（通信与信息系统专业论文）ngn中基于价格机制的多媒体业务收益研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 随着i n t e r n e t 的迅猛发展，网络的应用已经渗透到社会生活的方方面面， 人类已经进入到了信息化时代，网络也越来越多地改变着人们的日常生活。 n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 是用来描述未来电信网使用的一个较广泛的 概念。随着n g n 时代的来临，网络的规模将会越来越庞大，结构将会越来 越复杂，流量将会越来越巨大，网络业务将再一次取得举世瞩目的飞速发展。 针对这些特点，中国网络运营企业将面临着巨大的挑战。一方面，市场的逐 渐饱和以及竞争的日益激烈促使运营企业寻求最先进的设备、系统和管理方 法，不断开创新的业务增长点以迎接挑战。另一方面，为了吸引更多的用户， 运营利润的逐渐下降促使运营企业更加重视d i f f - s e r v 业务上对价格体系的 优化，满足不同类型的用户需求，同时使网络运营的收益最大化。这些问题 使得站在运营企业的角度对n g n 网络业务建模、分析、接入控制和价格机 制等问题的研究变得重要而有意义。 本文第一章介绍了论文的研究背景、研究内容与组织结构。第二章讨论 了微观经济学中的价格机制在网络中的应用情况，介绍了在网络中利用价格 机制对资源进行分配的研究现状，为本文讨论运营收益做了铺垫。第三章首 先分析了现行主流的单一计费机制存在的问题，提出了利用价格机制区分业 务，根据业务的优先级进行计费的策略。文中对业务源建立了合理的模型， 引入了用户支付意愿的概念，并建立了合理的区分业务的计费模型。最后针 对基于价格机制的收益进行了仿真，并对仿真结果进行了分析。第四章讨论 了如何根据业务预测的方法来制定价格，提出了在n g n 中，通过对用户行为 的统计、分析、预测来合理制定价格增加网络运营收益的策略。仿真结果表 明，在保证网络业务的q o s 基础上，由于接入更多支付价格高的用户，使得 运营收益大大增加。同时，通过有效的预测合理调整价格机制，也能有效的 根据网络不同情况增加运营收益，给运营企业高层的决策、管理提供科学的 依据。 最后总结了全文，并提出了未来的工作方向。 关键词：n g n ：多媒体业务；价格机制；收益 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o fi n t e r n e t ，n e t w o r k a p p l i c a t i o n s h a v e p e n e t r a t e d i n t oa l l a s p e c t so fs o c i a ll i f e ，a n do u rp e o p l e h a v ee n t e r e dt h e i n f o r m a t i o na g e ，w h i l et h en e t w o r ka l s og r e a t l yc h a n g e sp e o p l e sd a i l yl i f e n g n ( n e x t g e n e r a t i o n n e t w o r k ) i s u s e d e x t e n s i v e l y t od e s c r i b et h ef u t u r e t e l e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k s w i t ht h ec o m i n go fn g n ，t h en e t w o r ks c a l ew i l l b ee v e nl a r g e r ；t h es t r u c t u r ew i l lb cm u c hc o m p l e x ，a n dt h et r a f f i cw i l lb em u c h e n o r m o u sa n dn e t w o r ks e r v i c ew i l lb eg a i n e dar a p i dd e v e l o p m e n to n c ea g a i n a i m i n ga tt h e s ec h a r a c t e r i s t i c s ，t h ec h i n e s en e t w o r ko p e r a t o r sw i l lf a c eah u g e c h a l l e n g e o nt h eo n eh a n d ，t h eg r a d u a ls a t u r a t i o no fm a r k e ta n dt h ei n c r e a s i n g l y i n t e n s i t yo fc o m p e t i t i o nm a k eo p e r a t o r ss e e kt h em o s ta d v a n c e de q u i p m e n t ， s y s t e m sa n dm a n a g e m e n tm e t h o d si no r d e r t oc o n s t a n t l yc r e a tn e wb u s i n e s s o p p o r t u n i t i e st om e e tt h ec h a l l e n g e o nt h eo t h e rh a n d ，t h eg r a d u a ld e c r e a s eo f o p e r a t i n gp r o f i tm a k e se n t e r p r i s e sp a ym o r ea t t e n t i o nt ot h eo p t i m i z a t i o no ft h e p r i c i n gs y s t e mo nd i f f s e r va p p l i c a t i o n st oa t t r a c tm o r eu s e r sa n dm e e tt h en e e d s o fd i f f e r e n tt y p e so fu s e r s ，a n dm a x i m i z et h er e v e n u e t h e s ep r o b l e m sm a k et h e r e s e a r c ho nm o d e l i n g ，a n a l y s i s ，a d m i s s i o nc o n t r o l ，a n dp r i c i n gs c h e m ei nn g n n e t w o r kf r o mt h es t a n d p o i n to fo p e r a t o r si m p o r t a n ta n dm e a n i n g f u l i nt h i st h e s i s ，t h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，c o n t e n ta n ds t r u c t u r ea r eo u t l i n e di n c h a p t e ri t h ea p p l i c a t i o no fp r i c i n gs c h e m eu s i n gm i c r o e c o n o m i c st on e t w o r k o p e r a t i o na n dc o n t r o li sd i s c u s s e di nc h a p t e ri i t h ec u r r e n tr e s e a r c ho nr e s o u r c e a l l o c a t i o nu s i n gp r i c i n gs c h e m et on e t w o r ki sa l s oi n t r o d u c e da sal e a d i n go ft h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o no ft h er e v e n u e t h ep r o b l e m sb r o u g h tb yt h e e x i s t i n g p o p u l a rs i n g l eb i l l i n gm e c h a n i s ma r ea n a l y z e d ，a n dt h eb i l l i n gp o l i c yb a s e do n b u s i n e s sp r i o r i t i e sw h i c hc a nd i s t i n g u i s hd i f f e r e n tk i n d so ft r a f f i cu s i n gp r i c i n g s c h e m ei sb r o u g h tf o r w a r di nc h a p t e ri i i f i n a l l y , t h es i m u l a t i o nb a s e do nt h e r e v e n u eo fp r i c i n gs c h e m ei sc a r r i e do u t ，a n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t sa r ea n a l y z e d a n dt h ei m p l e m e n t a t i o no fp r i c i n gs c h e m ea c c o r d i n gt ot h ea p p r o a c ho fu s e r f o r e c a s ti sd i s c u s s e di nc h a p t e ri v , a n dt h ep o l i c yo fi n c r e a s i n gt h er e v e n u eb y i n t r o d u c i n g ar e a s o n a b l ep r i c es c h e m et h r o u g ht h e s t a t i s t i c s ，a n a l y s i s ，a n d f o r e c a s to fu s e rb e h a v i o ri nn g ni sa l s oi n t r o d u c e d f u r t h e r m o r e ，af o r e c a s t i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ll 页 m o d e la n da na d j u s t i n gp r i c es c h e m et h r o u g hf o r e c a s ta r ep r o p o s e d ，a n dt h e s i m u l a t i o na n da n a l y s i sa r ec a r r i e do u ta sw e l l i nt h i st h e s i s ，t h es i m u l a t i o n r e s u l t sw h i c hb a s e do nt h er e v e n u eo fp r i c i n gs c h e m es h o wt h a tt h er e v e n u ei s i n c r e a s e db e c a u s eo fa d m i t t i n gm o r eh i g hp a i du s e r s ，a n dt h eq u a l i t yo fs e r v i c e n e t w o r ki st h e r e b yg u a r a n t e e d a d d t i o n a l l y , t h r o u g he f f e c t i v e l yr e a s o n a b l ep r i c e a d j u s t m e n tm e c h a n i s m ，t h er e v e n u e c a nb es i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d i na c c o r d a n c e w i t ht h er e s e a r c h ，t h es e r v i c ep r o v i d e rc a ne a s i l ym a k es u i t a b l em a n a g e m e n ta n d d e c i s i o n a tt h ee n do ft h i st h e s i s ，t h er e s e a r c hw o r ki ss u m n ，a r i z e d ，a n dt h ew a yo f f u t u r ew o r ki ss u g g e s t e d k e y w o r d s ：n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g n ) ，m u l t i m e d i as e r v i c e ，p r i c i n g s c h e m e ，r e v e n u e 西南交通大学四南父迥大字 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密西使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：彳签- 卖 日期：拗莎，7 指导老师签名：如娥 醐：洲名7 7 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 、针对下一代网络中的业务特点，引入了话音业务、视频业务和普通数据业 务三种业务并建模。在接入控制中引入价格机制作为一种接入控制的“杠杆”， 在计费策略上，对不同的业务采用区分价格，在用户接入成功后，基于该用 户使用的各种业务的流量计费。在具体的价格设计上，结合三种业务不同的 q o s 要求和优先级，主要根据不同类型业务用户的支付意愿来对不同的业务 区分定价。并在仿真分析时综合考虑了三种业务的运营特点。 2 、引入了通过有效的预测手段来合理制定价格机制的策略。对用户数的预测 进行了建模和分析。通过仿真分析的方法验证了通过预测来合理制定价格机 制进而研究运营收益的策略。这对运营商实际制定价格策略和价格调整提供 了参考价值。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着i n t e r n e t 的迅猛发展，网络的应用已经渗透到社会生活的方方面面， 人类已经进入到了信息化时代，网络也越来越多的改变着人们的日常生活。 据统计，网络用户每年都以相当大的速度在增长。在中国，中国互联网络信 息中心( c n n i c ) 对中国地区i n t e r n e t 发展状况进行了第2 1 次统计，截至2 0 0 7 年1 2 月，中国网民数已增至2 1 亿人【。中国网民数增长迅速，比2 0 0 7 年6 月增加了4 8 0 0 万人，2 0 0 7 年一年则增加了7 3 0 0 万人，年增长率达到5 3 3 。 在过去一年中平均每天增加网民2 0 万人。目前中国的网民人数略低于美国的 2 1 5 亿，位于世界第二位。根据美国墨西哥大学教授罗杰斯的创新扩散理论， 新事物的发展通常呈现s 形，当普及率在1 0 2 0 之间时，扩散过程会加 快，直至达到一定数量之后才会慢下来【引。2 0 0 6 年1 2 月中国地区i n t e r n e t 普 及率是1 0 5 ，2 0 0 7 年1 2 月中国地区i n t e r n e t 普及率增至1 6 ，说明中国正 处于网民快速增长的阶段。这充分显示了我国未来网络业务还有巨大的发展 空间。 随着网络用户和业务量的迅猛增长，现有网络呈现出资源相对稀缺、服 务多样化、资源分布化和应用商业化等特点。针对这些特点，无论是用户还 是网络运营企业，都对i n t e r n e t 的研究和进一步发展提出了更高的要求。从 现在的发展趋势来看，以i p 为主的业务将承载包括语音、图像、数据等在内 的多种业务，构成未来信息网络的基础。因此，如何构建能够有效支持i p 业 务的下一代网络( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，n g n ) ，就成了人们广泛关注的热 点之一。 n g n 是用来描述未来电信网使用的一个较广泛的概念i3 1 。按照i t u t 的最新定义，n g n 是基于分组的网络，能够提供包括电信业务在内的所有业 务；能够利用多种宽带且有q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 保证的传送技术；其业 务相关功能与其传送技术相独立；n g n 使用户可以自由接人到不同的业务提 供商；支持通用移动性，允许为用户提供始终如一的、普遍存在的业务1 4 j 。 由定义可以看出，n g n 是一种目标网络，它表征了一种宽带化、光纤化、大 容量、包交换、数据化、层次化、呼叫承载分离、快速开发业务、集中部署 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 业务等的理想网络。在这个网络中，n g n 可以向用户提供包含p s t n 话音业 务、无线话音业务、基础数据业务、多媒体数据业务等多种不同种类。数据 通信技术的发展与进步，给人们提供了一个新的业务平台，所有业务共同承 载在单一的数据网上，这种设想正在逐步成为现实。n g n 技术的发展也将给 运营商带来巨大的挑战和革命性的变化。 随着n g n 时代的来临，网络业务将再一次取得举世瞩目的飞速发展。 中国网络运营企业将面临着巨大的挑战。一方面，市场的逐渐饱和以及竞争 的日益激烈促使运营企业寻求最先进的设备、系统和管理方法，不断开创新 的业务增长点以迎接挑战! 另一方面，为了吸引更多的用户，运营利润的逐 渐下降促使运营企业更加重视d i f f - s e r v 业务上对价格体系的优化，引入价格 机制的杠杆作用，改变传统的单一定价模式，既保证不同类型用户的q o s 需 求，又同时使运营企业的收益最大化，找到一种合理的市场模式，让运营企 业和用户双赢。这些问题使得对n g n 业务建模、分析、接入控制和价格机 制等问题的研究变得重要而有意义。 1 2 论文研究内容与目的 随着n g n 技术和网络应用的发展，网络规模越来越庞大，结构越来越 复杂，流量越来越巨大，网络业务将不断丰富，网络电话、远程教育、视频 点播等实时多媒体应用将成为未来网络业务发展的方向。面对这些改变，现 有主流的网络服务定价方案已不能适应。平坦式定价在一定的时间段收取用 户固定的费用，而不管用户的资源使用量为多少，势必会造成如下四个问题： ( 1 ) 网络拥塞；( 2 ) 资源的不合理分配；( 3 ) 不支持多类型服务；( 4 ) 运营 企业收益流失。所以，传统的单一定价( 包月、按流、按时计费等) 难以保 证资源一定情况下的用户满意度与运营企业收益最大化。通过以上的分析， 利用价格( 经济学中的广义价格) 机制探讨在n g n 中网络资源提供商如何 在不同类型的业务中合理地分配网络资源，以及对各类业务制定合理的价格； 讨论网络资源和用户的需求对价格的影响，优化价格体系；探讨价格机制、 用户行为和网络控制三者之间的关系，科学管理网络运营的研究也变得很有 意义。 由于目前中国网络运营企业或i s p ( i n t e r n e ts e r v i c ep r o v i d e r ) 所提供的网 络业务基本上采用的是单项定价( 如包月计费、按时计费等) ，对数据、话音、 视频等业务没有分级，对不同级别的用户也没有区分对待，在拥塞发生时对 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 不同级别业务的q o s 也没有保障，这样的定价难以保证在资源一定的情况下 用户和运营企业双方的利益最大化。通过研究表明：各个网络运营企业或i s p 之间的竞争最终表现为业务价格的竞争1 5 j 【6 】【7 j 。所以本文研究的目标是站在网 络资源提供商的角度，建立一种合理、有效的价格机制来对网络资源进行优 化，在保证各业务用户q o s 的基础上，使网络运营企业和i s p 能得到更大的 收益，实现网络用户和运营商之间相对双赢的局面! 基于此，本文首先了解现在已有的价格机制和价格机制所产生的效益， 其次根据已有的标准和相关的资料搭建系统模型。搭建系统模型可以分为： 业务模型和价格机制模型。然后根据相关q o s 准则，对该系统中的业务模型 设置相应的参数。接着提出一种定价策略，对业务进行分类，保证高收益业 务的q o s ，限制低收益业务占用过多资源，在保障各种业务q o s 的基础上， 更好地保证高收益业务接入的概率和q o s 。最后对整个系统进行分析，特别 关注各种业务的q o s 和整个系统带了的收益。同时本文也以用户数作为研究 对象，建立了线性的预测机制，搭建了预测模型，用来探讨价格机制、用户 行为和网络控制三者之间的关系，以实现服务提供商的收益最大化，给运营 企业的决策、管理提供科学的依据。 1 3 论文的研究方法及组织结构 在n g n 的研究中，大多数价格机制研究都是从经济学的角度来考虑问 题，更多的考虑的是运营成本、市场因素、政策因素和用户忠诚度等方面来 制定合理的价格机制。本文从网络技术出发，站在网络资源提供商的角度进 行研究，对于网络多业务进行分级，既保障不同业务的q o s ，又最大程度的 增加网络资源提供商的收益，并通过预测业务用户数的手段来调整价格机制 对网络业务进行控制。研究方法主要是通过前期基础研究的成果提出一种合 理、有效的价格机制，对其进行理论分析和仿真验证。对基于分组交换的多 媒体网络业务进行建模，同时也建立价格模型和预测模型，通过编程仿真来 完成整个研究工作。为了研究方便，网络业务主要考虑语音、视频、数据三 类业务。程序全部在v i s u a lc + + 6 0 环境下调试编译得到相应的数据结果。 本论文共分为四章。第一章介绍了论文的研究背景、研究内容与目的以 及论文的研究方法与组织结构。第二章讨论了微观经济学中的价格机制在网 络运营管理中的应用情况。首先概述了价格机制的概念和国内外研究现状， 其次详细介绍了基于价格机制的收益模型及利用价格机制对网络资源的控 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 制，最后讨论了现行的一些网络计费模型，为本文讨论运营收益做了锚垫。 第三章首先分析了现行的单一计费机制存在的问题，提出了利用价格机制区 分业务，根据业务的优先级进行计费的策略。文中分别对话音、视频、数据 三种业务进行了合理地建模，根据三种业务对q o s 的不同需求，合理地将三 种业务进行了优先级的区分。在接入控制中，加入了价格杠杆的因素，引入 了用户支付意愿的概念，并建立了合理的计费收益模型。最后针对基于价格 机制的收益进行了仿真，并对仿真结果进行了分析。第四章讨论了如何根据 用户预测的方法来制定价格机制。对网络中用户使用网络资源的行为进行了 分析，阐述了用户行为与制定价格机制之间的关系。提出了在n g n 中，通 过对用户行为的统计、分析、预测来合理制定价格机制增加网络运营收益的 策略。文中介绍并建立了预测模型，建立了通过预测来调整价格机制的策略， 并对其进行了仿真与分析。仿真结果表明通过有效的预测合理的调整价格机 制，能有效的增加网络运营收益，给运营商高层的决策、管理提供科学的依 据。最后，总结了论文的相关工作，并提出了未来工作的方向。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章基于价格机制的资源分配 随着n g n 时代的到来，由于网络用户和业务量的迅猛增长，现有网络 呈现出资源相对稀缺、服务多样化、资源分布化和应用商业化等特点【8 j 。采 取何种方式来保证用户使用网络业务的q o s 和最优的使用有限的网络资源 变得越来越重要。研究在全局共享的网络环境下如何管理和调度网络资源的 使用情况，就需要研究价格机制和经济模型的设计问题。价格机制可以是很 简单的关于如何制定价格，也可以和接入控制、拥塞控制或是网络带宽分配 等问题相结合。这是因为合理的定价策略不仅可以帮助网络管理者回收运营 成本，还可以提供给用户以“激励”机制，促使用户综合考虑费用和性能， 以提高网络使用效率和经济效率。对于基于价格机制的资源分配基本要求是： 价格要能反映不同网络业务等级对q o s 的不同要求，要能反映不同用户的需 求和意愿，还要简单易于实现。 2 1 价格机制概述 2 1 1 价格机制的概念 价格机制最早的研究和应用是在经济学领域。所以价格机制又被经济学 称为市场机制，是指用价格调节社会经济生活的方式与规律。在经济学中， 价格机制包括了三个方面：价格调节经济的条件，价格在调节经济中的作用， 以及价格调节经济的方式。价格机制运用在经济学中作为指示器反映市场的 供求状况，价格的变动可以调节需求和供给，可以使资源配置达到最优状态。 价格机制在经济领域的资源优化配置作用得到了广泛的研究和运用，特 别在市场运作中获得了十分好的效果。随着经济文化的不断发展，价格机制 逐渐被其他领域所关注，现在已经存在很多的价格机制运用在各个领域，发 挥着重要的作用。这些价格机制由于运用的目的和领域不同，各具特色1 9j 【1 0 j 。 单从运用在网络领域中的价格机制就有很多，其目的也多种多样。网络资源 是有限的，网络业务带宽就成了运用中的瓶颈，当用户增多、业务量急剧增 大时就会出现网络拥塞，整个系统的q o s 会急剧恶化，利用价格机制设置价 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 格门限、控制调节各业务的流量或分配带宽的比例，可以有效的解决网络拥 塞，节约可利用的带宽，对网络系统进行优化【1 1j 【1 2 1 ；为了解决网络业务的 q o s ，满足各业务用户的q o s 需求，利用价格杠杆对网络资源进行控制，各 业务用户通过价格进行博弈，能有效的保证网络业务的q o s ，满足不同层次 用户的需求【13 1 。定价体系涉及网络资源运营企业、用户、社会学家或经济学 家和工程人员四类主体。他们的目的各不相同，网络资源运营企业和用户希 望通过价格博弈达到各自收益的最优；社会学家或经济学家希望宏观把握 i n t e m e t 服务市场，达到社会总效益的最优；而工程人员则更关注定价方案的 技术复杂性，即可实施性。 2 1 2 国内外研究现状 尽管i n t e r n e t 服务定价机制在实践中才刚获得应用，但是相关的理论研 究已经在九十年代初期就开始了。最早的研究是关于简单种类服务的优先模 型，即要求高质量服务的价格比低质量服务的价格高，这些价格就是最优拥挤 费用( m e n d e l s o na n dw h a n g ，1 9 9 0 ) l l4 。1 9 9 5 年，m a c k i e m a s o n 和v a r i a n 提出了拍卖机制的思想( 1 5 j ，同年s h e n k e r 也设计了一个基于一体化服务的重 要模型( s h e n k e r ，1 9 9 5 ) 【1 6 】。这些论文为后续的研究提供了范本，尤其体现在这 方面相关论文的合集( m c k n i g h ta n db a i l e y , 1 9 9 7 ) t 1 7 j ，但是直到1 9 9 7 年至1 9 9 8 年，进一步的研究才开始转向设计“真实世界”的收费机制。 近年来，国外研究者开始尝试着将微观经济学的研究方法引入网络管理， 他们将通信服务看作是传统经济领域的商品，这样就可以借鉴已有的相关经 济学原理来研究网络管理中的问题。比较有代表性的有s m a r tm a r k e t 价格机 制，它是最早出现的定价方案之一1 1 8 】。采用这种机制的网络业务，每个分组 在其头部包含一个“竞标值”，代表了用户为获得一定数量的带宽所愿意支付 的程度，每个路由器有一门限值，根据网络的拥塞状况而定，当分组的“竞 标值”大于经过的每个路由器的门限值时，分组被成功传送并按市场价格付 费，否则就丢弃。 p m p ( p a r i sm e t r op r i c i n g ) 定价机制。它是根据巴黎地铁系统而提出的一 种有名的定价方案【1 9 】【2 7 1 。这种机制将一个网络分成几个逻辑上分离的信道， 每一信道制定不同的价格，每个信道都按“尽力而为”的原则传送，唯不 同的就是价格，用户自己选择传送数据的信道，价格敏感的用户就会选择价 格较低的信道，这样具有较高价格的信道流量就会较低，从而有相对较高的 q o s 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 p r i o r i t y p r i c i n g 丑】。使用这种价格机制的用户提前选择一个代表其分组价 值的优先级别，当两分组同时到达时，较高级别的分组先被传送，因为对用 户的要价是固定不变的，所以即使网络没有出现拥塞，较高级别的分组也要 付额外的那些费用，但当出现拥塞时也不能因为优先级高就有传送保证。 e x p e c t e dc a p a c i t yp r i c i n g 2 7 j 。在这种价格机制中用户事先就拥塞发生时 需要多少资源和i s p 达成协议，并按此资源的多少付费，优点就是不需要设 备去测量资源的真正用量，收费完全取决于预期的用量。 p r o p o r t i o n a lf a i rp r i c i n g 2 3j 。这种价格机制在每一个时槽网络接受与当前 资源总量相符的分组数量，当有分组进入超载的时槽时，就被标上标记，标 记发送给用户，并收取少量的费用( 称为“影子价格”) ，影子价格会随拥塞 的加剧而上升，用户根据反馈调整自己的分组发送量。 e d g ep r i c i n g 7 4 j 1 2 5j 。在这种价格机制中是将i n t e m e t 划分为多个不同的局 域网，而且不同局域网拥有自己的定价系统。不同局域网中的用户之间在通 过i n t e r n e t 传输或共享信息时，根据局域网间边界处的双边协定协商进行服 务定价。 s m a r tp a ya d m i s s i o nc o n t r o l ( s p a c ) 定价模型【2 6 】。在这种定价模型中 提出了有q o s 保证的服务的定价，提出q o s 有多种服务类型，每种服务类 型都应有相应的q o s 的保证，但没能形成规范，还在研究证明阶段。 可见，从经济学效率角度来对i n t e r n e t 服务进行定价的相关理论研究已 经有了较大的发展，研究人员提出了多种定价方案。但目前在实践应用中的 定价机制主要还是以下几种：固定收费、按信息包传输量收费、按传输字节 数收费、按传输最大速率进行收费、按使用时间定价以及基于距离的定价机 制。但在这些定价方法中，最普遍采用的还是包月制收费定价机制( 国内外都 是如此) 。说明定价机制还有很大的研究和探索的空间，要把一整套价格机制 作为实际运用的规范被社会所接收，还有很长的路要走。 2 1 3 价格机制的金宇塔模型 每一种机制都是为了达到某种或某几种目的而建立起来的。所以针对本 文研究的网络领域，根据需要达到的目的，可以建立一个价格机制的金字塔 来比较直观的说明价格机制在其中的作用【2 8 1 。如图2 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 图2 1价格机制金字塔模型 从图2 1 中可以看到，价格机制的金字塔模型有四条边，它们分别代表 了我们假设对网络整个系统所关注的四个方面：经济效益或收益( e c o n o m i c e f f i c i e n c y ) ，网络或资源的利用率( n e t w o r ke f f i c i e n c y ) ，用户的占有率或用 户对网络服务的满意度( u s e ru t i l i t y ) 和现实意义或适用性( p r a c t i c a l ) 。我 们可以找到一种合理的价格机制，使得金字塔的四条边都达到所谓的相对平 衡，从图上反映即价格机制为平行与底的一个平行四边形。我们也可以根据 我们所关注的不同，目的性的不同，有针对性的设置需要的价格机制，形成 一个不规则的四边形，有针对性的提高某一方面的效益。但有一点是不能忽 略的，这个金字塔是一个整体，一个系统，金字塔的四条边是相互制约，相 互影响的。过于关注某一个目的，往往会使其他的因素受到相应的影响。要 做到关注的四各方面都达到期望值，也就是达到金字塔的顶点是一个理想的 状态。 2 1 4 价格机制的分类 运用在网络中的价格机制按不同的设计理念或决策准则有不同的分类方 法，互相之间有交叉。按支持的业务种类划分有单业务定价策略和多业务定 价策略；从提供的业务q o s 不同，大致又可分为：“尽力而为”服务的定价 和有q o s 保证的服务定价；按拟定参数进行决策的静态定价策略；按照实时 检测网络参数进行决策的动态定价策略等。总的来看，现行的价格机制或价 格模型从宏观的角度大致可以分为以下几类： 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 ( 1 ) 平坦速率的机制( f l a tr a t e ) ：这是现在最为流行，并得到广泛应 用的一种价格机制。很多网络服务提供商都采用这种机制，例如中国电信的 a d s l 包月宽带服务。在这种机制下，用户以同样的价格竞争网络资源，服 务的等级和质量也没有有效的区别，即在这种情况下，不考虑网络的实际运 用，不区分服务类型，所以运营商的经济收益也不会达到理想的状态。 ( 2 ) 基于使用的机制( u s a g e b a s e d ) ：这种价格机制所考虑的是用户使 用资源的时间，使用资源的大小，使用资源时用户的距离。时间、大小、距 离是三个最重要的因素。这里的时间是连接资源的时间，连接时间越长，用 户所花费的连接价格越高。同理，用户连接资源的距离约长，付出的代价也 越大。在这种机制下，对用户使用资源的类别同样没有进行区分，满足不了 对不同q o s 要求不同的用户需求。 ( 3 ) 以用户为中心的机制( u s e r c e n t r i c ) ：这种价格机制充分考虑了用 户的因素。在这种价格机制下，用户可以根据自己的意愿，选择不同服务等 级不同q o s 的网络业务【2 9 1 。用户付出得越多，价格越高，得到的服务等级和 q o s 也就越高。这种机制一般运用在网络拥塞控制中发挥作用，在资源有限 且紧张的情况下，有利于减轻网络的负载和拥塞状况。 ( 4 ) 以i s p 为中心( i s p c e n t r i c ) 的机制：这种价格机制主要是针对服 务提供商对网络资源的管理1 3 川。在网络资源有限且紧张的环境下，用价格机 制对有限的资源进行合理的分配，使得网络资源达到相对较高的利用率，也 对解决网络拥塞有很好的效果。 ( 5 ) 基于博弈的机制( g a m e b a s e d ) ：这种价格机制探讨如何在不同类 型不同等级的业务中合理地分配网络资源( 以网络带宽为主) ，并对各类业务 制定合理的价格【3 1 】。这里的博弈可以是用户与用户之间的博弈，也可以是用 户与系统之间的博弈，再就是不同i s p 之间的博弈，最终目的是实现服务提 供商和用户双方的利益最大化【3 引。 ( 6 ) 基于市场的机制( m a r k e t b a s e d ) ：这种价格机制的理论背景是基 于自由市场贸易的理论而建立起来的【3 引。在网络中的运用大多是资源的分 配。例如用“竞标”似的价格机制来竞争有限的带宽资源，根据所有用户的 出价来合理的分配，出价高的用户，得到更多的带宽，享受高质量的服务。 2 1 5 价格机制的优点 价格机制引入网络中带来了很多的优点。具体来说，相对于其它方法， 基于价格机制对网络进行优化具有以下优点： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 ( 1 ) 价格影响供需变化。根据供需关系进行价格调节，使用户在价格和 q o s 上寻求最佳结合点，自我管理自己的数据流，最终达到合理使用资源， 优化资源分配的目的。 ( 2 ) 价格体现q o s 的差别。选择不同价格的用户获得不同级别的服务， 从而使系统能够更好地提供服务。 ( 3 ) 市场机制固有的分布性与网络资源的分布性相适应，为网络资源的 管理和控制提供有效手段。 ( 4 ) 价格模型提出合理的付费机制，为网络传输的商业运作提供基础。 所以价格机制是一种有效的调节网络业务的杠杆。从用户的角度去看， 用户根据自己的需求，以可以接受的价格竞争网络资源，得到相对应的q o s 的保证。从网络资源的角度去看，由于有价格机制的调节，能有效的分配网 络资源，通过调节价格机制中的参数，可以最大程度的降低网络拥塞，提高 网络的利用率。从经济效益的角度去看，由于对不同业务进行了价格区分， 打破了传统的按时计费或包月计费，运营企业和i s p 可以获得更大的经济收 益，给运营企业高层的决策、管理提供科学的依据。 2 2 基于价格机制的收益模型 利用价格机制来分配和管理资源，就会讨论用户和服务提供商两者的利 益关系，效用模型就成为了二者的杠杆。在微观经济学里，效用( u t i l i t y ) 从其本质来讲，是人们在面对所需商品或所欲实施的行为时，表现于个人主 观评价系统的欲或不欲的强烈程度，也就是说，效用是人对特定商品或行为 的欲望强度或厌恶强度。s s h e n k e 等把效用的概念引入网络研究中，用来表 达网络服务与用户从中获得的满意程度或用户应用性能之间的数学关系，效 用越大表示用户满意程度越高或用户应用的性能越好。这样就可以把网络传 输服务看作经济领域中的商品，用户所需服务量看作需求因子，i s p 提供的 服务量看作供应因子，通过对供求双方的交互和竞争的模型化就可以建立起 网络服务的效用模型【3 4 】。而在这个基础上还可以研究网络资源提供商在基于 效用模型上的运营收益。 2 。2 1 效用函数的定义 为了直观的了解用户和运营企业的满意程度，定义了效用函数的数学表 达式。u ，o ) 表明用户在消耗了数量为x 的网络资源后对资源提供商所提供 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 服务的满意程度。效用函数可以是估算的经验值，也可用智能代理动态求解 效用值。 本文中假定某种业务有 个用户，记每个用户f 在服务时间内对网络资 源的使用量为鼍，f 一1 , 2 ，3 ，l 。设，1 个用户使用网络资源的总量为x ，则可 以表示为： x = 而，f = 1 ，2 ，3 ，刀，且满足鼍 0 ( 2 1 ) 面 由定义的效用函数表达式可知，用户f 使用网络资源五的效用，也即用 户f 在获得网络资源鼍的满意程度可以表示为以 ) 。则，1 个网络用户总的用 户效用可以表示为： = 瓴) ，i = l 2 ，3 ，疗，且满足毛 0 ( 2 2 ) 面 在这里我们把网络系统所提供的网络资源作为研究对象，忽略了网络系 统中缓存、链路、维护等的开销。 2 2 2 效用收益模型 在经济学中，通过研究建立起了供应商，客户，控制机制的经济效用模 型，我们可以将发展成熟的微观经济学的理论引用到网络服务中来，建立起 网络中网络资源提供商，用户，价格机制的效用模型。这为在网络中研究网 络资源提供商的经济效益和用户使用网络资源的满意度提供了有力的理论支 持和实践指导。 在定义了效用函数的基础上，可以建立网络资源提供商和用户的效用收 益模型。在上一节中用户f 使用网络资源五的效用为职k ) ，网络用户总的效 用为u 总= 罗以( 鼍) ，i = 1 ，2 ，3 ，胆。设p ：是单位用户f 使用网络资源毛所应付 筒 的单位费用；c i 0 ，) 是网络资源提供商提供网络资源五所需单位成本；用户f 的满意度为u “) ；网络资源提供商提供网络资源薯的收益为足“) 。玑。) 、 r ( 五) 可以分别由( 2 3 ) 和( 2 4 ) 来表示： 虬“) = u ( ) 一p ，x i ，i = 1 , 2 ，3 ，n ，且满足而 0( 2 - 3 ) r i ( x f ) = p i x l c f ( 五) ，i = 1 , 2 ，3 ，z ，且满足葺 0 ( 2 4 ) 由u “瓴) 的表达式可以看出，当配j “) 0 时，说明用户使用网络资源的 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 效用大于用户为使用网络资源所需支付的费用，那么我们可以认为用户对服 务是满意的，愿意支付相应的费用；当u “ ) 0 ( 2 - 5 ) 面 从用户和网络资源提供商二者的角度来看待式( 2 5 ) ，又可以把优化总效 用看作两个子问题，即用户满意度最大化和网络资源提供商的收益最大化， 分别可由( 2 6 ) 和( 2 7 ) 来表示： m a x ，“) 一p ；毛) 】，f 一1 ，2 ，3 ，l ，且满足毛 0 ( 2 - 6 ) 面 m a x p i x i 一罗c i “) 】，f - - 1 , 2 ，3 ，刀，且满足玉 0 ( 2 - 7 ) 面筒 这样通过合理的模型使我们可以有依据的来研究用户使用网络资源的行 为和网络资源提供商的收益，为网络运营商对网络资源的管理、控制、计费 定价和高层的决策提供科学的依据和技术支撑。 2 3 基于价格机制的网络管理和控制 对网络用户和网络资源提供商建立合理的效用模型后，就