网络拥挤与反应性定价模型

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作者：曾垂石 论文级别：硕士 学科专业名称：国际贸易学 中文关键词：因特网 ; 拥挤 ; 外部性 ; 反应性定价 英文关键词：Internet ; network congestion ; externality ; responsive pricing. 学位年度：2004 导师：孔淑红 学科代码：020206 学位授予单位：对外经济贸易大学 论文提交日期：2004-05-01

摘要

随着网络多媒体服务的不断应用，网络拥挤问题也越来越严重。在对网络拥挤问题的原因作一探讨之后，本论文将分析网络拥挤所产生的外部性效应。由于网络拥挤外部性效应的存在导致了网络资源的配置缺乏效率。为了使网络资源能够得到最经济有效的使用，本论文提出了反应性定价模型机制。这种动态定价模型能够使网络资源的配置富有效率。
     本论文发现，主要有三个因素导致了因特网上的拥挤变得越来越严重。这就是：现有的网络服务定价模式存在缺陷；消费者日益增长的需求以及对新的因特网服务的需求与现有因特网架构不相兼容；因特网的私有化以及商业化。这些因素所导致的结构性影响是如此之大以至于我们必须重新思考因特网中所包括的经济系统。
     拥挤是一种缺乏效率的资源分配方式，因为资源的分配是通过等待完成的。通常这种分配方式会把资源分配给那些时间机会成本较低的用户，而非那些价值较高的用户。因此，网络拥挤是一种典型的外部不经济。
     解决因特网拥挤的最有效途径就如解决其他的外部效应一样利用定价机制来分配网络资源。有效定价机制能够自动使带宽资源的需求和对带宽资源的供给保持均衡。相反，现行的边际价格为零的统一定价法只会使网络拥挤越来越严重。
     如果有恰当的反馈信号能够帮助适应性网络用户做出准确的反应，那么无疑会提高网络的效率。当网络流量过多使网络出现拥挤时，反馈信号将使适应性用户做出减少数据包发送的反应。当网络流量相对较少时，反馈信号将鼓励适应性用户增加其想要发送的数据包数量。这样很多拥挤问题就能得以解决。
     本论文将从福利经济学的角度出发，定义什么是资源配置效率和网络服务质量(QoS)。在对某些关键术语做了定义之后，本论文将利用定性和定量的方法来研究网络拥挤的效率损失。另外，在研究网络拥挤的成因和设计反应性定价模型时，本论文还会利用到博弈论的有关原理。
With the increasing application of the multimedia service in the Internet, the network congestion has become increasingly serious. After a probe into the causes of the congestion, this thesis is going to discuss the externality effect of the network congestion. The existence of the congestion externality has resulted in inefficient allocation of network resources. In order to utilize the network resource in an economically efficient way, this thesis has proposed a response pricing mechanism, which can allocate the network resource in an efficient way.
    This thesis has found out that three key factors have mad network congestion more and more serious. They are: the defect in the current networks pricing system; the increasing demand of the consumers over the network service; privatization and commercialization of the Internet. The structural impact of these factors is so profound that we have to reconsider the economic system of the Internet.
    Congestion is an inefficient means of resource allocation, because the allocation of resource is achieved by waiting. Generally speaking, rare Internet resources will be allocated to those Internet users who have lower opportunity cost of time by this means of allocation. Therefore, network congestion is a typical non-economy of externality.
    The most efficient way of solving network congestion is through pricing mechanism like solving most other externality effect. An effective pricing mechanism will automatically balance the demands and supply for network resources. On the contrary, the current flat pricing mechanism, which has a zero marginal price, will make the network congestion more and more serious.
    If a proper feedback signal can help adaptive Internet users react to network condition accurately, then it will definitely increase the network efficiency. When the network traffic is too much and network congestion has occurred, the feedback signal will help the adaptive users to decrease the data package transmission. When the network traffic is quite moderate, the feedback signal will encourage the adaptive user to increase the data package transmission. Therefore, the network congestion can be solved.
    This thesis will start from the perspective of welfare economics to define what is efficiency of network resources allocation and what is quality of network service (QoS). After such definitions, this thesis will make use of qualitative and quantitative methods to study efficiency loss of network congestion. In addition, this thesis will also touch upon some aspects of game theory when examining the cause of network congestion and designing the responsive pricing mechanism.

引文

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    ①因为随着新的用户的加入，网络中每个用户的通信通道增加，从而增加了效用。
    ②张铭洪博士主张因特网的定价应该反映其成本构成，本论文提出因特网的定价应该使得稀缺的网络资源应该得到最有效率的使用。
    ③中国互联网络信息中心定期对中国的因特网进行调查，本次为第十三次调查资料，数据截止日期为2003年12月31日。
    ④1994年9月之前美国NSFNET承担了美国主干网络约75％的流量，之后逐渐淡出。1995年4月30日关闭。
    ⑤因特网上的数据传输是以比特(bit)为基本单位，一个字节相当于8个比特，2个字节组成一个汉字。
    ⑥如果要对不同网络服务对网络带宽的要求有一个详细地了解，请参阅James D.Russell,Multimedia Networking Performance Requirements, New York: Plenum Press, 1993.
    ⑦要对电信运营商参与因特网服务有一个更详细地了解，请参考Paula Bernier,Opportunities abound on the Internet, Telephony, Vol. 226, No 13.
    ⑧在网络用户数达到网络临界容量之前，网络拥挤的后果可以忽略不计，然而一旦达到临界容量，则网络拥挤将会产生巨大的成本，这种成本主要是以等待的时间和丢失的数据包来衡量。
    ⑨TCP／IP协议叫做传输控制／网际协议，它是Internet国际互联网络的基础。TCP／IP是网络中使用的基本的通信协议。虽然从名字上看TCP／IP包括两个协议，传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)，但TCP／IP实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如：远程登录、文件传输和电子邮件等，而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。通常说TCP／IP是Internet协议族，而不单单是TCP和IP。
    ⑩注意到高价值用户愿意付出更高的价格来发送其数据包，因此固定定价法对资源的配置无效。
    11参见 美Bruce R Kingma, The Economics of the Information, Libraries United,IN., 1996.
    12严格来说，因特网并非真正意义上的公共产品，但这并不影响其外部性的产生。
    13详尽的优先级别定价法可以参考David Clark(1995)．
    14要想对基于成本的定价有一个更详尽的了解，请参考Padmanabhan Arinagesh, Internet Cost Structure and Interconnection Agreetments(1995), MIT Press.
    15当带宽的利用达到极限之后，我们可以说网络的运行具有效率，但却并不具备经济效率。
    16请注意效率必须以给定的服务水平为前提。
    17参阅Bohn，et al(1993)，Mackie-Mason and Varian(1995)．
    18这里我们用数据包作为用户传输数据的基本单位。
    19控制理论家认为价格是网络中为优化资源配置所发出的矫正信号的成本变量或者影子价格。
    20由于多数用户容忍传输E-mail等文件出现某种程度的延误，因此多数用户可以在愿意接受的延误程度内将其拥挤价格设置为零，而对于时间要求较高的用户则支付一个正的拥挤价格。
    21参阅gupta 1995年相关的模拟结果。