劉燕 鄭明春

山東師范大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院 山東 250014

0 引言

近幾年，隨著高帶寬需求、低時延、低抖動等高QoS要求應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，人們開始越來越多的關(guān)注QoS及網(wǎng)絡(luò)效率問題。根據(jù)業(yè)務(wù)有無質(zhì)量要求，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)可分為保證業(yè)務(wù)和盡力而為業(yè)務(wù)。保證業(yè)務(wù)具有業(yè)務(wù)質(zhì)量保證，具體表現(xiàn)在服務(wù)性能的某些參數(shù)上，要滿足這些保證通常需要預(yù)留資源。盡力而為業(yè)務(wù)則沒有質(zhì)量承諾，網(wǎng)絡(luò)總是盡力的為每位客戶提供最好的質(zhì)量。

傳統(tǒng)的盡力而為服務(wù)模型只是盡力為客戶提供最好的服務(wù)，并不能保證服務(wù)質(zhì)量，為了向用戶提供具有QoS保證的服務(wù)，人們提出了集成服務(wù)模型，集成服務(wù)模型雖然能夠通過RSVP協(xié)議為每個應(yīng)用流提供服務(wù)質(zhì)量保證，但是逐個流的資源預(yù)約代價太大，可擴(kuò)展性差。區(qū)分服務(wù)模型隨之出現(xiàn)，從盡力型服務(wù)到集成服務(wù)，再到區(qū)分服務(wù)模型的出現(xiàn)，Internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型經(jīng)歷了服務(wù)粒度由粗到細(xì)，再到適中的過程。

隨著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型的不斷發(fā)展，與之相適應(yīng)的定價機(jī)制也在不斷改進(jìn)，如何設(shè)置與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型相一致的定價機(jī)制成為研究的重點，考慮現(xiàn)有基于服務(wù)模型的定價研究，進(jìn)行分析與評價，針對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型，考慮現(xiàn)有基于服務(wù)模型的定價研究，并進(jìn)行分析與評價。

1 盡力而為服務(wù)定價

在提供盡力而為服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)中，ISP通常不會采用QoS控制機(jī)制，所提供的服務(wù)基本上沒有QoS差異，因而ISP只需采用基本的網(wǎng)絡(luò)定價模型來保證利潤最優(yōu)即可。此時的定價往往是在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行的，用戶的使用費用由接入網(wǎng)直接決定而與傳輸過程中經(jīng)過的中間網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，此種定價方式稱為邊緣定價。適合邊緣定價的定價模型包括定額收費、按使用量進(jìn)行收費。而對于擁塞定價，由于擁塞可能發(fā)生在傳輸路徑上的任意一鏈路上，價格應(yīng)該按照鏈路的使用狀態(tài)來進(jìn)行設(shè)置，因而不適合使用邊緣定價方式。

在盡力而為服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中實行邊緣定價主要基于以下兩方面的考慮。一方面，因為不同自治域的網(wǎng)絡(luò)用戶通常由當(dāng)?shù)胤?wù)提供商進(jìn)行管理與收費，因而在接入端進(jìn)行收費會比較現(xiàn)實。另一方面，因為網(wǎng)絡(luò)提供的是盡力而為的服務(wù)，ISP對通過其網(wǎng)絡(luò)的流量不提供任何QoS保證，因而邊緣定價更加合理。在盡力而為服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，接入網(wǎng)的ISP可以通過預(yù)測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)來預(yù)測網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況，并以此與用戶進(jìn)行協(xié)商并達(dá)成相應(yīng)協(xié)議。這種收費方式執(zhí)行起來相對簡單同時也有利于ISP與用戶之間的交流，一方面ISP可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況動態(tài)的調(diào)整價格，另一方面用戶也可根據(jù)對效用水平的預(yù)期調(diào)整其需求。但是由于網(wǎng)絡(luò)的分布式特性，邊緣定價無法實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制，因而也就無法向用戶提供QoS保證或為業(yè)務(wù)提供差異化服務(wù)。

為在盡力而為網(wǎng)絡(luò)中提供差異化服務(wù)，ISP可以采用優(yōu)先級定價策略。其中最為著名的是PMP(ParisMertoPircing)，PMP來源于巴黎地鐵交通管理規(guī)則，在地鐵管理條例中列車分為兩類，它們都提供相同服務(wù)質(zhì)量的座位，但是兩個類別的車票價格卻不同，較為昂貴的列車不太擁擠，因此乘客可以獲得好的服務(wù)質(zhì)量。在PMP模型中，網(wǎng)絡(luò)被分成若干個邏輯上完全獨立的子網(wǎng)(或業(yè)務(wù)類別)，每個子網(wǎng)都分配給一定數(shù)額的容量。PMP并沒有嚴(yán)格的QoS保證，但是通過制定不同的價格，理論上選擇更高價格的業(yè)務(wù)的用戶可以獲得更好的服務(wù)質(zhì)量。PMP實施起來很簡單，可以在數(shù)據(jù)包中添加優(yōu)先級標(biāo)識，路由器負(fù)責(zé)對其進(jìn)行檢測并執(zhí)行基于優(yōu)先級的調(diào)度或分組處理，用戶則可以根據(jù)提供的業(yè)務(wù)質(zhì)量的不同選擇相應(yīng)的邊緣網(wǎng)絡(luò)運營商。

巴黎地鐵定價具有如下優(yōu)點。首先作為一種邊緣定價策略，其實施簡單。其次，因為網(wǎng)絡(luò)運營商通過定價對用戶進(jìn)行劃分，因而能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的網(wǎng)絡(luò)資源管理及差異化服務(wù)。但是，PMP雖然實現(xiàn)了差異化服務(wù)，但是無法提供確切的QoS保證，只是理論上用戶所選擇的業(yè)務(wù)價格越高，所獲得的服務(wù)質(zhì)量越好。此外，PMP不利于網(wǎng)絡(luò)最大化的利用網(wǎng)絡(luò)資源。最后，不同子網(wǎng)使用的定價策略可能不同，因而PMP只適用于只有一個ISP的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)模型擴(kuò)展到具有多個小型網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時，就需要各個網(wǎng)絡(luò)之間就價格設(shè)置及利潤分配進(jìn)行協(xié)商。

類似于巴黎地鐵定價策略，Dube等人提出了一種基于隊列管理的區(qū)分服務(wù)方法。對于用戶來說，每個用戶根據(jù)隊列的長度及價格選擇加入哪個隊列，供應(yīng)商則執(zhí)行基于優(yōu)先級的隊列調(diào)度來實現(xiàn)差異化資源分配。不同于PMP的是，用戶可以根據(jù)隊列的長度來估計網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，然后根據(jù)給定的價格及估計的擁塞狀況選擇服務(wù)隊列。基于此建立的定價模型是以利潤最大化為目標(biāo)的動態(tài)定價模型，Dube通過馬爾可夫決策理論(MDP)建立了系統(tǒng)模型，并提出了動態(tài)價格調(diào)整算法。

2 QoS保證服務(wù)定價

為了解決QoS差異化及網(wǎng)絡(luò)資源利用率低等問題，人們將關(guān)注點逐漸轉(zhuǎn)移到對差異化服務(wù)的研究。Cocchi 等人最早提出基于優(yōu)先級的定價策略來反映QoS差異化與資源利用率之間的關(guān)系，他主張在IP數(shù)據(jù)包中添加優(yōu)先級標(biāo)識并通過優(yōu)先級隊列及調(diào)度來實現(xiàn)QoS。隨著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)類型的日益增多以及網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的定價吸引了越來越多人的關(guān)注，為實現(xiàn)QoS保證，人們對基于資源預(yù)留以及流聚合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，提出了相應(yīng)的定價模型及支持QoS保證的定價機(jī)制。

2.1 基于優(yōu)先級的業(yè)務(wù)定價

根據(jù)業(yè)務(wù)的流量特征或其QoS需求，可以將業(yè)務(wù)分為不同的類型，ISP可以對業(yè)務(wù)類型進(jìn)行劃分，設(shè)置不同的服務(wù)級別?；趦?yōu)先級定價的主要思想是把所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照服務(wù)級別分類，不同的服務(wù)級別得到不同的服務(wù)，不同的服務(wù)收取不同的服務(wù)費用，得到的服務(wù)越好，收取的費用越高。

Peter Marbach提出了一種按照嚴(yán)格優(yōu)先級服務(wù)的靜態(tài)定價方法，價格事先確定。用戶根據(jù)不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)傳送概率，來調(diào)整數(shù)據(jù)發(fā)送量和所使用的優(yōu)先級，以此來達(dá)到效用的最大化。Donnell及Sethu提出由最終用戶系統(tǒng)為數(shù)據(jù)包設(shè)置優(yōu)先級或服務(wù)級別，路由器根據(jù)優(yōu)先級標(biāo)識將數(shù)據(jù)包分配到不同的隊列，以確保用戶獲得相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量，至于價格的傳遞，只需在數(shù)據(jù)包中設(shè)置相應(yīng)的價格位，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，價格領(lǐng)域被填寫，這樣當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地時，價格信息會被復(fù)制到應(yīng)答數(shù)據(jù)包中并返回給發(fā)送方，發(fā)送方又可以根據(jù)獲得的價格信息來確定下次所要選擇的服務(wù)級別。

在很長一段時間內(nèi)，如果價格和流量都比較穩(wěn)定，則優(yōu)先級定價可以實現(xiàn)較好的性能差異。但是在短期內(nèi)，高優(yōu)先級的服務(wù)可能會遭受更高的丟失率、時延及擁塞。為解決這個問題，文獻(xiàn)研究了比例區(qū)分服務(wù)模型，它提供一種相對動態(tài)的帶寬資源劃分機(jī)制，ISP并不為每個業(yè)務(wù)級別分配固定的帶寬資源，而是通過一定比例的性能保證來實現(xiàn)可預(yù)見和可控的QoS區(qū)分。

2.2 基于集成服務(wù)模型的業(yè)務(wù)定價

在盡力而為的網(wǎng)絡(luò)和簡單的基于優(yōu)先級的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)無法提供嚴(yán)格的QoS保證。本節(jié)將討論通過資源預(yù)留來實現(xiàn)QoS保證的集成服務(wù)(IntServ)機(jī)制。集成服務(wù)模型的設(shè)計目標(biāo)是為盡力型服務(wù)網(wǎng)絡(luò)增加端到端的服務(wù)保證，以適應(yīng)新出現(xiàn)的實時媒體流和交互式應(yīng)用。該模型要求路徑上所有路由器節(jié)點都要對每個流的信令消息進(jìn)行處理，并維護(hù)每個流的路徑狀態(tài)和資源預(yù)約狀態(tài)，執(zhí)行流的分類、調(diào)度和緩沖管理。集成服務(wù)模型的關(guān)鍵技術(shù)是RSVP資源預(yù)約協(xié)議，RSVP協(xié)議的兩個基本報文類型是Resv(預(yù)約)和Path(路徑)。

Karsten等人研究了一種適用于RSVP的定價機(jī)制。其主要思想是在RSVP消息中添加與價格有關(guān)的信息以實現(xiàn)資源預(yù)留和價格協(xié)商。特別的，作者在PATH消息中添加了上游收費策略元素，在RESV消息中添加了下游收費策略元素。Clark提出了一種基于區(qū)域的定價或成本分擔(dān)模型，在此模型中，通過在IP數(shù)據(jù)包中插入支付意愿信息來表明發(fā)送者和接收者是否愿意支付高質(zhì)量服務(wù)。但是，它并沒有對動態(tài)定價和基于QoS的定價做進(jìn)一步的研究。Fankhauser等人提出了一種適用于集成服務(wù)模型的基于RSVP的定價協(xié)議，作者指出通過兩種定價模型可以很好的實現(xiàn)本地定價，一個是基于拍賣的定價模型，一個是擁塞敏感的基于使用量的定價模型。但是此種定價需要假設(shè)網(wǎng)絡(luò)路由不受價格的影響，并且所有定價結(jié)點改變價格的步調(diào)一致。

基于流的資源預(yù)留是很難實現(xiàn)的，它需要實現(xiàn)基于流的擁塞控制，QoS路由以及相應(yīng)的調(diào)度策略，這會帶來巨大的成本，增加網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，因而帶有QoS保證的集成服務(wù)模型并不常見，如何對IntServ進(jìn)行改進(jìn)并構(gòu)建相應(yīng)的定價模型還在進(jìn)一步的研究中。

2.3 基于區(qū)分服務(wù)模型的業(yè)務(wù)定價

由于集成服務(wù)模型具有很高的復(fù)雜性和較差的擴(kuò)展性問題，IETF提出了區(qū)分服務(wù)(DiffServ)模型，基于此結(jié)構(gòu)的定價也被廣泛的研究。區(qū)分服務(wù)模型設(shè)計的基本思想是：在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行不同服務(wù)級別業(yè)務(wù)流分組，而網(wǎng)絡(luò)核心僅需實現(xiàn)簡單的流量調(diào)節(jié)功能，從而達(dá)到功能擴(kuò)展、降低復(fù)雜度的目的。具體來說，在用戶數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)邊緣(如端系統(tǒng)或第一跳路由器上)時，用戶與網(wǎng)絡(luò)提供者達(dá)成一個服務(wù)性能合約，此合約明確用戶業(yè)務(wù)流應(yīng)遵守的流量特征和網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)提供的相應(yīng)服務(wù)。數(shù)據(jù)流在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時，首先在分組頭的服務(wù)標(biāo)識(DS)域中置入所需服務(wù)的對應(yīng)標(biāo)記碼，同時由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行流量測量和分組流量特性標(biāo)識。加上服務(wù)分類標(biāo)志和流量特性標(biāo)志的數(shù)據(jù)分組流經(jīng)各區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中繼，由中繼節(jié)點根據(jù)上述標(biāo)志進(jìn)行不同的轉(zhuǎn)發(fā)處理，進(jìn)而實現(xiàn)所需的服務(wù)性能。

文獻(xiàn)較早提出區(qū)別定價的思想，研究了支持優(yōu)先級服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)中定價策略與QoS保證的關(guān)系，認(rèn)為服務(wù)質(zhì)量敏感的定價機(jī)制具有更高的帕累托(Pareto)效率。文獻(xiàn)提出了一種在區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)模型中基于拍賣的資源分配和定價方法。模型中，不同的用戶提交自己的預(yù)期的帶寬價格和所需的帶寬量，服務(wù)提供商決定的進(jìn)入價格以及為每類用戶提供的差異化服務(wù)，模型以最大化服務(wù)提供商的利潤為目標(biāo)，并分析了存在一個單路徑瓶頸和存在多個路徑瓶頸下的最優(yōu)化解決方案。文獻(xiàn)針對區(qū)分服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)選擇和資源配置問題，研究了與之相適應(yīng)的多QoS服務(wù)動態(tài)區(qū)別定價機(jī)制。假定各類服務(wù)的價格已知，探討用戶如何根據(jù)其預(yù)算約束和QoS要求，在各類服務(wù)間做出適當(dāng)?shù)倪x擇，包括對服務(wù)類型和服務(wù)量的選擇。在資源量一定的情況下，探討網(wǎng)絡(luò)如何根據(jù)其資源約束和服務(wù)的實際使用狀況，在不同的時間尺度上調(diào)整各類服務(wù)的價格以及資源的配置方式，使價格設(shè)置與資源配置更加合理。

3 結(jié)語

本文考慮盡力而為和提供QoS保證兩種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型，提出了與之相適應(yīng)的定價機(jī)制，對于盡力而為服務(wù)模型，可以采用邊緣定價機(jī)制，對于后者，從集成服務(wù)和區(qū)分服務(wù)兩種模型入手，討論了現(xiàn)有對其定價機(jī)制的研究。對于邊緣定價，通過對擁塞進(jìn)行預(yù)期及區(qū)分接入帶寬，可以達(dá)到一定的擁塞控制并實現(xiàn)優(yōu)先級定價，但是邊緣定價無法保證資源利用率及服務(wù)質(zhì)量。對于集成服務(wù)定價機(jī)制，雖然能通過資源預(yù)留對QoS進(jìn)行保證，但是其機(jī)制本身的復(fù)雜性決定了其定價機(jī)制的復(fù)雜性，而基于區(qū)分服務(wù)的定價機(jī)制可以促進(jìn)資源的有效利用并確保用戶之間的公平性。

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