云計算環境下基于補貼的互聯網服務供應鏈協調研究

葉春森，陳 宸，陳 欣

安徽大學商學院，安徽 合肥230601

云計算是一種通過互聯網向客戶提供硬件和軟件等計算資源的新型服務模式［1］。高質量的網絡通信環境是云計算產業可持續發展的基礎。近年來，隨著網絡覆蓋能力與速度的提升，網絡消費需求越來越大，為滿足云計算企業和互聯網服務公司的更高需求，網絡通信商需要營造更穩定的環境，并探究新的業務模式。其中，代理產能部署服務就是重要的新業務模式之一，越來越多的網絡通信商受互聯網服務商的委托，與云計算提供商合作，聯合開展部署產能規劃業務。在此情形下，云計算提供商、互聯網服務商和網絡通信商三者構成一種新的互聯網服務供應鏈。

現有關于互聯網服務供應鏈的研究，主要集中在合作關系及其協調機制研究兩個方面。在互聯網服務供應鏈合作關系的研究中，Currie等［2］認為互聯網服務供應鏈是復雜、多變，各方必須合作才能達到共生。忽略網絡通信商在整個供應鏈中的特殊地位，云計算服務交付將面臨困境。Zhang等［3］針對阿里云的成長過程，研究了其在云計算服務部署與開發體系，指出交付能力是保持云計算服務保持競爭優勢的關鍵，離不開網絡通信商的支持，與網絡通信商聯合部署產能可以規避產能部署過剩或不足的風險。從技術層面看，Toosi等［4］針對云計算服務供需不匹配問題，基于彈性服務框架，提出Elastic SFC機制，可以降低成本、減少容量過剩和資源浪費。從組織層面來看，Gon?alves等［5］通過多案例研究發現，網絡通信商通過網絡的服務平臺優勢，實施基礎通訊加代理業務模式，能改善互聯網服務的容量管理體系。在另一方面，互聯網服務供應鏈協調的研究視角主要是集中于傳統供應鏈協調框架和傳統信息服務模型視角。Demirkan等［6］研究發現，在ASP和AIP組成的供應鏈系中，代理策略可以加強供應鏈中各成員的合作，實現產能協調和社會最優均衡。梁昌勇等［7］基于研發努力與使用失敗賠償促銷的合作契約，提出了收益共享的互聯網服務供應鏈協調機制。李新明等［8］針對SaaS中的免費試用現狀，指出成本共擔契約能提高信息對稱情況下免費試用水平；成本和風險共擔契約能提高信息不對稱情況下的免費試用水平。王文隆等［9］指出特許經營可以有效實現各方利益的協調，并達到帕累托最優。

上述研究多以市場機制為主要背景，對政府干預下互聯網服務供應鏈的合作及協調研究比較缺乏。然而，我國網絡通信和云計算行業的發展受政策影響較大，與上述研究成果的應用背景存在較大差異，相關結果不能有效促進網絡通信商參與和主導互聯網服務供應鏈的問題［10］。鑒于此，本文從網絡通信商的兩種不同的服務業務模式入手，基于互聯網服務商、網絡通信商以及云計算提供商三者之間的買賣合作關系，構建兩種不同的互聯網服務供應鏈，通過引入政策補貼機制以優化互聯網服務供應鏈，促進網絡通信商的業務轉型，并實現互聯網服務供應鏈的可持續。

1 模型構建

1.1 問題描述

當前，云計算提供商（cloud computing provid?er，CP）、互聯網服務商（internet service company，ISC）以及網絡通信商（network communication pro?vider，NCP）已構成互聯網服務供應鏈。其中，CP的代表企業有阿里云、騰訊云、Amazon Web Ser?vice云等，主要提供云計算服務；NCP以中國電信、中國移動、British Telecom等為代表，提供通信網絡服務與代理服務；ISC以拼多多、攜程、Netflix等為代表，則直接面向消費者提供信息服務。

在云計算環境下，如果NCP僅提供基本通信服務，就是典型的通道基礎設施提供商。面對互聯網服務需求的快速增長和不確定性變化，由于對互聯網服務供應鏈沒有參與和決策主導權，很容易陷入通道擁堵或過度閑置的狀態。為穩定需求和保障順暢的體驗，NCP亟需探索新的業務轉型。通過開展代理服務，參與互聯網服務供應鏈并盡可能地影響其決策過程，以實現其可持續發展。當前，許多國家已認識到這一現象，紛紛出臺政策支持網絡通信商的業務轉型［11］。針對這種實踐，本文提出政府為促進NCP更好的參與和主導互聯網服務供應鏈，會對NCP和ISC的合作進行補貼，即在集中式供應鏈中對ISC進行補貼。補貼對象為互聯網服務供應鏈的各參與者，即ISC、CP和NCP。

1.2 理論假設

根據研究需要，提出如下假設：

假設1：根據供需合作關系，將互聯網服務供應鏈分為分散式和集中式兩種類型。分散式互聯網服務供應鏈是ISC與CP進行產能合作部署與購買，NCP僅提供基礎通信服務；集中式互聯網服務供應鏈是NCP在提供基礎通信服務的基礎，受ISC委托與CP進行產能合作部署［11-12］。

假設3：令云計算服務能力與互聯網信息服務體驗成對應關系，單位信息需求需要單位云計算服務能力進行支撐；若Q＜D(p)，產能不足；Q＞D(p)，產能過剩，云計算服務的過剩產能可以提高ISC的服務質量，增強體驗價值，產生網絡口碑和溢出效應［8］，記其單位價值為ε(ε≥0)。

假設4：為促進NCP更好地參與和主導互聯網服務供應鏈，政府采取補貼集中式互聯網服務供應鏈的政策，根據補貼對象的不同，分別補貼：ISC、CP和NCP［14］。在集中式互聯網服務供應鏈中，對ISC低于分散式供應鏈中最優產能的部分進行補貼，單位補貼為λ；對CP低于分散式供應鏈中最優產能的部分進行補貼，單位補貼為γ，對NCP低于分散式供應鏈中最優產能的部分進行補貼，單位補貼是δ。

根據以上描述，模型的相關參數釋義如表1所示。

表1模型參數釋義Tab.1 Definition of model parameters

1.3 模型分析

1.3.1 分散式互聯網服務供應鏈決策在分散式互聯網服務供應鏈中，ISC分別與CP和NCP合作，進行產能部署與購買，其中，CP向ISC提供云計算服務，NCP負責提供基礎通信服務，此時，三者構成分散式的互聯網服務供應鏈，構建ISC、NCP和CP的利潤函數如下：

本文所采用的報童模型在有關云計算協調的研究中得到廣泛的應用，如李新明等［8］在其系列研究中提出為 云計算預購量不足導致市場需求得不到滿足情況下產生的單位機會成本。之前的研究未考慮機會成本的影響，原因在于：若在模型中加上訂購不足的情況，最終得出的結果只會增加一個訂購不足情況下的參數k，并不會對最終的結果產生實質影響，為簡化計算，暫不考慮。

設上標“D”表示分散式互聯網服務供應鏈中的解，首先，獲得ISC的云計算服務最優部署能力QD滿足：

利用QD表示互聯網服務供應鏈成本及各方利潤見式（5）～（9）。

1.3.2 集中式互聯網服務供應鏈決策在集中式互聯網服務供應鏈中，NCP受ISC的委托，處理ISC與CP的產能合作業務，直接向CP支付云計算服務費用，并向ISC收取綜合費用［15-16］。在這種情況下，三者之間形成以NCP為關鍵節點的集中式結構。可得集中式互聯網服務供應鏈各方利潤函數如下：

NCP代 理業務模型 主 要借鑒Niu［11］提出的模型，在其模型中提出πi=pE{min[X，Q]}-wnQ，πp=(wp-cp)Q，πn=(wn-cn-wp)Q。該模型廣泛應用于實體業務領域，在云計算服務領域中應用還有待加強。云計算服務與傳統的實體業務存在相似性：存在中間商代理業務；按使用實例數計量和收費；存在提前預定現象等。因此，這一模型的應用場景同樣適用于云計算服務。

設上標“C”表示集中式互聯網服務供應鏈中的解，ISC的最優云計算服務部署能力QC滿足：

同理，根據QC可得集中式互聯網服務供應鏈各方成本及利潤函數，具體見式（14）～（18）。

1.3.3 互聯網服務供應鏈結構比較

命題1在互聯網服務供應鏈的最優化運營狀態下

證明：根據（4）和（13），構造函數：

命題1表明，ISC的產能部署成本在分散式互聯網服務供應鏈中高于集中式互聯網服務供應鏈，其原因是在分散式互聯網服務供應鏈中，ISC分別與CP和NCP簽訂合同，ISC具有較大的議價能力，而且其定價也就具有靈活性。而在集中式互聯網服務供應鏈中，便失去了分散式互聯網服務供應鏈中的靈活性，ISC只能通過NCP這一中介交易，此時，三者構成一個3層供應鏈，具有雙重邊際化效應。這就導致網絡通信商收取更高的價格［11］。部署過高產能需要較大的成本，集中式互聯網服務供應鏈中的ISC不會選擇分散式互聯網服務供應鏈中的同等規模的產能部署能力。

命題2ISC和NCP在分散式互聯網服務供應鏈中的最大利潤高于集中式互聯網服務供應鏈中的最大利潤，即；但CP的情況相反，即

對于CP而言，如果令集中式互聯網服務供應鏈中的wn等于分散式服務供應鏈中wn+wp，則集中式互聯網服務供應鏈中各方的利潤函數與分散式情況下相同，唯一的區別在于決策順序不同。在分散式互聯網服務供應鏈中，CP和NCP同時作出價格決策；在集中式互聯網服務供應鏈中，決策有先后順序，CP具有先發優勢。也就是說，給定ISC的最優云計算服務部署能力函數Q(wp，wn)，CP在集中式互聯網服務供應鏈中的利潤高于分散式互聯網服務供應鏈，即

命題2表明要提高CP的盈利能力，使其有更多的資金投入到技術創新中去，就必須發展集中式互聯網服務供應鏈。云計算提供商是互聯網服務供應鏈的核心企業，基于云計算的服務創新是互聯網經濟發展的關鍵路徑。但是，ISC和NCP沒有發展集中式供應鏈的動力，因此，針對云計算技術對網絡安全和國家戰略的重要地位，需要引入政策機制加以協調，以促進其可持續發展。

2 基于補貼的集中式互聯網服務供應鏈協調

2.1 針對互聯網服務商的補貼優化

在集中式互聯網服務供應鏈中，ISC低于分散式互聯網服務供應鏈中的云計算服務最優部署能力(QD-Q)+的部分，每單位云計算將獲得補貼λ。此時，ISC的利潤函數為：

現有關于政府補貼效果的研究主要針對由制造商和消費者構成的雙層供應鏈，政府通過對制造商和消費者進行補貼，比較不同補貼方式的效果［14］。本文假設政府通過對集中式互聯網服務供應上3種不同主體進行補貼，具體的補貼方式如下：對ISC低于分散式供應鏈中最優產能的部分進行補貼，單位補貼為λ；對CP低于分散式供應鏈中最優產能的部分進行補貼，單位補貼為γ，對NCP低于分散式供應鏈中最優產能的部分進行補貼，單位補貼是δ。驗證補貼哪一主體更加有效。

設上標“CG1”表示政府補貼互聯網服務商的解，政府補貼ISC時的最優云計算服務部署能力QCG1滿足：

命題3對任何η＞0，有QCG＜QD。

證明：根據式（20），

命題4當η≥p-ci-cp-cn時，有對于任意的

證明：

因為f(x)'＞0，有

推論在隨機需求x∈U[α，β]遵循均勻分布的 情 況 下，存 在λ0∈(0，p-ci-cp-cn)，當λ＞λ0時，有

當λ=0時時，所以存在λ0∈(0，p-ci-cp-cn)，當λ＞λ0時，有

因為QCG＜QD，所以

上述命題表明，當政府對ISC的單位補貼額達到單位利潤（p-ci-cp-cn）時，ISC在集中式互聯網服務供應鏈中的利潤可以達到分散式互聯網服務供應鏈中的水平，而網絡通信商的利潤仍低于分散式互聯網服務供應鏈。在此情形下，ISC有動力改變與NCP的合作方式，由分散式互聯網服務供應鏈向集中式互聯網服務供應鏈進行轉變。

2.2 針對云計算提供商的補貼優化

在集中式互聯網服務供應鏈中，CP低于分散式互聯網服務供應鏈中的云計算服務最優部署能力(QD-Q)+的部分，每單位云計算將獲得補貼γ。

此時，CP的利潤函數為：

設上標“CG2”表示政府補貼云計算提供商的解，補貼對象是CP時的最優云計算服務部署能力QCG2滿足：

命題5對任何γ＞0，有QCG2＜QD

證明過程同命題3。

命 題6對 于 任 何γ＞0，有

證明：

上述結果表明，在補貼政策的規制下，互聯網服務商從直接與網絡通信商和云計算提供商合作轉變為采用網絡通信商的代理服務，相較于直接合作，其產能部署能力更小。在補貼云計算提供商的情況下，網絡通線商和互聯網服務商在集中式服務供應鏈之下的利潤始終低于分散式服務供應鏈。基于此，網絡通線商和互聯網服務商缺乏向集中式互聯網服務供應鏈轉變的動力。

2.3 針對網絡通信商的補貼優化

在集中式互聯網服務供應鏈中，NCP低于分散式互聯網服務供應鏈中的云計算服務最優部署能力(QD-Q)+的部分，每單位云計算將獲得補貼δ。

設上標“CG3”表示政府補貼網絡通信商的解，補貼對象是NCP時的最優云計算服務部署能力QCG3滿足：

命題7當δ≥p-ci-cp-cn時，有對任意δ＞0

證明過程同命題4。

上述命題表明，當政府補貼可以在一定程度上彌補網絡通信商選擇集中式互聯網服務供應鏈時的損失，當每單位補貼額達到ISC的單位利潤（p-ci-cp-cn）時，網絡通信商在集中式服務供應鏈中的利潤可達到分散式供應鏈中相同的利潤水平，互聯網服務商在集中式服務供應鏈中的利潤仍低于分散式下的情形。此時，網絡通信商有足夠的動力擴展代理服務業務，向集中式互聯網服務供應鏈進行轉變。

3 數值仿真

3.1 θ對供應鏈各方利潤的影響

θ表示需求不確定性的大小，θ越大，需求波動越大，風險也越大。假設θ遵循[0，10]上的均勻分布，a=20，b=1，p=12，cp=5，cn=2，ci=3，ε=1。不同供應鏈的利潤與θ的關系如圖1所示。

圖1θ對不同供應鏈結構中各主體的利潤的影響：（a）分散式，（b）集中式Fig.1 Impact ofθon profits of each main member in different supply chain structures：（a）decentralized structure，（b）centralized structure

圖1表明，ISC、NCP和CP的利潤都與風險呈負相關關系，ISC的利潤較高。在分散式供應鏈中，ISC相較于NCP和CP，可以獲得更高的利潤。在集中式供應鏈中，風險的增加帶來的ISC產能部署不確定性的提高使得NCP的利潤逐漸降低，兩部分服務成本帶來NCP總成本的增加，故ISC的利潤最高。

3.2 補貼對象與補貼系數對ISC和NCP利潤的影響

3.2.1 互聯網服務商的每單位補貼系數η對各方利潤的影響如圖2（a）所示，互聯網服務商的單位補貼低于某一閾值時，改變互聯網服務供應鏈結構將使ISC和NCP陷入虧損，因而供應鏈各方缺乏轉向集中式互聯網服務供應鏈的動力；而當單位補貼超過這一閾值時，ISC因轉變與NCP的合作方式所造成的損失得到彌補，ISC愿意轉變，此時，互聯網服務供應鏈向集中式互聯網服務供應鏈轉變。且由于NCP的特殊地位得到進一步提升，ISC的產能部署能力得到有效降低，并有利于可持續價值的創造。

3.2.2 云計算提供商的每單位補貼系數γ對各方利潤的影響觀察圖2（b）可得，政府對云計算服務提供商的補貼只能有效降低ISC的云計算產能部署規模，而不能帶來互聯網服務商和網絡通信商利潤的提升，相反，當政府的補貼對象為互聯網服務商時，互聯網服務商和網絡通線商的利潤無法達到分散式供應鏈中的利潤水平，因此缺乏向集中式互聯網服務供應鏈轉變的動力。

3.2.3 網絡通信商的每單位補貼系數δ對各方利潤的影響如圖2（c）所示，網絡通信商的單補貼低于單位利潤時，ISC改變與NCP的合作方式，將會使雙方同時陷入虧損，因而雙方均缺乏向集中式互聯網服務供應鏈轉變的動力；而當單位補貼超過單位利潤時，NCP因開拓代理業務、轉變與ISC的合作方式所造成的損失得到彌補，NCP愿意轉變，此時，互聯網服務供應鏈向集中式互聯網服務供應鏈轉變。且由于NCP的特殊地位得到進一步提升，ISC的產能部署能力得到有效降低，并有利于可持續價值的創造。

圖2單位補貼系數對供應鏈各主體的利潤的影響：（a）ISC的系數η，（b）CP的系數γ，（c）NCP的系數δFig.2 Impact of unit subsidy coefficient on profits of each main member in supply chain：（a）ISC's subsidy coefficientη，（b）CP's subsidy coefficientγ，（c））NCP's subsidy coefficientδ

4 結論

本文基于ISC、NCP及CP三者之間的買賣關系構建理論模型，研究分散式和集中式兩種供應鏈的決策結構及各方利潤，探討基于補貼的供應鏈的結構優化與協調。

在分散式互聯網服務供應鏈中，ISC具有低成本的優勢，有較高云計算服務的部署能力；同時，ISC和NCP在分散式互聯網服務供應鏈中的利潤高于集中式互聯網服務供應鏈。但分散式互聯網服務供應鏈會導致NCP的地位受損，造成互聯網服務供應鏈基礎設施的發展滯后，需要基于規制降低其產能部署能力，從而促進供應鏈可持續價值的產生。

有關補貼對象的選擇問題研究中發現，對ISC、NCP補貼，可以使得ISC在集中式互聯網服務供應鏈的利潤等于或大于其在分散式互聯網服務供應鏈中的利潤。對CP補貼時，不能實現這一目標。這些結果為政府發展基于云計算的互聯網經濟提供決策支持。