In order to manage congestion problems and allocate network resources fairly in the Internet networks, many researchers have studied dynamic pricing over the last decade. However, most of their research results have been limited by their reliance on an oversimplified demand model, and are not adaptable to emerging multiple class environments such as the Diffserv network.
For example, user utility is generally represented by a logarithmic form due to its simplicity in optimization model for pricing. Logarithmic utility, however, is related to unit elasticity demand which is not realistic for representing user demand in the actual Internet service market. We have extended this concept into a dynamic pricing scheme by generalizing a demand model with constant elasticity and applying it to the multi-class Diffserv network. A series of simulation experiments was conducted to compare the engineering and economic performance of the new dynamic pricing model to the static pricing model.
Simulation results show that the proposed dynamic pricing model is superior to static pricing for engineering efficiency using the variables of packet loss and link utilization. However, economic efficiency is dependent on whether QoS disutility factors, such as loss rate or queuing delay, are considered or not. Without regarding these factors, some static pricing results have shown better result than that of dynamic pricing. However, the more significant disutility factors, the better the economic efficiency of dynamic pricing.
The business implication of these results is that the more the customer is aware of the importance of disutility factors the more the network provider will incur pressure to introduce dynamic pricing. We have also proposed a compatible economic admission control scheme to supplement the dynamic pricing model in order to manage spontaneous congestion. In real situations dynamic pricing may be only effective to control the market demand over mid-or long-term views such as for periods of a week or longer. Another point is that dynamic pricing may be more applicable to a real time QoS supported class rather than the best effort class for which flat rate charging is widely used. If there are no proper control mechanisms to protect best effort traffic, the provider's concerns will tend to focus only on revenue maximization in dynamic pricing and this can cause the situation for best effort traffic to become worse.
This admission control scheme with a movable boundary has considered congestion cost for consumers as well as the provider's revenue as goals to be tackled simultaneously. Simulation experiments have shown the success of the model, in which dynamic admission control was superior to the fixed bandwidth allocation.
Even though the basic purpose of our dynamic pricing model is the optimization of network resource allocation from the economic perspective, other application areas such as planning of network facility expansion and settlement of interconnection fees among service providers are representative potential domains.
인터넷상에서 발생하고 있는 혼잡 문제를 해결하고, 네트워크 자원을 이용자들에게 효율적으로 배분하기 위하여 지난 10 여년간 많은 동적 가격설정 방법들이 연구되어 왔다. 하지만 이러한 연구들은 지나치게 단순화된 수요 모형을 사용하거나, Diffserv 와 같이 새롭게 나타나는 다중 QoS 클래스 환경에 적합하지 않았다.
예를 들어, 이용자의 효용은 일반적으로 로그함수로 표현되어 왔는데, 이는 최적화 모델을 쉽게 처리하기 위하여 매우 편리한 함수이지만, 실제 인터넷 서비스 시장 환경에서 가격 탄력성이 1 이라는 단위 값을 가진다는 비현실적인 가정을 기초로 하고 있다. 이에 우리는 좀 더 현실적인 시장 수요 모형으로 일반화된 동적 가격 설정 방법을 제안하고, 이를 다중 클래스를 가지는 Diffserv 네트워크에 적용할 수 있도록 확장하였다. 확장된 동적 가격 모형은 시뮬레이션 실험을 통하여 기술적인 측면과 경제적인 측면에서 정적 가격 모형과 비교하였다.
시뮬레이션 결과를 보면, 제안된 동적 가격 모형은 정적 가격 모형에 비하여 패킷 손실율, 링크 활용도 등 모든 기술적인 측면에서 우위를 보여 주었다. 반면에 사업자의 매출과 이용자의 잉여와 같은 경제적인 측면에서는 엇갈리는 결과를 보였다. 이용자의 효용이 네트워크에 전송하는 트래픽의 크기, 즉 대역폭의 함수로 표현되는 특성 때문에 이용자의 수요가 많을수록 정적 가격 모형이 동적 가격 모형보다 전체 순효용이 증가하는 결과를 나타내었다. 그러나 정적 가격 모형에서 증가된 트래픽은 논문에서 제기하려는 폭주 문제를 발생시키고, 이에 따라 버퍼상에서의 지연과 패킷 손실을 발생시켰다. 이러한 점을 이용자의 효용에 반영하기 위하여 반효용의 개념을 적용하였고, 그 결과 동적 가격 정책이 경제적인 관점에서도 우월하다는 점이 확인되었다.
결국 실험의 결과는 네트워크 이용자들이 지연이나 손실 같은 QoS 저하를 얼마나 중대하게 받아들여지느냐에 따라 동적 가격 방법의 정당성이 결정될 것이라는 정책적인 함의를 나타내고 있다.
한편 제안된 동적 가격 결정 방법은 시장 수요의 변화를 가격에 반영하는 방법으로서, 네트워크의 혼잡 제어를 근원적이지만 상대적으로 중단기적인 관점에서 접근함으로써 순간적인 폭주 상태를 제어하기에는 한계를 가진다. 이를 보완하고 프리미움 클래스의 QoS 를 보장하기 위하여 동적 수락 제어 방법을 제안한다.
제안된 수락 제어 방법은 서비스 사업자의 매출 최대화와 Diffserv 네트워크에서 일방적으로 수락 제어의 희생양이 되기 쉬운 최선형 인터넷 트래픽 이용자의 사회적 이익 보장을 동시에 추구하는 모형이다. 제안된 방법에서는 프리미엄 클래스와 최선형 클래스 트래픽이 공통 사용 대역폭을 가지고, 이 구간에서는 평상시에 최선형 트래픽이 사용하다가 프리미엄 클래스가 당초 설정된 대역을 초과하는 수요가 발생하면 공통구역으로 넘어가 대역폭을 확보하는 이동가능 구역(Movable Boundary) 환경을 가정하고 있다. 본 논문에서는 새로운 프리미엄급 대역폭 할당 요구에 대하여 이를 허용하였을 때 추가되는 사업자의 매출 이익과 이에 따라 발생하는 최선형 일반급 트래픽의 혼잡에 따른 사회적 비용을 상호 비교하여 수락 여부를 결정하는 방법이 제안되었다.
시뮬레이션을 통하여 전체 효용을 상호 비교한 결과, 제안된 동적 수락 제어 방법이 특정 비율을 프리미엄급에 할당하는 방식에 비하여 우위를 나타낸 것으로 확인되었다.
제안된 동적 가격 설정과 수락 제어 방법은 각 서비스 사업자의 대역폭 관리 최적화를 경제적인 관점에서 추구하는 것이 가장 기본적인 목적이지만, 그 이외에도 네트워크 장비의 확장이나 라우팅 체계의 재구성을 위한 자료 도출이나 사업자간 접속료 정산을 위한 기초 데이터 산출에 이용하는 등 여러 분야에 활용이 가능할 것이다.
