摘要：5G云网络涉及多个实体和利益相关者，它们可能具有不同的目标，例如高数据速率，低延迟，效用最大化和收益/利润最大化，这给5G云网络的资源管理设计提出了许多挑战。尽管传统解决方案可能既无效又不可行，但最近开发并采用了经济分析和定价模型作为实现目标的有用工具。本文讨论了4种经济分析和定价模型，分别为基于市场的定价，基于博弈论的定价，基于拍卖的定价，以及基于网络效用最大化的定价。
关键词：云网络；定价；博弈论；拍卖
0引言
经济分析和定价模型已被用于解决云网络中的许多问题。根据价格如何设置，将云网络中常用于资源分配的经济分析和定价模型分为4类，即基于市场的定价，基于博弈论的定价，基于拍卖的定价，以及基于网络效用最大化（NUM）的定价[1]。
1基于市场的定价
对于云网络中应用的经济分析和定价模型，首先讨论一个简单的定价方法，基于成本的定价；然后描述更复杂的定价方法，包括差别定价和盈利最大化定价[2]。
1.1基于成本的定价
基于成本的定价是一种常见的定价方案，它基于计算服务的总成本，加上成本的百分比作为期望的盈利，来确定服务的价格。使用基于成本的定价的目的，是确保价格使服务供应商盈利丰厚，或者至少价格涵盖服务供应商的总成本。总成本通常由固定成本和可变成本组成。在云网络中，云供应商使用基于成本的定价来评估地理上不同的数据中心网络的服务成本。当云中的软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化（NFV）启用时，它也被用来分析节约成本。
1.2差别定价
基于成本的定价忽略了云用户或租户的要求和偏好。为了使供应商的盈利最大化，可使用差别定价（也称为价格歧视）。考虑由云供应商及其云资源组成的云资源市场，即计算资源和网络带宽。使用差别定价，云供应商可根据它们的需求和支付意愿向不同的云用户收取不同的价格。通过为一种类型的用户设置较高的价格，使用差别定价实际上将用户盈余转移给供应商。在这里，用户盈余是用户愿意支付的总金额与它们实际支付的总金额之间的差额。因此，虽然这种定价保证了供应商的高收益，但是使一种类型的用户支付比另一种类型的用户更高的价格可能是不公平的。
1.3基于盈利最大化的定价
盈利最大化是确定产出者的最高盈利的产出量和相应价格的过程。根据盈利最大化可找出最优数量和价格。假设云供应商需要确定由Q表示的云资源（即计算和网络带宽）单元的数量，以及它们的云用户的相应价格。总成本可能涉及固定成本和可变成本。收益是云供应商向其用户出售资源单元所获得的金额。确定云资源单位的最优数量，使得差别最大化。最优数量可根据需求曲线找出最优价格。然而，在实际市场中，确定需求曲线并不容易。用户需求可是随机的，或假定遵循一些分布，例如高斯，并且盈利最大化在确定数量时不考虑市场竞争。
2基于博弈论的定价
博弈论和拍卖是多方参与者的研究决策制定问题，其中参与者的选择，即玩家，潜在地影响了其它参与者的兴趣。在云网络环境中，参与者可是云供应商，服务供应商，云租户和用户。博弈论方法和拍卖机制，已被广泛应用于确定云网络中的资源价格[3]。首先，一些重要的术语定义如下。玩家：玩家是在博弈里作出决定的参与者。回报：回报，即效用或利润，反映玩家期望的结果。方案：玩家的方案是一组行动/指令，玩家可照此实现期望的结果。
2.1非协作博弈
在非协作博弈中，每个玩家只最大化自己的收益，不关心其它玩家的回报和网络的社会福利。在这场博弈中，玩家是自私的，它们不构建联盟或彼此间达成协议。非协作博弈论已被广泛应用于云网络中的资源分配。例如，它已被用于模拟同行中的带宽共享云辅助P2P流媒体系统或经纪人在微云系统。它已被采纳来最大化云供应商的利润。
2.2Stackelberg博弈
上面讨论的非协作博弈假设玩家同时宣布它们的定价方案，玩家们在同一时间知道彼此的战略。然而，这并不会在真实的市场中存在。因此可使用顺序博弈，玩家可在一定的预定义的次序后，公布它们的方案，这就是Stackelberg博弈。在Stackelberg博弈中，玩家在观察其它玩家的方案后决定自己的战略选择。事实证明即使玩家必须首先选择它们的方案，它们的收益不低于在纳什均衡中的其它玩家，即由于先发优势。在云网络中，Stackelberg博弈已经被应用于将云供应商的带宽分配给虚拟网络，和减少用户接入云服务器。Stackelberg博弈也被应用于云计算。例如，当它被用来最大限度地提高服务器客户端效用的同时，最大化云供应商的收益，或为终端用户保证QoS的同时，最大限度地提高云供应商的收益。
2.3讨价还价博弈
在讨价还价博弈或纳什讨价还价博弈，两名或两名以上玩家必须达成协议，关于如何分配货币金额。考虑一个云供应商之间的带宽分配，云网络带宽，即卖方；云租户，即买方。一个成功的讨价还价达成，是仅当带宽分配在双方都能接受的价格情况下。在云网络中，讨价还价博弈已被应用在一些其它场景，如分配用户的请求到数据中心并在服务供应商中共享云资源。在云计算中，讨价还价博弈已被用于在云资源经纪人和网格服务供应商中的价格谈判。
3基于拍卖的定价
拍卖是经济机制，其目标是通过称为招标的过程，分配商品和建立相应的价格[4]。拍卖中使用了一些常用术语如下：竞拍者：竞拍者是想要购买资源的买方。在云网络中，竞拍者可是终端用户或云租户。卖方：卖方（例如云供应商）提供其资源和销售服务。拍卖经理：拍卖经理担任中间商引导拍卖，确定并宣布赢家。在很多情况下，拍卖经理本身就是卖方。价格：拍卖中的价格可能是竞拍价或出价。竞拍价是竞拍者愿意为所拍卖资源支付的价格，出价是卖方愿意支付的资源价格。
3.1传统拍卖
传统拍卖被称为公开喊价拍卖。在公开喊价拍卖中，买方的竞拍在拍卖期间相互披露。传统拍卖有两种类型：英国拍卖：英国拍卖是一个提价拍卖，这意味着买入提交的竞拍价格，单调增加。具体而言，买方提交它们对资源的竞拍价，按顺序或同时给拍卖经理。没有新的更高价格提交时，拍卖将终止。买方最高价赢得资源并支付价格。荷兰拍卖：与英国拍卖相反，荷兰拍卖是一种降价竞拍拍卖，其中拍卖经理或卖方最初对资源设定了高的出价，然后降低价格，直到一个买方接受价格。获胜的买方支付最终费用价格和接收资源。这个简单的分配使荷兰拍卖花费的时间少于英国拍卖。
3.2密封拍卖
Vickrey和Vickrey-Clarke-Groves（VCG）拍卖是密封拍卖，买方同时向拍卖经理密封提交竞拍。与公开喊价拍卖不同的是，在密封竞拍拍卖中，买方不知道彼此的竞拍方案，在拍卖期间不能改变自己的出价。
3.3正向、反向和双重拍卖
考虑卖方和买方的双方，可将拍卖分类为如下：正向和反向拍卖：在正向拍卖中，有很多潜在的买方和一个卖方。相反在储备拍卖中，有一个买方和很多潜在的卖方。双重拍卖：在双重拍卖中，买方和卖方同时提交它们的出价，并分别询问拍卖经理。双重拍卖的基本概念是通过从买方中竞拍，匹配卖方的出价，分配商品给买方，并相应地从买方到卖方付款。
3.4组合拍卖
在组合拍卖中，买方的每次竞拍都表示一个组合或离散商品的打包，而不是单个商品。给定一组竞拍，拍卖经理找到一个商品的最优分配给买方，即赢家。组合拍卖与标准拍卖相比有更多的优势，例如密封拍卖。这些优点包括小的总体信息需求，经济效率，效用最大化和卖方收益最大化。然而，组合拍卖中的一个巨大挑战是赢家确定问题。
4基于NUM的定价
考虑到网络的容量限制，NUM是最大化网络中用户的总体效用的基本问题[5]。原始的NUM问题是仅考虑用户的效用功能。在云网络的情况下，当用户利用来自云供应商的资源时，它们会对云供应商产生总成本。因此，改进的NUM问题应考虑到总成本。考虑云资源预留场景，其中N个云租户，例如视频内容供应商，预留从一个云供应商传送它们的视频到终端用户的网络带宽。云供应商的目标是最大化社会福利实践中只有在云租户的效用函数是凹的时，上述最优解是可行的。但是，在延迟敏感的服务中，例如视频和语音服务等，效用函数以非弹性流动形式随着不同类型的服务而变化。因此，资源分配可能是一个非凸优化问题。
5结论
本文讨论了4种经济分析和定价模型的基本原理。除了上述定价模型外，匹配理论和合同理论已用于5G资源管理。通常，匹配理论根据用户的偏好将用户分配给供应商的目标，而合同理论则根据用户和供应商之间的信息不对称，来构造资源价格捆绑。
作者:董春利 王莉 单位:南京交通职业技术学院电子信息工程学院