網絡合成服務中的供應商競爭定價模型

陳思靜，劉 崢，3，徐 琪

(1. 上海工程技術大學 管理學院，上海 201620；2. 東華大學 旭日工商管理學院，上海 200051；3. 上海交通大學 安泰經濟與管理學院，上海 200030)

在網絡服務市場領域，原子服務(即不能分得更小的服務)已不能滿足消費者越來越多樣化的網絡服務需求，因而出現了基于組件的網絡合成服務。網絡合成服務能夠將電子市場中的原子服務按照一定的規則合成新的服務，從而提供新功能的服務，其作為實現電子市場功能性需求的強有力途徑，引起了廣泛的關注[1]。網絡服務技術建立在SOA(service-oriented architecture)架構和用于定向服務計算的解決方案基礎上，其有3個參與者：服務提供商、服務注冊中心和服務消費者。服務提供商以標準模式開發并發布網絡服務。服務注冊中心涵蓋包括服務提供者地址、服務技術等在內的信息。服務消費者使用注冊中心提供的信息，發現、組合并調用網絡服務。

為了滿足更復雜的功能性需求，網絡軟件設計者可以靈活地將不同服務組合為合成服務。這一組合基于單組件服務提供的功能，并以價值加成的方式將之改造成高等級的合成服務[2]，這一過程被稱作網絡服務組合。通過實施網絡服務組合，網絡軟件設計者可以建立可執行的商業過程，包括商業邏輯和任務執行順序[3]。網絡合成服務定價研究具有重要的意義，其關乎網絡服務的普及和服務提供商的經濟收益。在當前電子服務市場中，網絡合成服務的研究能夠指導服務提供商，針對其提供的復雜的網絡合成服務進行持續有效定價，從而獲得最大化收益。然而，目前的相關研究主要集中在對原子服務的供應商定價問題策略指導和對合成服務進行科學有效定價的可行性驗證等方面。文獻[4]針對網絡服務市場的破壞性創新研究指出，網絡服務市場中的原子服務和合成服務的定價會影響該市場的服務創新和市場秩序。文獻[5]認為，網絡服務供應商應該考慮網絡外部環境的特性，對其原子服務進行科學有效定價。文獻[6]在對移動網絡數據定價和調度資源進行研究時指出，網絡中一些合成服務的存在會影響網路的整體定價和穩定等。但是當前的研究并沒有提出指導網絡服務提供商針對合成服務進行科學有效定價的模型和策略。本文基于網絡服務的經濟特性，研究網絡服務提供商對合成服務的定價模型，從而指導網絡服務提供者合理地定價和優化網絡合成服務。然而，網絡合成服務的定價作為一種經濟行為，準確構建其模型存在諸多挑戰甚至可能難以實現。

網絡服務定價關乎著網絡服務的普及和提供商的經濟收益，因而這方面的研究在商業界和學術界獲得了廣泛關注。根據這些研究可知，影響網絡服務定價的因素有服務質量、服務成本、交易量以及競爭。其中，服務質量在影響消費者選擇的因素中經常占據更重要、更優先的位置；服務成本表示與提供的服務相關的成本；交易量包括提供者和請求者交易的次數、交易的機構基礎設施等；競爭能夠驅動服務提供者為提高利潤而做出最佳的反應[7]。

對于網絡服務定價問題，前人有相關的研究基礎。例如，文獻[8]提出網絡服務定價結構，在該結構中，合成服務中的網絡服務能夠適當地交流，并且提出了在零效果、零報酬系統中遞增計算價格的定價機制。文獻[9]通過做網絡試驗，研究了在服務組合市場中的定價問題，挖掘可能影響定價模型的因素。文獻[10]提出了不同種類的定價模型，即固定費用模型、動態費用模型和混合費用模型。(1)固定費用模型即服務消費者需要支付給服務提供者固定的費用，從而獲得某種服務。(2)動態費用模型即消費者支付的費用依賴于其實際使用的服務。(3)混合費用模型即被認為是固定費用模型和動態費用模型的結合，能夠給服務消費者提供更多的靈活性。

本文采用固定費用定價模型，即服務提供者必須在交易之前設定固定服務費用，交易之后，服務消費者可以在固定時間內或者永久調用服務。

本文將供應鏈管理中的定價模型應用于網絡合成服務定價。在供應鏈管理中，每一個參與者(制造商、中間商、零售商)都需要制定將產品傳送給其繼任者的合理價格[11]。供應鏈的產品提供商為了最大化市場收益份額，總是存在價格競爭，而該競爭同樣存在于網絡服務市場。因而，可將供應鏈管理中的相關定價模型應用于網絡服務市場。同時，本文提出的網絡合成服務定價模型，可以為服務提供商的決策提供支持。

1 網絡合成服務定價

1.1 問題背景

圖1的例子被用來說明網絡合成服務定價的特點[12]。

圖1 網絡合成服務實例Fig.1 Sample of network synthesis service

有3個任務(A，B和C)需要建立網絡軟件并提供汽車保險服務。A和B有著相同的工作流，即通過Car Search，Car Selection和Insurance Offer提供汽車保險服務；C通過People Search和Insurance Offer提供汽車保險。其中：A、B、C表示不同的任務；1， 2， …， 6分別表示網絡中不同的組件服務。由于1、 2、 4是單獨的服務，因而其屬于該網絡中的原子服務。在該網絡合成服務中，原子服務1、 2、 4通過組合，形成了網絡中的組件服務3、 5、 6。而原子服務和組件服務之間的相互組合，形成了網絡中的組合服務。如1-3-5(從1到3再到5的整個服務組合)是一個組合服務。一個組合服務構成了網絡合成服務中的獨立任務。如任務A是由組合服務1-3-5構成；任務B是由組合服務2-3-6構成；任務C是由組合服務4-6構成。

A，B和C通過組合在工作流中提供組件服務并分別獨立構建網絡合成服務，如：1-3-5構成A。由于組件服務3和6由不同的網絡合成服務構建，因而一個網絡合成服務結構可以通過結合A、B、C合成服務構成。網絡合成服務可以被看作是多任務、多合成服務和多組件服務的結合。

從軟件功能選擇者的角度，他們可能并不關注網絡合成服務的具體結構，更多的是關注選擇的結果。對于服務提供商，當他們在注冊中心中發布和更新服務時，需要給出相應的交易價格。在網絡合成服務的供應鏈中，對服務的定價受以下2種情況約束：(1)定價過高導致服務消費者選擇競爭對手；(2)定價過低盡管能帶來高需求，但產生的利潤很少。

1.2 假設

1.2.1 價格和服務透明性

價格和服務透明性是指市場參與者知曉商品和服務的普遍性價格和特征的程度[13]。事實上，在電子市場中，SOA架構和Web 2.0的發展促使服務提供商在特定領域提供產品和交易信息，因而領域內的相關價格和服務信息均被透明[14]。價格和服務透明性有2種方式使電子市場受益：(1)巨大的市場透明性可以加重服務提供商之間的價格競爭[15]；(2)價格競爭將促使服務提供商提高服務質量。

隨著電子市場存在的服務越來越多，服務提供商之間對于服務的價格和質量競爭越來越激烈，電子市場逐漸變成買方市場。相關研究指出，為了吸引更多的買家，在存在價格和服務透明性的前提下，成功的電子市場必須為服務提供商提供相應的補償[16]。

1.2.2 利潤和需求

為評價定價策略，服務提供商需要了解或評價獲得的利潤以及服務消費者對他們的決策做出的反應。與其他固定成本相比，操作成本對于利潤的影響可以忽略不計[17]。另外，被普遍使用的經濟假設如下：

(1) 合成服務的價格越高，該合成服務的需求量越少；

(2) 實現一個特定任務的代價越高，本市場越小[18]；

(3) 網絡服務市場存在服務需求變動。

為了直觀地表達上述假設，本文用數學公式構建上面的假設。為了簡化符號，i為任務的下標，j為網絡合成服務下標，k為組件服務下標。對于第一個假設，假設第i個任務，其市場大小為Mi，有n個可用的合成服務共享市場Mi，用Gij代表第j個合成服務。對于Gij來說，其市場中份額為

(1)

式中：Pij為Gij的全部價格。由式(1)可得，價格越高，其市場占有份額越小。實現一個特定任務的平均價格(在下文中被定義為效用價格)為

(2)

根據假設(2)和(3)，第i個任務的市場需求量可以在時間跨度[t1，t2]范圍確定，具體為

(3)

(4)

結合式(3)和(4)，市場大小可以表示為

(5)

(6)

1.3 模型的目標

本文構建模型的目標是平衡服務提供商的效率和公平。為量化計算和簡化說明，網絡合成服務定價模型有如下所述目標準則。

1.3.1帕累托最優與均衡

為了平衡網絡合成服務中的效率和公平，有兩種解決方案可供選擇：帕累托最優和納什均衡。考慮到網絡合成服務結構的技術和經濟過程，本文選擇帕累托最優方法平衡網絡中的效率和公平，具體原因為：(1)對于大型網絡，由于無法滿足伸縮性，理論上無法保證最優定價[19]；(2)在網絡服務市場，一些不合理的行為(如服務提供商提供免費服務[20])可能發生。

1.3.2 網絡定價中的多目標與雙目標

令Sk表示從網絡合成服務中第k個服務提供商獲得的利潤。為了獲得帕累托解，構建網絡目標為

max(s1，s2， …，sn)

(7)

雖然式(7)可以保證網絡中的公平和效率。但當網絡中服務提供商數量超過4時，該多目標存在如下問題[21]：

(1) 當目標數量增加時，幾乎所有的解決方案都不占優，這嚴重影響算法的收斂；

(2) 當目標數量很多時，接近帕累托前沿的解呈指數型增長。

現實中的網絡合成服務結構，服務提供商的數量通常超過4個。為了克服采用帕累托最優方法解決問題的困難，本文將多目標轉化為雙目標。對于第k個服務提供商，雙目標表達為

(8)

式(8)表示每個服務提供商在優化自己利潤的同時，需考慮網絡整體的收益。

1.4 問題建模

本文問題的模型由6個部分組成：組件服務、任務、合成服務網絡結構、任務圖、合成服務和目標。

任務。網絡中有r個任務{T1，T2， …，Tr}，完成每個任務需要組合多個組件服務。每個任務在[t1，t2]區間內的市場大小可以通過式(5)獲得。本文用Gi=(Vi，Ei)表示完成任務Ti的圖模型，其中，Vi?V；Ei，表示完成任務Ti的邊集。

合成服務網絡結構。合成服務網絡結構可由[t1，t2]時間內的所有任務的圖模型構成，可表示為G=(V，E)。

合成服務。每個任務可由多個合成服務組成。對于任務Ti，第j個可行解決方案可被表示成：Gij= (Vij，Eij)，其中，Vij?Vi代表組件服務集合；Eij?Ei表示服務執行序列。每一個Gij的價格Pij是包含在組件服務集合內的全部組件的價格。每一個Gij占有的市場大小Dij可由式(1)獲得。

目標。由于操作成本可以忽略不計，每個組件服務k的全部收益可表示為

(9)

對于每個服務提供者k，其目標可由式(8)獲得。

1.5 復雜度分析

網絡合成服務定價問題的復雜度，可以通過證明式(10)單目標問題的復雜度得到。

(10)

證明對于合成服務網絡定價模型，構造子集合求和問題為

(11)

(12)

因為

(13)

由式(13)減式(12)可得到

(14)

結合式(2)，則效用價格為

(15)

通常情況下，多目標優化問題比單目標優化問題更加復雜[23]。因此，通過上述計算可以證明本文的網絡合成服務定價問題至少是NP完全問題。

2 仿真試驗

為了進一步量化并對比本文提出的網絡合成服務定價模型給網絡經濟中的服務提供商帶來優化決策的建議，本文設計了相應的仿真試驗。

2.1 試驗設計

仿真試驗主要是用來仿真本文提出的模型并驗證其優越性。本文將供應鏈管理中的相關理論知識應用于網絡合成服務，能定量化地輔助網絡服務提供商進行相關網絡服務的定價。為了優化對比試驗的仿真結果，本文假設市場上共提供15種不同的網絡合成服務，共同組成市場上10種不同的客戶任務，其相應的任務市場需求大小由仿真試驗隨機產生。最終對比驗證本文的假設和提出來的模型的優越性，以及輔助網絡合成服務提供商對相應的任務制定合理的價格，從而能夠平衡網絡服務市場的效率和公平。

2.2 試驗數據

為了定量化地驗證本文提出的模型在指導服務提供商定價上的優越性，隨機產生如下的客戶任務需求量。市場上分布的10種不同客戶的任務量大小如表1所示。

表1 市場上10個任務的需求量Table 1 Demand of ten-market tasks 個

為簡化試驗計算過程，仿真試驗假設市場上有15個合成服務共享市場M。為了量化地驗證試驗結果，隨機產生的服務商定價表如表2所示。

表2 客戶定價表Table 2 Table of customer price 元

從表2中可以詳細獲得各個供應商對應的不同服務的定價。對于同一個服務，不同供應商的定價基本不同，這可能跟供應商提供服務的質量和成本等因素有關。對于同一個供應商，其對不同服務的定價也基本不同，這可能跟不同服務本身存在的不同特點有關。因而可以得到，供應商會根據提供服務的不同和提供服務的成本等因素，進行差異化定價。

2.3 結果分析

通過式(1)的計算可得到客戶市場份額分布如表3所示。

表3 客戶市場份額分布Table 3 Marketshare distribution of customers

從表3可以看出，不同供應商對不同服務的占有量往往不同。結合表2和3相對應的內容，可以挖掘供應商對不同服務的定價和市場占有量之間的關系，如圖2所示。

圖2以表2和3的前6個網絡服務作為例子，分析供應商對不同服務的定價和所對應的市場占有量之間的關系。從圖2中的曲線變化關系可以看出，一般情況下，供應商對某一服務的定價提高，其所對應服務的市場占有率往往會降低。但是仍然存在一些特殊情況，從圖2中的線條ABC、DE等可以看出，對于某些特定的服務，即使在一定程度范圍內提高定價，其市場占有率仍然不變或者會升高。對于網絡服務提供商而言，明確服務定價和市場占有量之間的關系，能夠有效地指導服務提供商對特定服務進行科學有效定價。因而，為了挖掘出這一定量的關系，本文做了下文的靈敏度分析。

圖2 前6個服務的定價與市場占有量關系圖Fig.2 Relation between price and market share at the first six services

2.4 靈敏度分析

通過模型推理和仿真試驗驗證可得到，在網絡合成服務市場中，隨著服務提供商對特定服務的定價提高，其市場份額會變小。這意味著，實現特定任務的不同的合成服務的代價越高，其市場占有量越少。為了進一步地分析供應商所提供的服務對所制定的價格策略的敏感性，本文分析了合成服務市場占有量變化對其市場價格變動的靈敏度。具體的靈敏度分析過程是用合成服務需求變動量除以其變動的價格，得出需求變動量對應的價格變動敏感性，如式(16)～(19)所示。

(16)

(17)

由式(16)和(17)可得

(18)

(19)

綜上所述可知：當pij<2Δp時，Dij與pij同方向變化；反之，二者反方向變化。從靈敏度分析的結果可以看出，在其他各種因素不變的情況下，當供應商對其所提供合成服務的價格調整幅度超過原始價格的一半時，其所提供的合成服務的市場占有量會隨著價格增大而增大。當供應商對其所提供的網絡合成服務的價格調整幅度沒有超過原來價格的一半時，市場占有量會隨著價格的升高而減少。由此說明，供應商提供的合成服務的市場需求變化，在一定的價格波動內滿足一般的市場需求價格變動理論[24]，但是當這種價格波動超過一定的范圍，則不滿足這種理論。因而，供應商在調整其提供的網絡合成服務的價格時，需要根據這一結論進行相應的調整。

3 結 語

本文研究了競爭情況下網絡合成服務定價模型，此模型作為一種仿真模型，可以給網絡服務提供商提供相關決策支持。通過證明目標模型是NP完全問題，證明該問題獲得帕累托最優解的困難性。通過靈敏度分析，可以得出在網絡服務提供商面對不同的市場環境時，不同的定價往往能夠帶來不同的利潤。當供應商對其所提供的合成服務的價格調整幅度超過當前市場價格的一半時，其所提供的合成服務的市場占有量會隨著價格增大而增大，而當價格調整沒有超過當前價格的一半時，市場占有量會隨著價格的升高而減少。因而，對于不同的服務，網絡服務提供商需要根據這一規律進行相應的差異化定價，從而給自己帶來最大收益。