Traditional Internet Service Providers(ISPs) provide Internet connectivity by controlling how traffic enters or leaves the network, while Content Providers(CPs)/Content Delivery Network(CDNs) generate/distribute contents to End Users(EUs). As Internet system has been suffered from the explosive growth of video traffic, a ISP’s role is limited to a ’dummy pipe’ so that it makes ISPs to have an incentive to be a ’smart pipe’. In this paper, we study an approach an ISP could take by focusing on the cooperations between ISP-CDN, and between ISP-ISP. In terms of ISP-CDN cooperation, an ISP launches its own CDN to lessen the backbone demands and to reduce the costs: Telco-CDN. Moreover, in terms of ISP-ISP cooperation, Telco-CDNs build a federated CDNs to deliver contents to the aggregated EUs and to lessen the IX traffic by sharing their caches: Telco-CDNi. We formulate a game-theoretic and mathematical framework that considers three models: Non-cooperative ISP-CDN, Telco-CDN, and Telco-CDNi. Simulations on KORNET backbone topology show that ISP can reduce the traffic traversing its links by half. Cooperation among ISPs faces an economic issue about how to share the revenues of the cooperation by satisfying efficiency and fairness. In this work, we study a revenue sharing mechanism derived from the Shapley Value. We show that this revenue sharing mechanism makes more incentives to cooperate and fair incentives for ISPs. This study is a step toward a understanding of ’economic’ interactions among ISPs as well as between ISP and CDN.
전통적으로 인터넷 서비스 사업자(ISP)들은 망에 들어오고 나가는 트래픽 흐름을 제어함으로써 인터넷 연결성 서비스를 제공하며, 컨텐츠 제공자(CP)와 컨텐츠 전송 네트워크(CDN) 사업자들은 컨텐츠를 생성하고 분배하여 사용자(EU)에게 전달하는 역할을 수행해 오고 있다. 현재 인터넷 시스템이 마주하고 있는 비디오 트래픽 폭증 문제로 인해 ISP는 단순히 연결성을 제공하는 역할에서 벗어나 보다 영향력을 갖는 방향으로 변화를 모색하고 있다. 본 논문에서는, 이러한 해결 방안으로 ISP와 CDN간의 협력관계, 그리고 더 나아가 ISP와 ISP간의 협력 관계를 제시하였다. ISP와 CDN간의 협력관계로 ISP가 자사의 망 위에 CDN을 설치하여 백본 트래픽 양을 줄이고 비용을 감소하는 Telc-CDN을 살펴보고, ISP와 ISP간의 협력관계로는 Telco-CDN들이 연합을 형성하여 cache를 공유함으로써 IX 트래픽을 줄이고 모든 사용자들에게 다양한 컨텐츠를 제공하는 Telco-CDNi를 살펴보고자 한다. 본 연구에서는 게임이론에 기반을 두고 ISP와 CDN의 비협력 관계, Telco-CDN, Telco-CDNi를 수학적으로 모델링하고, 국내 KORNET망 구성도와 비슷한 환경에서 시뮬레이션을 수행함으로써 ISP와 CDN간의 협력, ISP와 ISP간의 협력을 통해 ISP망 내부를 흐르는 트래픽 양이 약 절반으로 감소하는 것을 확인하였다. ISP간의 협력 구조에서는 협력으로 발생하는 이득을 ISP들이 공평하고, 효율적으로 나누어 갖는 문제가 주요한 쟁점으로 부각된다. 본 논문에서는 효율성과 공평성을 보장하는 샤플리 밸류(Shapley Value)에 기반한 이득 분배 메커니즘을 제안하고, Shapley Value 이득 분배 방법이 ISP들로 하여금 협력하고자 하는 유인(incentive)을 향상시킴을 확인하였다. 본 연구는 인터넷 시스템을 구성하는 ISP와 CDN뿐 아니라 ISP와 ISP사이에 존재하는 `경제적` 상호 관계를 다루는 후속 연구를 향한 기반이라는 점에서 그 의의가 있다.
