新价格。要从 根本上实现这一问题，必须要有非常强健而有效的网络拥塞检测技术，并且这些 2 m 尔师范大学硕士学位论文 技术懿野辚对霹绦造成鹣影灏霎尽霹麓蘸小。 。 ( 2 ) 为了对拥塞更有效地控制，定价方案必须尽可能快的更新价格，但是价 掊酶频繁受薪是焉户不愿意看妥酶瓣，透燕惠徐方案努须平衡漓终耪震声之阕煞 矛盾。 1 2 2 2 公平性问题 每个震户豢是| 菹菜彝特定麓应焉米嫠震鼹络，每个庭溪对它赫整焉誊有着不 间的价值，因此棚嗣的资源对于不同的用户获得的价值不同。黼传统的拥塞控制 策赂絮鼹拳难簿公平健准裂裁是把瑟终捺源平等鳇嚣耋绘耀产丞蝣。掰骧， 网络通过把带宽平等地分配给用户来实现公平性的做法值得商榷。此外，传统的 掇塞控翻策薅没鸯任博手莰来获霉攥户蒸意支撼每主王l i 纛g 嚣e s s 一毫蛰一a y 靛蕊急， 因此也就无法判断用户希浆获得应用的真实价值。 对予鼹络来说，蕞公平瓣蒋凌是笺燕两产薛效霜攀熏产使蔫霹络时鳇满意 程度) 总和达到最大时的带宽分配。定价方案的制定骥能保证这种公平性。根据 瘸户对带宽资源分配嚣敏感程度瞧就是蔫声戆愿意支嚣震度) 在雳产之麓势配 有限的带宽就可以实现用户效用的娥大化。 瑗在给一个铡子来说嚣公平牲。镁设畜蓠令蓬户a 霹嚣，镳搬逶过耱霹麓 瓶颈链路c ，假定用户b 的应用对带宽的敏感程度是用户a 的r 倍。所以用户b 魏愿意支霉雩程度滗震户轰离r 倍，帮= 慨，这里是篱户a 隽每攀位游阕鼹 络服务的预算。我燃的闽题是对予泌个月户，怎样配蹩带宽c 是公平的。 我们的爵标是使用户酶总的效用达到最大，假设用户盼效耀鏊数荐 嚣e = w 媳毒，箕孛x 秀给予角声的繁宽，w 必用户瓣繁宽麴敏感度，瞧可苏代 装用户的预算。所以我们描述的用户a 和b 的效用函数形式如下； 冁鳓= 氛媳茗、游= 埝g 薹t 令颤察瓠隽给予瘸产焘黎黪熬蒂宽麓毅量e 鞠为给予两用户的总带宽为c ，所以而= 秽一颤。那么总的劂户效用函数为： ，= u 一0 一) + ) 。为了得到的值使得用户的总效用值最大，对上式求 微分： 山东师范人学硕七学位论文 型：丝+ 丑= 拜尘! 堕：o ( 1 1 ) 出c 一 4 x 彳( c x 爿) 可得2 者b = i c n 心) 由式1 2 可以看出，为了使用户的总效用达到最大，用户b 得到的带宽是用 户a 的r 倍。注意，盏与_ 丝是相同的，这暗示着用户必须按照它的意愿支 c o 七b b 付的值与所有用户愿意支付的值的比率来分配带宽。 但是随着网络规模的扩大，有两个问题需要解决： ( 1 ) 在广域网中，节点之间的价格交互必定产生时延，而端到端的时延又很难 徽到准确估计。因此如傅在毽p 的节点之阍实对进行最优价格的通信，对宣适应 定价方案是一个很大的挑战。 ( 2 ) 定价方案根据用户对网络造成的拥塞程度按毖倒收费。但是对于广域鹧来 说，对用户的流量进行精确统计并不是一件简单的事情。广域网中的拥塞区域随 着时闻两改变，焉拥塞的级别也随时间焉改变，对予每个流来说，很难确定它的 拥塞成本信息。 1 3 本文的研究内容与结构安排 本文在分析了动态定价方案圈标和挑战的基础上，从降低实现难度并兼具拥 塞调节作用的角度，提出了融接入价格和使用价格的价格体系，并设计出了相应 的基于区分服务模型的动态定价方案的实现框架。通过n s 2 仿真实验，证明我 们的方案具有较好的稳定性和公平性。 文章的后续部分组织如下： 第二章定价方案分析与d i f f s e r v 概述：对近年来研究的较多的定价方案进 行了系统地总结，并且依据一定的评估标准对其进行了比较，并对后续实现框架 中需要用到的区分服务模型的体系结构和原理进行了介绍。 第三章一种基于区分服务模型的动态定价方案：提出了一种动态定价方案， 其费用由接入价格和使用价格两种价格元素组成。单位接入价格体现为高服务等 级的资源被低等级用户使用所造成的使用价格差；瓶单位使用价格从一定程度了 体现了用户所选择的服务质量的高低，并且使用价格会根据网络的拥塞状态周期 性地改变，以体现动态性。 4 山尔师范犬学硕七学位论文 第嚣章定价方案酶实现框架) p f ：为克服戮缓动态定价方案实现上静难 题，结合区分服务模型，提出了一种易于实现的动态定价实现框架。它由中间代 理、入嚣边界路毒器、出瑟边赛路由器裟资源分配器豳个主要元件梅成，透过元 件之间的协调工作以及信息的交互，完成价格的更新工作，并通过中间代理向用 户提供更薪后酶徐格，诿节用户使用网络懿符为，获舔减轻鼹络拥塞藏时提高瓣 络资源的利用率。通过仿真实验，验证定价方案及其实现框架的性能。 第五章总结及展鋈：总结了本文的主要研究工箨，指出其中静不足之处和 来来的研究方向。 山东师范大学硕十学位论文 第二章定价方案分析与d i 髑e r v 概述 2 。1 定价方案分析 定价是一个涉及经济、社会和技术的问题。按不同的标准分类会得到不同的 结果。本文将根据费用的变化与时闻的关系对定价策略分为静态、半动态和动态 三类。 2 1 1 静态定价方案 静态定价方案预先艇定好价格和需求的关系，并且长对阆保持不变。 2 l1 1 平坦式定价( f r p ，f i a t r a t ep r i c i n 曲 辩心是当前i s p 主要采用的收费方式，即用户交纳一定的接入费用后，可 以无限制地使用网络，它不考虑用户的实际使用和网络的状态。 f r p 的优点是： ( 1 ) 出于费用的可预测性，易被用户接受。 ( 2 ) 不考虑现有的网络技术，不需要复杂的计费系统，易于在现有网络部署。 ( 3 ) 操 乍简便，任何用户都可以接入网络，并且拥有穗同的服务等级。因此从 某种程度上来说它是社会公平的，不存在贫富用户之间的差别。 但是随着融e 穗文上数据流量的增长和服务差异性的增加，f r p 在以下方面 表现出不足 ( 1 ) 在网络拥塞的情况下，不能保证用户的q o s 。 ( 2 ) 不能有效激励用户合理使用资源。用户的自私性导致他尽可能地占用网络 资源，由此造成其谴用户的q o s 下降。 ( 3 ) 无法通过价格对服务质量进行区分。 2 1 1 2 巴黎地铁定价( p 渖，p a r i sm e t r op r i c i n g ) p m p l l 2 ，1 3 】是囱o d l y z k o 根据巴黎的地铁交通系统提出的一种h t e 趣e t 定价方 案。在古老的地铁系统中，有两种类型的车，它们在座位和出发时间上基本都是 相同的，但是车辆在逻辑上划分了级别，它们之间的差别仅仅体现在价格上。选 择第一等车辆的乘客比选择第二等车辆的乘客要支付更多的费用。虽然两个等级 的车辆服务质量相同( 会同时到达墨的地) ，但是一些人仍然选择第一级别的车 山尔师范人学硕十学能论文 辆，因为第一级别的车辆由于价格离用户相对少，相对更舒适，有空座的可能也 越大。 p 凇根据这个思路，把整个网络划分为n 个固定的逻辑子网络，每个子网的 传送方式均为尽力而为，给每个子网络分配一定比例的带宽，不同的子网络收取 不同的使用费。由予用户对价格敏感，选择高价格网络的用户相对较少，网络较 空闲，q o s 相对较高，这就隐性地实现了q o s 区分。 这种机制最大的优点是实现了一定程度上的服务区分，另一个优点就是该定 价方案简便、易于实现，不需要太多的技术支持。 p m 定价不足之处为： ( 1 ) 没有考虑实际需求问题，因而这种方法并不能保证各个部分的q o s 。 ( 2 ) 当某一部分的资源过载，而另部分资源有大量闲置时，网络并不能将向 资源过载提交服务的消费者转向另一部分，导致网络利用率不能达到最优。 ( 3 ) 每一个子网仍受平坦式定价方式不足的影响。 文献【1 4 】研究了种带缓冲器的p 姗定价方案，使褥i s p 可以根据网络各部分 的实际负载状况将流量分配到合适的服务节点，提高了网络拥塞控制和资源分配 的效率等等。 2 1 2 半动态定价方案 半动态定价是费用与使用的时闻有一定懿相关性，僵是在莱一时间段内保持 不变。 2 1 2 1 基于使用的定价( u b p ，u s a g e - b a s e d 鼢i c i n g ) 硷锄战上，疆p 有两种方式：基于流量的定价和基于连接时闻的定价。第 一种情况为，单位流量的价格是固定的( 例如每m b i t 的流量价格是p ) 。第二种情 况为，单位连接时闻的价格是露定的( 例如，每小时连接的费焉p ) 。基于流量的 定价方式经常被用于i n t 锄e t 中i s p 到i s p 之间的计费，而基于连接时间的定价 方式常被一些拥有大量用户群魏王s p 部署。注意裂，在基于连接时间的定价中， 用户可以在高峰期间免费发送和接收任意数量的流量，并不像在第一种方式中用 户为链使震多少带宽焉付费。透过定义固定速率和突发速率，薹s p 通常从网络资 源承载商( c 撕e r ) 那罩购买连接。对阉定速率的收费是单一的，但是超过了固定 山东师范人学硕十学位论文 的速率就要按单位流量来额羚计费。突发速率定义了i s p 可能用到的速率的最大 值，它是固定速率和额外速率的和。承载商通常并不对超出固定速率的额外速率 作恰当的计算，因为这样做需要太多的计算开销，通常的做法是在某个大的时间 间隔，i s p 对超过固定速率的额外速率进行抽样，为每个i s p 计算额外使用的总 量。 目前在h l t e m e t 中，第二种基于使用的定价方案被一些拥有大量用户群的i s p 部署。其定价方法是在一个月内，i s p 为预先定义好的固定时间段( 几十小时) 以一 个固定的统一费用来收费，然后在超过这个固定的时间段的时间范围内，以基于 使用的定价( p ) 方案来收费。 2 。王。2 。2 期望容量定价( e c p ，嚣印e e t e de 印8 e 主t y 纷主e i 嚣玉 c l 破在文献 1 5 ，1 6 】中提出了一个网络资源分配与定价相结合的定价方案， 称之为期望容量定价。c l 越【表甓：蠹髓秘e t 用户从整体上来说不愿意有保证的恒 定容量，因为许多的流是非常突发的。造成这种情况的原因是用户想在少量的时 闻内完成他们的传输，如很快酶测览礴员，快速度传输大翡文件。例如，一个用 户浏览网页，他总是期望能在秒钟内打开一个w 曲页，但是用几分钟来读它。 有时，用户想要在数秒钟内传送一个大懿文件，但是绝并不是恒定的作这个操作， 而是隔1 0 分钟一次。这些用户的行为对i n t 啪e t 造成了很大的流量突发。所以，用 户本身著不想要保证的恒定的流速。丽是希望流速按照他们所期望的满意程度来 设定。c l a r k 采用了这些事实为期望容量的定价方案作支撑。 期望容量定价的具体做法是：在消费者与i s p 之间制定一个长期的协定，该 协定规定消费者在此服务期间传输的最大信息大小与最大突发频率。i s p 在制定 协定时，必须要确保能够满足预期的服务率，但是，c l a 呔并没有提出提供商作这 些事情的方法，这也是该定价方案的一个缺陷所在。该长期协定的服务价格的制 定既可是固定价格也可以是以使用为基础的价格，当然也可以是动态定价。由于 该协定具有一个较长时间的有效期，在该协定期间内，价格是不变的，因而我们 将其归为半动态定价方案之中。正是由于该定价方案在一个较长时间的有效期内 价格不变，所以它不能够在瞬间的拥塞时刻工作的很好。 2 1 2 3 基于天数的定价( t d p ，t i m e o f d a yp r i c i n g ) 8 山尔师范人学硕十学位论文 t d p 是i s p 在一天的不同时间段提供不同的价格，通过高峰时段提高服务价 格达到更优的供需平衡。这样做的前提是假设一天中的高峰时刻是事先知道的。 因为价格在合约的期间并不改变，所以基于天的定价方案并不是动态定价方案。 这种定价方案已经在现有的网络服务中部署，例如：长距离的电话服务，无线电 话服务。 、 在文献【1 7 】中，作者表明基于天的定价方案在用户的需求模型己知道情况下 几乎和动态定价方案的性能一样好。但是当用户的需求模型并不事先知道时，动 态的定价方案的性能比基于天的静态定价方案的性能要好的多，因为动态定价方 案能够适应实际的流量模式而基于天的定价方案却不能。o d l y z k o 在文献 1 8 】中声 称现有的妇e m e t 的需求模型从整体上来说是精确的，所以基于天的定价方案在大 多数时间里的性能表现都是良好的。但是这仅仅是在大的时闻间隔里是这样的。 例如，通常来说，k 馓e l 的流量在中午和傍晚时j 常大，在早晨却菲常小。所以 基于天的定价方案在不确定的需求突发面前，并不能实现供需的平衡。即使这种 苓希望的需求突发只是暂时的。 2 1 3 动态定价方案 动态定价方案的定价是以使用的资源为单位的，价格可能会随着网络状态的 变化丽上下波动。这样的计费策略能够比较准确的反映用户实际消耗资源的情 况，因此在控制用户行为和网络流量方面更为有力。因为价格是根据网络的实际 状态改变的，所以动态定价方案又可以称之为自适应或反映( a d a p t i v e 钟 r e s p o n s i v e ) 定价方案。由于网络主要边际成本( m a 蟛n 址c o s t ) 是由拥塞造成的，所 以目前许多研究都集中在根据网络的拥塞水平来改变网络资源的价格，其主要的 目的是通过这种方法使网络的拥塞减轻，但是动态定价方案的价格变动方式并不 是只局限于拥塞，还有其他的方式，如主动用户的数目、使用的级别等。下厦介 绍几种典型的动态定价方案。 2 。l 。3 。羔灵活市场定价( s 好，s 氆数t 溉棘e t 羚i e 主羲酌 s m p 是最早提出的孤e m e t 的定价方案之一【1 9 州，它的思想是对单个分组计 费，计费依赖予阏络的獬塞程度，单个分组的定价随着时间动态她改变。 灵活市场定价方案关心的问题是定价施加给其他用户的社会成本。除了固定 9 山尔师范人学硕十学位论文 的连接费用和用户发送每个分组的发送费用，s m p 提出了在网络发生拥塞时的 使用费用。这一费用是通过拍卖的方式产生的。用户的每个分组都和价格相关联， 在分组的头部携带了价格参数，在愿意支付传输费用的用户间进行价格的通信。 简单地说，定价方案制定的拥塞价格会得出一个默认的值，当用户的传输价格超 过这个特定的值时，用户选择传输。网络收集用户所有的投标，然后根据用户的 投标来决定传输的门限。当超过该门限时，分组就被传输。门限的值是由网络的 容量以及网络的边际拥塞成本来决定的。每个传输的分组根据它的拥塞边际成本 支付，并不是根据它投标的费用来支付。s m p 的原理如图2 - 1 所示，在见( 以) 中， p 表示价格，y ，表示投标值。 s m p 保证了网络的有效性和经济的有效性。假定资源在一段时间内是短缺 的，如果用户无限接入h l t e m e t ，就会过度地占用网络带宽制造拥塞，结果是造 成了所有用户分组的丢弃或延时。s 砌的投标值表明了用户的利益，同时也代 表了用户的社会价值。平衡价格是一个边际用户的投标。第一个分组的标值并不 能保证传输，因此费用总是小于等于标值。如果根据这些标值来分配带宽，带宽 会被分配给那些最具有社会价值的用户。此外，s 定价方案还可以用于网络 扩展容量的投资分析；在每个分组的头部的标值参数还可以用来作为路由的判 决，具有高的标值的分组可以通过最短的路径来传输，相反具有低的标值的用户 可以选择较长的路径。 l o 山尔师范人学硕士学俯论文 图2 1s m 的原埋图 拍卖器 但是s 御竞标机制的引入导致了定价方案与现有的技术不兼容，s m 需要 黠现有网终协议和硬件改变。在采瘸这种s m p 定旃方案嚣亨，必须考虑这些成本。 对于传输的每个分组，帐髓记录需要随时更新，这样也增加了处理的开销。在拥 塞时麓，甚至需要使爱拍卖枫裁( 黼陡髓。该方案也不能为用户提供服务傈证， 甚至传输保证也不能提供。s m p 的个潜在的问题悬，价格阻止了贫穷的用户 使用旅务，医此需要总的调控。基于此，文献【2 l 】提蹬与区分服务模型结合酶新 的s 定价方案，在边界路由器中使用探测和反馈机制，提离了分组的传送成 功率。 2 羔。3 。2 优先级定徐即，& i 骰量t 萝鼢i e 主狂茹 g u p t a 提供了种基于拥塞定价的优先级定价方式【2 2 ，2 雏。对于每一个优先级 的每个服务类型，塔p 维持个基子摁塞酶价格溉，i 搀优先级，掇鸯服务类型。 i s p 在一定时间间隔t 内根据网络负载和节点所有m 类服务的拥塞程度，更新价 格戌，。为了确定拥塞等级，优先级定价通过对一些时间间隔的抽样来计算经验 时延。因隽定价方案采用对延搀为检测网络拥塞的工其，爨以优先级的定徐方案 不仅仅是种基予优先级的定价方案，还是种控制拥塞的定价方案。 优先级定徐串，霹络鸯爝户、瓣络核心和麓蔫户服务麴服务器组成。提供商 l l 山尔师范大学硕+ 学位论文 对服务器提供的基本服务进行统一定价。对于特定类型的服务，用户向i s p 发出 请求，i s p 计算出每个优先级别服务的特定价格并通知用户