（通信与信息系统专业论文）蓝波万维社区宽带网络计费系统设计与实现.pdf

摘要 摘要 本文主要讨论蓝波万维公司在社区宽带网络规划建设中遇到的关键问题一 计费系统，对社区宽带网络的用户需求模型、计费原理、对单一资源的定价模型， 进行了深入研究，对计费模型及蓝波万维社区宽带网络的需求进行了分析，在此 基础上提出了蓝波万维社区宽带网的计费系统策略，并在蓝波万维社区宽带网的 计费系统中实旅。 论文研究了社区宽带网络的用户需求模型，对需求的多样性和价格的敏感度 进行了实验的比较。同时对宽带计费的理论与实现进行了研究，在分析经济原理 的基础上，分析了对单一资源的定价，构建了基于用量计费、拥塞费、固定费用 的经济模型。并对现有的计费模型进行的分析比较。 在计费系统的设计上实现了蓝波万维社区宽带网络的计费系统。在系统设计 中提出了一种基于用户需求和运营商利益的计费系统的实现方案。实践证实，该 计费系统有较好的运行效果和经济价值。 关键字：宽带网络计费用户需求 a b s t r a c t t h i s p a p e r m a i n l y t a l k sa b o u tt h e k e yp r o b l e m s ，c o u n t i n gs y s t e m ，a r e e n c o u n t e r e db yb l u e w a v en e t w o r kc o m p a n yi nt h el a y o u t a n dc o n s t r u c t i o no f c o m m u n i t yb r o a d b a n dn e t w o r k i t f u r t h e rr e s e a r c h e su s e r d e m a n d i n gm o d e lo f c o m m u n i t yb r o a d b a n dn e t w o r k ，c o u n t i n gt h e o r y , a n d f i xap r i c em o d e lo fs i n g l e r e s o u r c e i ta n a l y z e st h ec o u n t i n gs y s t e mm o d e la n dd e m a n do fb l u e w a v en e t w o r k c o m m u n i t yb r o a d b a n dn e t w o r k 0 nt h eb a s eo fa b o v ed i s c u s s ，t h ec o u n t i n gs y s t e m s t r a t e g yo fb l u e w a v en e t w o r kc o m m u n i t yb r o a d b a n dn e t w o r ki sp u tf o r w a r da n d i m p l e m e n t e d i n c o u n t i n gs y s t e m o fb l u e w a v en e t w o r kc o m m u n i t yb r o a d b a n d n e t w o r k t h i s p a p e rr e s e a r c h e s t h eu s e r d e m a n d i n gm o d e lo fc o m m u n i t yb r o a d b a n d n e t w o r k ，a n de x p e r i m e n t i n gc o m p a r e st h ed e m a n d i n gd i v e r s i t ya n dp r i c i n gs e n s i t i v i t y s i m u l t a n e i t y , r e s e a r c h e sb r o a d b a n dc o u n t i n gt h e o r ya n di m p l e m e n t ，o nt h eb a s eo f a n a l y z i n ge c o n o m i ct h e o r y , a n a l y z e st h ef i xap r i c eo fs i n g l er e s o u r c e ，c o n s t r u c t st h e e c o n o m i cm o d e lb a s eo nd o s a g ec o u n t i n g ，c o n g e s t i o nc o u n t i n g ，f i xc o u n t i n g a n d a n a l y z e sa n dc o m p a r e s t h ee x i s t e dc o u n t i n gs y s t e mm o d e l i t i m p l e m e n t st h ec o u n t i n gs y s t e mo fb l u e w a v e n e t w o r k c o m m u n i t yb r o a d b a n d n e t w o r ko nt h ed e s i g no f c o u n t i n gs y s t e m i tp r o v i d e sap r o j e c to fc o u n t i n gs y s t e m b a s eo nu s e rd e m a n d i n ga n dp r o v i d e r sb e n e f i t s i th a sb e e nt e s t i f i e d ，t h i sc o u n t i n g s y s t e m h a s h i g h e rp e r f o r m i n ge f f i c i e n c ya n dh i g h e re c o n o m i cv a l u e k e y w o r d s ：b r o a d b a n d n e t w o r k ，a c c o u n t i n g ，u s e rd e m a n d 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文 中不包含他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所作的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 本人签名：耋堡! 望堑旦日期 ，亏一j i 3 0 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。( 保密的论 文在解密后遵守此规定) 本人签名：狂塑里同期 导师签名r 期 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 随着社区宽带网络技术在电信行业的迸一步广泛应用，宽带已经逐渐成 为构建下一代互联网的基础。尽管电信、联通、网通等传统运营商，就连长 城宽带、聚友网络、蓝波万维、光通及联信等数十家新兴运营商也在火规模 进军宽带接入和社区网络市场。尽管如此，宽带接入的普及率却仍十分低，” 热装冷用”现象极为严重。对于宽带的建设商来说，投资上百亿建设起来的网 络至少9 0 以上的网线和设备处于闲置状态。 出现这种尴尬的局面是出多种原因造成的，归纳起来，主要有以下几个 方面：首先，缺乏对当前我国信息化普及程度的了解，也没有对用户需求进 行全面的研究分析。其次，网络内容的匮乏也制约了宽带的发展，然而当前 宽带运营商面临的最紧要问题单一的”包月制”式收费方式也是最主要弊端之 一。”包月制”带来的问题为一部分网民对较贵的月租费望丽却步，丽另一些 已经申请了宽带的家庭用户和企业由于”可以随便用多久”，常常长时间地挂 在网上浪费资源，影响了其它用户的数据传输质量，造成”宽带不宽”的局面。 对一种可以根据用户需求提供多项增值服务并且支持多种计费方式的按需计 量型宽带运行模式需求迫切，这将有效解决当前宽带网运营所面临的低效能、 低效率、低收益的问题。总之，对宽带网络计费系统的研究有着十分重大的 研究价值和巨大的经济利益。 1 2 目前研究状况 宽带网络中用户计费方式可以说是市场用户细分的主要手段。用户对宽 带服务的要求和使用宽带服务的方式、特性，通过实现不同的计费方式、计 费模式来体现出来。 当前宽带运营商主要采用包月计费方式。包月方式的优点：简单易行， 实现成本低。为了适合各种用户群体上网需求，宽带运营商有时不得不降低 包月费用，出于计费方式、计费模式单一，无法满足不同用户需求。包月制 存在致命的弱点，无论消费多寡，支付同样的成本，不符合经济规律，对高 蓝波万维t i l l = 区宽带州络计赞系统的设汁o 实现 端用户贱卖，造成收入损失，对低端用户拒卖，人为限制收入增长。结果使 窄带用户的转换非常不力，在宽带铺到的社区，不少用户仍在使用拨号方式 上网。这使目前宽带上网无法对窄带上网形成全面替换。随着计时、计流量 等计费技术的发展，宽带运营商对用户计费方式实现多样化，将由单一的包 月制变为包月计费、时长计费和流量计费等多种模式并存，它们将对应于不 同的产品和服务、以及不同的客户群体。 1 3 论文研究的意义和所做的工作 本文的研究对象是宽带网络中的计费系统。利用对用户模型的分析及计 费理论的研究对运营商和用户有着很大的经济利益。 在课题研究中，首先研究了社区宽带网络的用户需求模型，然后对计费 理论进行了深入研究，研究对比了各种计费认证实现技术，并针对蓝波万维 宽带网提出了认证计费方案。 1 4 论文的结构 本文的结构安排如下； 第1 章绪论，简述了论文中的研究对象、研究目的和完成的工作等基本 情况： 第2 章背景介绍，筒述了蓝波力维公司的基本概况和主要业务。 第3 章社区宽带网络用户模型，对社区宽带的用户需求模型及计费原理 和对单一资源定价进行了研究。 第4 章计费系统总体结构设计，对蓝波力维宽带网络的计费系统进行了 需求分析，依据第三章的模型和理论，对各种实现技术进行了比较，做出了 总体系统设计。 第5 章计费系统实现，蓝波万维宽带网络业务认证计费实现方案实例。 第2 章背景介绍 第2 章背景介绍 2 1 蓝波万维公司背景 北京蓝波力| 维宽带网络有限责任公司( 以下简称蓝波力_ 维) 是由北京蓝波科 技发展公司和北京丰联广场大厦有限公司于2 0 0 0 年5 月共同投资成立的专业化 社区宽带网络建设、运营和服务的新型高科技企业。 蓝波力维是中国领先的地区性宽带网络运营服务商，主要采用以太网方式为 家庭用户和商业用户提供宽带网络接入服务。通过蓝波万维的服务，用户得以将 个人电脑和智能终端与高速宽带网络连通。用户可以自行选择适当的交费方式 ( 如固定月租或即时计费) ，快速访问i n t e r n e t 。蓝波网络与通用的拨号上网相 比速度快、稳定性高。同时，蓝波公司还为用户提供丰富的增值服务、快速的技 术保障以及宽带网络平台支持。 蓝波万维的市场目标以提供宽带社区网络的投资建设，运营服务和网络服务 与产品的推广为中心，致力于宽带社区网络的投资建设，树立公司品牌，成为中 国大陆最具影响力的宽带网络投资和运营服务商。 蓝波万维的理念是脚踏实地，精益求精，服务于心，追求无限。 该公司的运作模式为短期内快速扩充。占有最多的北京用户资源。构建面向 社区居民、技术先进、运行可靠、在中国重点城市覆盖率领先的蓝波宽带社区网 络；形成并完善蓝波网络社区建设和服务体系规范，推出基于宽带社区网络平台 上的服务产品( 软件、硬件、规范、管理与服务) ，产生持久的、不断增长的收 益回报。在全国范围内推广蓝波万维的宽带社区营运模式 2 2 蓝波网络结构 蓝波万维的运行网络分三级：城市骨干、社区骨干、社区接入网络。其城市 骨于通过多出口与中国电信、中国网通、中国铁通、中电飞华等国内知名电信运 营商连接，并逐步形成自治区域系统。 其城市骨干通过光纤连接，并通过无线广域i p 网络构成其备份系统。蓝波 4蓝波万维 i ：区宽带嘲络计赞系统的设计1 实现 匝 纛 避 霞 轻 褪 帮 捌 幽2 1 监波万维的城市骨干连接示意幽 第2 章背最介绍 万维在北京设有6 个区域中心节点。在社区内部，千兆光纤骨干连接多建筑， 然后通过以太l t p 与用户连接。 蓝波力维的城市骨干连接示意图2 - 1 所示。 2 3 主要业务 1 9 9 7 年初，蓝波已丌始规划建设网络社区，成为推行社区网络化概念的先行。 迄今，蓝波万维在北京已签约楼盘超过4 0 0 家，用户数量8 0 力- 户余，社区网络 覆盖率已超过5 0 。 蓝波力_ 维已经在社区内实现了包括v o d 、m p 3 下载、网上购物、网上炒股、 网t 教育，网上游戏等十几项服务内容，并不断的完善其服务体系。 蓝波万维的社区网络内连接到i n t e r n e t 的服务器拥有独立、公开的i p 地址。 社区宽带网络的用户无须拨号，就能够访问i n t e r n e t ，发布信息到i n t e r n e t ， 同时，更能享有蓝波宽带社区网络丰富精彩的内容服务。目前已经丌通的内容服 务项目介绍： 音乐欣赏音乐频道为用户提供大量的娱乐咨询，歌曲信息和相关的业 内资讯，同时献上最新的流行音乐，支持在线播放和下载。 网上保险网上保险频道利用国外成熟的电子商务技术与模式，结合中 国的实际情况，采用国际标准的s s l 加密传输技术及s e t 安全认证技术建立了 套完善的网上实时认证、实时核保、在线支付体系。目前已有中国太平洋保险公 司北京分公司、中国平安保险公司北京分公司、泰康人寿保险股份有限公司、中 国人寿保险公司北京营业部等多家保险机构加盟。 基础教育一基础教育频道开设从小学三年级至高中三年级的主要课程。 内容包括同步教室、疑难解答、中高考专栏、作文天地、专题辅导、多媒体教育、 网上教室等栏目，特别聘请重点学校特级教师为客户提供远程教学同步辅导，对 课堂内容进行全面细致的讲解、答疑。 影视点播一拥有丰富的视频资源，覆盖历史事件、中外人物、影视节目、 新闻记录等众多方面，通过宽带网络平台上v o d 点播的核心技术，为用户提供影 6蓝波万维j ：选宽带删络计赞系统的殴计，实现 丰富的影视节目。 网上购物一在众多电子商务合作伙伴和银行的配合下，建立了一。个以” 商品销售+ 物流配送+ 电子商务”为主体框架的全新的商品流通体系。 证券投资一和众多证券公司合作，提供一系列证券服务网上交易、实 时行情、股评资讯、分析推荐。 多媒体生活一一用多媒体的方式展现生活中的点点滴滴，例如旅游介绍、 生活艺术。 社区服务一一面向开发商、物业公司、用户，提供在社区内的各种贴身服 务，包括；用户求助、咨询服务，社区b b s ，公共信息服务等。 英语教学一一英语教学频道本着“寓教于乐”和“双语教学”的原则，以 外教教学和美国文化环境为依托，设计出适合中国人学习英语的众多栏目。这些 栏目中的教学资料，包括文字、声音，均来自美国专业人士的手笔和口语，使用 户能够超越时空豹限制，方便快捷的获取权威的学习资料。 2 4 蓝波万维特点与思路 在运营层面，蓝波万维具有如下特点： 注重规模效应 蓝波万维没有收用户初装费用，这j 下是因为蓝波已经产生规模效应，蓝 波力f 维注重长期效益，而并非短期行为。 蓝波万维通过降低政策风险获取政府支持 同前获得运营商、i c p 、c p n 资格认证，可以为社区网提供可靠、完善的 网络服务。 蓝波万维奉行“开放、合作”策硌 与包括华远集团在内的众多知名房地产商建立了合作关系。众所周知， “规模出效益”在宽带网络行业尤其重要。 塑! 主笪墨坌塑一一一- 二 通过各种内容伙伴来提高内容的质量和数量 通过服务外包的方式获取更专业的系统集成。蓝波万维将其网络集成交 付给工程伙伴、系统集成伙伴实施。 在技术层面， 蓝波万维鼙持其可靠性优先的技术策略 蓝波万维没有下属的设备生产商，在小区中投资的设备，全部是世界一 流的品牌，如c i s a o 、3 c o m 、l u c e n t 等。过硬的设备和完善的售后服务，为蓝波 在小区中长期的经营铺垫好一个过硬的基础。 坚持走i p 平台道路 作为新兴电信运营商，其所有的业务平台都基于i p 传输技术 以以太技术为基础作为接入手段 出于以太技术的实旌简单、易于管理，蓝波万维采用以太技术作为用户 接入的主要方式 疏波万维礼区宽带| 旬9 络计赞系统的设计1 ，实现 第3 章社区宽带用户模型 3 1 社区宽带用户需求模型 3 1 1 社区宽带用户需求模型 我们构造一种模型用于比较在两种定价策略下社区宽带运营商及其用户的 行为：一种定价策略为每月平均价，一种是基于使用量的收费策略。 假设一家运营商提供网络访问的单位价格为p ，计量的依据是连接时间或数 据流量( 单位是m b ) 。网络访问的平均用户需求函数是x = d ( p ) 。如图3 1 所 示，需求瞳线为一条递减曲线。在单位价格为p 时，用户的消费不会超过d ( p ) ， 因为任何超过d ( p ) 的消费带来的收益都少于成本p 。用户的消费量也不会小于 d ( p ) ，因为消费少于d ( p ) 时，增加一个单位的消费带来的收益将大于p 。这就 是该需求曲线的含义( 如果按连接时脚计费，用户必须再向电话公司支付每分钟 连接费f ，需求睦线则是d ( r + p ) ) 。 第3 章社区宽带用户模型 d(p)d(o) 幽3 - 1 单位价格为p 时。平均川户消费鹫为d ( p ) ：使用较少的用户消费 a d ( p ) ，口 1 如果网络访问的单位价格是p ，用户的需求将是d ( p ) 。用户消费d ( p ) 得到 的收益减去成本p d ( p ) ，等于需求曲线下方和水平线p 上方之间的三角形的面 积。这个三角形的面积被称为消费者剩余( 如果运营商提供网络访问服务的单位 成本为p ，则消费者的成本p d ( p ) 等于运营商的成本，此时的消费者剩余等于社 会福利所得) 。 不同的用户有不同的需求曲线d ，。举个简单的例子，假设需求因规模因素 而异，则i 的需求为b ( p ) = 口，p ) 。对于用量大的用户，口， l ；用量小的用户， 口 1 ) 比用量小 的用户更不经济。同时，对价格越敏感的用户，d ( p ) d ( o ) 就会越大，也就会 蓝激万维祉区宽带州络汁赞系统的醴计i 实现 不经济。 为了揭示第二种影响，假设运营商每月用固定费用s 来收回成本。在均价收 费的情况下，平均需求曲线是d ( o ) ，p 是单位成本 如果 s = p d ( o ) 这就是图3 - 2 中的矩形的面积。因此，i 的费用现在是s ，原来是p a ，d ( p ) 。 d 1 ，平均消费者在均价 收费的状况下都会多付费。如果小部分消费者是用量大的用户( 口大) ，那大 部分消费者都会多付费以补贴大用量的用户。 第四个影响是有关质量的。假设需求同时也是访问质量g 的一个函数。如图 3 2 所示，i 的需求函数是x = 口，d ( q ，p ) 。我们设定质量只与速度有关，即速度 越高，就会有越多的用户访问i n t e m e t 。 服务的质量取决于运营商的物理装备c 、用户量以及平均需求x 。模型是： q = q ( c ，h ，x ) q 与c 成正相关关系，随”，x 成负相关关系。在以用量为基础的定价策略 中，质量水平吼的函数是： q 。= q ( c ， ，d ( q 。，p ) ) 如果运营商不增加c ，”也要保持平稳，则改为均价收费后的质量函数是： 吼= q ( c ，疗，d ( q f , o ” 第3 章 = l = 区宽带用户模型 价s 2 d ( q ，0 ) d ( q 2 ，o ) 圈3 - 2 考虑了质繁冈素p 的需求曲线。逛营商提供不同价侮的服务。 苗小的心户不会订购较高质鬣的服务级 因为d ( q ，p ) 随g 成正相关关系，因此吼 q 。 因此均价收费会导致运营商的质量下降，除非运营商增加对物理设备的投 资。由于运营商之间都在争夺用户，均价最终会趋于统一。这样使他们不愿通过 提高服务质量来吸引消费者。也就是说，如果他们相对其他运营商在设备上增加 投入，提高服务质量，吸引来的消费者又会把服务质量降到原来的水平上。因此， 均价收费策略下，即使用户愿意承担相应的费用，运营商也不愿意提高服务质量。 一种可供运营商选择的方案是提供不同价位的服务。如图3 2 所示，运营商 提供两种( 或更多) 质量级别q 和q ：，相应的价位为s ，和s ：，用户可以只订购 其中一种质量的服务。如果用户i 选择质量吼，他将消费a ，d ( q ，0 ) ，如果用户选 菔波万维 i ：区宽带| 旬9 络计费系统的设计实现 择质量q ：，他将消费口，d ( q ：，o ) 。如果运营商提供质量g ，的单位成本是只，均价 由图3 - 2 所是的矩形面积s ，= p ，d ( q ，0 ) 得出。 如果用户琐择质量q ，其收益是小三角形面积的口倍，成本是小矩形面积 s i 。其消费者剩余是两个面积之差。如果选择质量q ：，剩余是大三角形面积的口， 倍与大矩形面积s ：之差。只有用量最大的用户才会选择质量为q ：的服务。而在 以用量为基础的定价策略中，消费者对两种质量的服务都消费。因此，质量级别 的引入可减少使用高速访问服务的用户。反过来，这将限制宽带网的使用，阻碍 高速通信市场的发展。 在现实情况中，这四种影响究竟有多大还很难说。消费者需求变化越多，用 两大的用户之间的交叉补贴就会越多。价格敏感度越高，不经济的现象 d ( q ，p ) 一d ( q ，0 ) 就会越严重，质量也会下降的越多。如果所有因素的影响部很大， 运营商为维护客户群就会付出更大的代价，也就越发依赖区位地租提高收入。 3 1 2 经验证据 实践证明上述影响确实很大。我们先来看看两家运营商的经历，再看看一些 具体的数据。 2 0 0 0 年9 月，运营商a 将定价策略从以用量为基础的定价( 每月9 9 5 人民 币，包括5 小时连网时间。超过小时的每小时加价2 9 5 人民币) 转变为均价收 费策略( 每月1 9 9 5 人民币，后来增加到2 1 9 5 人民币) 。改变后的结果是，2 0 0 2 年，平均每月用户在网络上花的时间由6 4 小时增加到2 2 1 小时，公司每单位连 接时问的收入降低，a 运营的利润也降低了。 运营商b 通过a d s l 提供网络接入服务，采用的是均价收费策略。相对较 宽的带宽( 下行速率：1 0 m b p s ，上行速率：1 5 3 0 m b p s ) 由5 0 0 个消费者共享。 这种共享方式提供的服务常常受大用量用户的影响，使整个通信状况不太理想。 如果公司宣称很难维持广告中承诺的高速，那是不足为怪的。一份行业时事通信 报告说b 公司1 的用户的通信量占了总额的9 0 。为了减轻大量用户带来的通 第3 章= i _ | = 区宽带用户模型 信质量方面的减弱，公司规定视频流的连接时间每次不能超过1 0 分钟。a 公司 和b 公司都希望通过其他收入弥补在这方面的亏损。 这两个例子说明运营商的均价定价策略可能是在不f 确分析的基础上制定 的。一方面，收取的均价可能偏低，因为公司在这种收费情况下，公司处于亏损 状态。同时，市场竞争也是的价格订得偏低。因此，要维持这种价格策略就要求 公司其他收入必须充足( 如广告、零售业务等) 。这些收入要求运营商拥有大量 的用户。但反过来，也给均价策略施加了压力。另一方面，如果采用基于用量的 收费方式，分析显示大部分用户缴纳的费用都将少于看起来已很低的均价，而大 用景用户将减少需求，运营商则能收回成本。 正如理论模型中所预料的那样，运营商现在已开始提供不同访问速度的服 务，并相应收取不同的费用。高额的收费减少了用户度高速服务的需求。但对基 于用量的价格策略来说，则恰恰相反，只要运营商提供不同质量的服务，越来越 多的用户宁愿选择较高质量的服务，这将促进需要高速通信支持的应用程序的丌 发。 需求的多样性 不同用户有不同需求是显而易见的。更值得注意的是，在多次试验中，发现 了相当稳定的7 0 2 0 定律，即用量最大的2 0 的用户的通信量占整个通信总量的 7 0 。 我们来看两个试验。1 9 9 8 年9 月，在某校园主干网上，进行了为期4 天的 网络通信跟踪。当时大约2 20 0 0 台主机连入了该校园网，其中，31 7 2 台主机可 在广域网( w a n ) 上直接访问到。表3 1 显示了校园内十个子域在跟踪器内每台 主机的平均使用情况。统计数据显示了子域的使用存在重大区别。而每个子域内 主机的使用就存在更大的差别。比如，拥有3 6 5 台主机的s i g g 系子域的平均 t c p 用量是2 3 m b ，标准差为1 7 m b 。事实上，用量最大的2 5 的用户的通信量 超过总通信量的8 0 。 4蓝波万维礼区宽带州络计费系统的改计。实现 表3 - 1 十人子域中土机的平均使h j 簧。表中包括服务! l 个校吲的主机。 这些士机人多是在c c ( 中心校同) 和h i p ( 家庭i p ) 两个子域中 i n d 是一项开始于1 9 9 8 年4 月的市场试验。消费者可选择不同质量、对应 不同价位的服务。图3 3 的左侧显示了免费提供服务的一周内，积累的下行与上 行的通信量。右边的曲线是服务收费时的用量。数据再次显示用量最大的2 5 的用户的通信量占总量的7 5 。数据还显示不管服务是免费( 如同均价策略) ， 还是基于用量收费，大用量的用户数量都相同。当然，在基于用量收费的情况下， 通信量有所下降：收费周内用户平均每兆流量付7 分，总通信量为4 0 m b ；免费 周的总通信量为6 0 m b 。 因此，在基于用量的收费策略下，大约7 0 的用户的之处都少于均价，且由 于低值消费的消除，通信量明显减少。 用 02 557 5i 删户 免费时的通信姑变化，3 9 人 02 557 51 刚户 收费时的通信督变化，3 6 人 第3 章社区宽带用户模型 幽3 - 3幽左右分别显示了一周内免费雨根据州封收费的通信苗累积分布情况 2 价格敏感度 在i n d 的一项实验中，消费者可既时选择访问速度( 1 6 ，3 2 ，6 4 ，9 6 或 1 2 8 k b p s ) 连接时间以分钟为计价单位a 对于以第k 种速度连接一定时间的需求扎是所 有速度对应的价格的函数 x = q ( p m ，p 9 6 ，人，p 1 6 ) 对于实验性研究，必须选择一种特定的函数形式。以下的需求模型是通过估 算得到的： l o g x = 如+ 口；l o g p kj 1 6 ，3 2 ，6 4 ，9 6 ，1 2 8 ) ( 3 1 ) 也是这一周内速度为j ，每分钟价格为p 。时，消费者购买的速度为k k b p s 的连接时间( 单位是分钟) 。在这个模型中，系数a ：是自有价格弹性系数，即口： 适当速度对应的价格仇变化l 时，需求坼变化的百分比。系数口f 是交叉价 格弹性系数，即a f 是当速度，对应的价格n 变化l 时，需求坼变化的百分比。 因为如果速度七对应的价格增加，对它的需求应减少，因此估计口： 0 。 根据估算所得的需求等式是： x 1 2 82 4 1 1 6 5 p 1 2 8 + 0 4 4 p 9 6 + o 5 5 圪4 o 1 2 p 3 2 + 0 0 0 8 6 x 9 6 = 2 6 + 1 2 3 e , 2 9 一3 3 4 只* + 1 1 7 只* + 0 2 3 6 2 + o o o 鼻6 工j 4 2 2 7 + 0 0 8 只2 8 + o ，8 4 只一1 7 1 p “+ 0 4 7 6 2 + o s s 9 6 ( 3 2 ) x 3 2 2 2 3 3 + o 4 8 只2 8 一o 5 8 e 9 6 + o 8 8 气- 1 1 0 8 2 + o 0 8 鼻6 1 6蓝激万维 l ：区宽带嘲络汁费系统的设计。i 实现 x 1 6 = 0 5 2 + 0 4 2 p 1 2 8 0 2 6 只* + 0 1 8 鼻* + 0 9 7 p ，2 1 2 9 8 6 其中，x 。= l o g x 。，只= l o g 只。式( 3 2 ) 估算所得的系数的t 一静态值( 估 计值标准差) 大于3 的用黑体表示。经过观察，发现某种速度的需求对这一速 度对应的价格和低于它的下一个速度的价格最敏感。自有价格的弹性系数值在一1 与3 之间，交叉价格的弹性系数大约等于l 。较高的自由价格弹性系数说明按连 接时阳j 计算用量时，均价收费策略是不经济的。 第二，较高的交叉价格弹性系数说明如果提供给用户不同的服务质量，用户 的需求会大于只提供单一服务质量时的需求。在i n d 的试验数据中，这方面的 直接证据还来自一下这一事实：除免费的8 k b p s 的速度外，每周平均每个用户会 从5 种可选的不同价位的速度种选取3 5 种。由于消费者确实很看重多种服务质 量，因此，在现阶段运营商只提供分级的服务质量时，服务提供者和消费者都会 蒙受一定的损失。 3 2 网络计费：理论与实现 本节介绍网络计费原理。 一个术语词：我们将交叉使用费用和价钱这两个词，尽管在应用上有一定区 别，价钱通常与服务反问有关，如果你购买了n 个单位的服务，你要付n 倍的价 钱，费用是价钱的更一般的表现形式。例如，费用可以由固定的部分加上单位价 钱组成，从数学意义上讲，我们可以将费用理解成非线性的价钱，将价钱理解成 线性的费用。 3 2 1 一个资源模型 第3 章社逸宽带用户模型 川户 仑 l 社区宽带接入 端口( n l 互连网山口 i a b p s b b p s ) lil i (电路) i( 总共j 幽3 - 4 运营商提供的服务质量取决丁链路速度、调制解调器池的阻塞概率 图3 - 4 所示的是一个关于运营商向家庭提供网访问服务所需资源的模型。运 营商所需的资源主要有四种。 用户调制解调器通过社区宽带接入与运营商的调制解调器连接。用户调制解 调的比特率a b p s 和运营商提供的访问点数是这一资源的两大特征。图中显示n 个主机共享m 个接入端口。第三种资源是通过网络访问点将运营商与主干网连 接的、比特率为b b p s 的互连网出口。第四种资源是主干网本身，入图3 - 4 中云 状图所示。 这些资源及其组织方式决定了用户获得的服务质量。比特率a 限制了用户 在专用链路上的最高速率。拨号式的调制解调器在模拟回路上的速度为2 8 k b p s 或5 6 k b p s 。数字用户线路( d s l ) 允许达到的是高速度为1 5 m b p s 。由于是n 个用户共用m 个访问端口，用户可能遇到阻塞。遭遇拥塞的可能性决定于n 、 m 及每个用户的连接时间( 运营商通常采用的集中率( n m ) 是1 0 或者更大一 些。连接时间决定于采用的是均价收费策略还是基于连接时问的收费策略。在均 价收费策略下，平均连接时间为5 0 分钟) 。 在使用a d s l 连网时，用户通过一个公用的链路接入。链路体统的摄高上行 速度为3 m b p s ，下行速度为1 0 m b p s 。由于链路由5 0 0 个用户共用，因此可能存 蓝波万维卒f = 区宽带l 州络计费系统的设计j 实现 在捌塞。 用户共享最高速度为b 的分组交换链路，服务质量取决于此链路的拥塞程 度。此外，服务质量还与网络其他部分的状态有关，见图3 - 4 中云状图所示。 总之，与运营商相关的资源包括用户专用资源，易遭阻塞的电路交换共享资 源，可能捌塞的分组交换链路本身可能搠塞的主干网。 3 2 3 经济原理 用户因享用了网络访问服务而需付费。理想状况下，收费应能收回资源的成 本。当一种资源为了某个特定用户专用时，很显然，收费应等于成本。当资源被 共享时，收费也可用来限制访问量以控制搠塞程度。要估计适当的拥塞费用是十 分困难的。 尽管费用的名目很多，但必须要区分四种费用：接入费、使用费、拥塞费及 服务质量费。 接入费是每月交付的连网费用。连网可能被限制在每天的某一时段，后者不 受限制。这项费用既与用户的连接次数无关，也与数据流量无关，也就是说，它 与网络用户具体的使用量无关。理想的状况是用户的接入费恰好等于每个用户入 网的成本。这样，由电话公司收取的月租要补偿连接用户到中心局的本地环线的 成本。相似地，每新增一个用户，运营商就会增加一固定成本，包括硬件( 调制 解调器，主机内存等) 成本、软件成本及管理费用( 建立和管理用户帐户的成本) ， 这些费用也应从接入费中收回。 从需求方来看，用户只希望接入的意愿超过接入费用时，力愿意订购网络服 务，因此网络接入费的交付，意味着用户捌有了使用网络的权利，而无论是否真 正使用它，用户都可以保留选择的权利。 对于图3 - 4 所示的资源模型，接入费须能保证收回用户环线、运营商的设备 及主干网的固定成本。 使用费则决定于使用量，既决定于用户的每次连接、呼叫或通信量。( 我们 将交替使用术语连接和呼叫来指t c p 连接) 使用费的计算有多种方式。它可以 是连接时间、流量或端到端的距离的函数。例如，电话收费就依据通话时问和通 第3 章社区宽带用户模型 话双方的距离收取。使用费应等于成本与利润之和。大多数网络资源( 如传输链 路、缓冲区、路由器或交换机、操作系统及维护等) 的使用随着用户或连接的增 加而增多，因此，用户应付出相应的费用。理想情况下，使用费等于新增。个连 接或呼叫需要增加的资源的成本。 对于i n t e r a c t 访问的情况，按照连接收取的使用费分两部分组成，一部分是 根据带宽和相应的连接时问收取的费用，部分是与通信量成比例的费用。 拥塞费依据用户连接时，网络传送的通信量或负载收取。拥塞费将反映网络 的状念：如果费用高，说明网络捌塞：如果未收取拥塞费，则说明了网络不存在 拥塞。搁塞费的基本原理是当网络发生拥塞时，服务质量下降很快。在运用了统 计多路复用的任何网络，如i n t e m e t 中，由于缓冲区溢出，捌塞将加重队列延迟 或分组丢失。 为了防止j j 塞及其带来的质量下降，必须限制连接的数量。限制的方法很多， 但明智的做法是允许网络用户认为有价值的连接、限制用户认为价值较低的连接 至拥塞费用较低或等于零的事端。这种情况下，拥塞费可以来阻止低价值的连接。 拥塞费的高低应该定在刚好能阻止网络拥塞的水平：如果太低，就起不到防止搠 塞的作用：如果太高，就会将呼叫数目减少到网络能承受的能力之下。 有时，通信状况在一天内有规律地变化，j j 塞一般都在每天的高峰时段发生。 在这种情况下， 辩i 塞费可大致根据“使用时间”收取：在高峰使用时，费用就较 高。 i n t e m e t 的搠塞有两种不同的时问尺度。可预测的搠塞将根据使用时间收费。 不可预测的拥塞；即捌塞不能事先计算的拥塞。在这种情况下，费用可在分组传 送后推算得出：穿过每个分组的队列计算出一个费用，它与这个分组给其他分组 带来的累积延迟成比例。如果制定了这种计费策略，用户就须为其在队列中分组 位于其他分组前面而付费。 使用费反映了用户占用的网络资源的成本。搠塞费是为了提供更有价值的连 接而避免无意义的连接。拥塞费反映了整个网络的需求，它与网络成本没有直接 的联系。当然，高额的拥塞费意味着需求量大，这时增加对网络设旖的投资会有 蓝波万绦礼区宽带峭络计赞系统的设汁j 实现 盈利的机会。 最后，网络可以提供不同的服务质量，部分用户会要求占用比别人更多的网 络资源。质量费就反映了在资源使用上的差异。现有的数字网络都是典型地只提 供一种服务质量的，因此，质量费是不常见的。但是，随着要求保证服务质量的 高带宽的应用软件的发展，服务就会因质量而异，收取质量费也就再j 下常不过了。 总之，经济理论决定了网络用户的帐单由四部分构成：为网络的固定成本而 收取的固定费用、与所用资源相关的使用费、限制低价值连接的拥塞费、为取得 高质量服务而使用附加资源的质量费。但是，实际应用与理论上的设想还是有一 定出入的。 3 3 对单一资源的定价 位于计费域、大型组织和i n t e r n e t 主干网之间的链路是一项巨大的投资。随 着链路能力的增强，成本也必然上升，但对用户的服务质量也会有所提高。因此有 必要平衡一下服务收益与成本。 早期试验中某校园广域网通信情况的跟踪记录中，采用s m t p 、f t p 、w w w 协议传输的字节数分别占总量的11 、2 2 、4 7 。如果将电子邮件和公告牌通 信量的3 3 分部到跟踪期内的2 4 小时，高于平均速度进行的通信量将减少3 0 。 假定该校园与广域网之间的链路容量一定。怎样才能使用户利益最大化? 数 据显示如果分区对延迟不敏感的通信( 如电子邮件、公告牌等服务) 和对延迟敏感 的服务( 剩下的服务) 将有两种方式降低峰值容量并容许进行更大的通信量，第一 种方法是将对延迟不敏感的通信量延迟几个小时至一天中用量较少的时段进行， 这样，峰值将降低2 0 。第二种方法是将对延迟敏感的通信量缓冲很短时间f 以秒 计) ，这样可使峰值降低4 0 ； 这两种通信量类型随时间的转变都可出管理程序或管理使用时间和捌塞费 的系统实现。 管理程序将通信划分为几类，将对延迟不敏感的通信延迟几个小时至一天中 流量较少的时段进行。剩下的对延迟敏感的通信量只会被缓存很短时间f 以秒 第3 章 i ：区宽带用户模型 计) 。这种方法简单易行，但有两个缺点：一是在这种情况下，任何通信量属于对延 迟不敏感的通信量，是由管理程序决定的。所做出的选择通常很机械，也很草率。 比如，虽然电子邮件一般情况下对延迟不敏感，但有些电子邮件却很紧急但管理 程序无从知晓这些情况。二是管理程序必须随着新应用程序的发展，将它们纳入 其中并进行适当的分类。这种分类上的扩展是随机的，因为目前还没有种精确 的方式预测哪些新的应用将投入应使用。 一种更好的方式是让用户决定是否在时间上改变通信量。理想状况下，用户 是大公无私，他们愿意将对延迟不敏感的通信量延迟至一天中需求较少的时段进 行。 但这种用户的利他主义是不可靠的。一种更可靠的机制是通过定价系统实 现。如果晚间收费较低甚至免费。他们就会把对延迟不敏感的通信量转移到这一 时段对于延迟敏感的通信量，可收取一定的拥塞费以降低高峰期的需求。 3 3 1 基于用量的计费 下面构造一个经济模型，将讨论集中在基于用量的计费上。模型主要有3 个 参数：用户对服务的需求、网络容量即网络能提供的服务量、通过价格调节的供 求关系。 只考虑一种服务( 如尽力而为的服务) ，这种服务在一天不同时间会有差异。 将一天分为几段，用t = l ，t 表示。为了表示简单。只考虑两段时间：t = l 是 “高峰”期，t = 2 不是“高峰”期。可能的用户数为i = l ，i 表示。 如果用户丌始一次连接，如发电子邮件或浏览w w w 站点，用户必须选择通