The Internet is a complex system, consisting of different types of entities in terms of access/transit connection and content distribution, which are typically selfish and try to maximize their own profits. Due to this different perspective of economic interest as well as dynamic changes of the Internet market, a certain degree of techno-economic inefficiency has naturally been observed, e.g., unstable peering and revenue imbalance between CPs (Content Providers) and ISPs (Internet Service Providers). At the heart of this issue is `good`` revenue sharing among the specialized ISPs. Recently, a notion of Shapley value
from cooperative game theory has been applied to discuss this issue, showing that many nice properties have been investigated and being used not only to understand the current Internet eco-system but to predict its future. However, such a hope from the Shapley value can be feasible only when the providers agree to form a grand coalition which may not hold in practice. In this paper, we first discuss the stability of the grand coalition with respect to the Shapley value based revenue sharing, and show that under reasonable conditions (which are met in many cases) the grand coalition may not be pursued by the ISPs. We then study the gap between the condition of stability and the condition of the maximum social welfare in the grand coalition. Our study on stability and coalition structures is based on more concrete modeling of the Internet, than earlier studies with emphasis on the Internet QoS, which may have more practical impact on understanding the current Internet and designing more evolvable and stable Internet eco-system in the future.
본 논문에서는 샤플리밸류에 기반을 두어 이득분배를 하는 인터넷서비스사업자 간 협력구조의 안정성을 연구하였다. 인터넷서비스사업자는 컨텐츠를 제공하는 컨텐츠사업자, 일반 사용자의 망 연결성을 제공하는 지역망사업자, 이 두 사업자를 연결하고 트래픽을 전달하는 수송망사업자의 세 종류로 분류할 수 있다. 또한, 인터넷 모델에서는 지역망사업자와 수송망사업자 간 연결의 트래픽 용량한계에 의한 컨텐
츠서비스품질의 저하를 모델에 적용함으로써 인터넷 네트워크의 현실적 모습을 반영하고자 하였다. 위와 같은 인터넷서비스사업자 모델에서, 협력게임이론을 바탕으로 인터넷서비스사업자 간 협력구조의 안정성을 분석한 결과는 다음과 같다. 먼저, 망 트래픽 용량이 충분하여 망에 혼잡이 발생하지 않는 네트워크에서는, 샤플리밸류를 기반으로 이득을 분배할 경우 모든 사업자가 함께 협력하는 구조가 안정될 수있다. 하지만, 망에 혼잡이 발생하는 네트워크에서는, 샤플리밸류를 기반으로 이득을 분배하더라도 모든 사업자의 협력 구조가 안정되지 않을 수 있다. 이처럼 망에 혼잡이 발생하는 경우, 모든 사업자가 협력하는 구조에 안정성이 있다고 판단하기 위한 조건은 망에서 서비스하는 각 컨텐츠의 경제적 가치와 트래픽 이용량, 서비스사용자로의 전달성 및 지역망의 트래픽 용량의 관계로 구할 수 있다. 또한, 이 조건을 모든 인터넷서비스사업자 간 협력구조에서 다른 협력구조에서보다 더 큰 사회복지를 얻기 위한 조건과 비교함으로써, 개인적인 이득에 근거한 협력구조의 안정성과 사회복지에 근거한 협력구조의 안정성을동시에만족하는네트워크의조건을이해할 수있다. 이와 같이, 본 연구에서는 협력게임이론에서 공정성과 효율성을 만족시키는 이득분배 방법인 샤플리밸류에 기반을 둔 인터넷서비스사업자 간 협력구조의 안정성을 확인하였다. 결과적으로, 혼잡/비혼잡 네트워크에서 샤플리밸류에 기반을 두어 이득분배를 함으로써 이득분배의 효율성과 공정성을 확보할 뿐만 아니라 인터넷서비스사업자 간 협력구조의 내인적/외인적 안정성을 유지할 수 있는 네트워크 환경을 제시하였다.
