刘燕 郑明春

山东师范大学管理科学与工程学院 山东 250014

0 引言

近几年，随着高带宽需求、低时延、低抖动等高QoS要求应用的不断涌现，人们开始越来越多的关注QoS及网络效率问题。根据业务有无质量要求，网络业务可分为保证业务和尽力而为业务。保证业务具有业务质量保证，具体表现在服务性能的某些参数上，要满足这些保证通常需要预留资源。尽力而为业务则没有质量承诺，网络总是尽力的为每位客户提供最好的质量。

传统的尽力而为服务模型只是尽力为客户提供最好的服务，并不能保证服务质量，为了向用户提供具有QoS保证的服务，人们提出了集成服务模型，集成服务模型虽然能够通过RSVP协议为每个应用流提供服务质量保证，但是逐个流的资源预约代价太大，可扩展性差。区分服务模型随之出现，从尽力型服务到集成服务，再到区分服务模型的出现，Internet网络服务模型经历了服务粒度由粗到细，再到适中的过程。

随着网络服务模型的不断发展，与之相适应的定价机制也在不断改进，如何设置与网络服务模型相一致的定价机制成为研究的重点，考虑现有基于服务模型的定价研究，进行分析与评价，针对网络服务模型，考虑现有基于服务模型的定价研究，并进行分析与评价。

1 尽力而为服务定价

在提供尽力而为服务的网络中，ISP通常不会采用QoS控制机制，所提供的服务基本上没有QoS差异，因而ISP只需采用基本的网络定价模型来保证利润最优即可。此时的定价往往是在网络边缘进行的，用户的使用费用由接入网直接决定而与传输过程中经过的中间网络无关，此种定价方式称为边缘定价。适合边缘定价的定价模型包括定额收费、按使用量进行收费。而对于拥塞定价，由于拥塞可能发生在传输路径上的任意一链路上，价格应该按照链路的使用状态来进行设置，因而不适合使用边缘定价方式。

在尽力而为服务网络中实行边缘定价主要基于以下两方面的考虑。一方面，因为不同自治域的网络用户通常由当地服务提供商进行管理与收费，因而在接入端进行收费会比较现实。另一方面，因为网络提供的是尽力而为的服务，ISP对通过其网络的流量不提供任何QoS保证，因而边缘定价更加合理。在尽力而为服务网络中，接入网的ISP可以通过预测网络状态来预测网络拥塞状况，并以此与用户进行协商并达成相应协议。这种收费方式执行起来相对简单同时也有利于ISP与用户之间的交流，一方面ISP可以根据网络状况动态的调整价格，另一方面用户也可根据对效用水平的预期调整其需求。但是由于网络的分布式特性，边缘定价无法实现对整个网络的拥塞控制，因而也就无法向用户提供QoS保证或为业务提供差异化服务。

为在尽力而为网络中提供差异化服务，ISP可以采用优先级定价策略。其中最为著名的是PMP(ParisMertoPircing)，PMP来源于巴黎地铁交通管理规则，在地铁管理条例中列车分为两类，它们都提供相同服务质量的座位，但是两个类别的车票价格却不同，较为昂贵的列车不太拥挤，因此乘客可以获得好的服务质量。在PMP模型中，网络被分成若干个逻辑上完全独立的子网(或业务类别)，每个子网都分配给一定数额的容量。PMP并没有严格的QoS保证，但是通过制定不同的价格，理论上选择更高价格的业务的用户可以获得更好的服务质量。PMP实施起来很简单，可以在数据包中添加优先级标识，路由器负责对其进行检测并执行基于优先级的调度或分组处理，用户则可以根据提供的业务质量的不同选择相应的边缘网络运营商。

巴黎地铁定价具有如下优点。首先作为一种边缘定价策略，其实施简单。其次，因为网络运营商通过定价对用户进行划分，因而能够实现一定程度的网络资源管理及差异化服务。但是，PMP虽然实现了差异化服务，但是无法提供确切的QoS保证，只是理论上用户所选择的业务价格越高，所获得的服务质量越好。此外，PMP不利于网络最大化的利用网络资源。最后，不同子网使用的定价策略可能不同，因而PMP只适用于只有一个ISP的网络。当模型扩展到具有多个小型网络的复杂网络环境时，就需要各个网络之间就价格设置及利润分配进行协商。

类似于巴黎地铁定价策略，Dube等人提出了一种基于队列管理的区分服务方法。对于用户来说，每个用户根据队列的长度及价格选择加入哪个队列，供应商则执行基于优先级的队列调度来实现差异化资源分配。不同于PMP的是，用户可以根据队列的长度来估计网络的拥塞状况，然后根据给定的价格及估计的拥塞状况选择服务队列。基于此建立的定价模型是以利润最大化为目标的动态定价模型，Dube通过马尔可夫决策理论(MDP)建立了系统模型，并提出了动态价格调整算法。

2 QoS保证服务定价

为了解决QoS差异化及网络资源利用率低等问题，人们将关注点逐渐转移到对差异化服务的研究。Cocchi 等人最早提出基于优先级的定价策略来反映QoS差异化与资源利用率之间的关系，他主张在IP数据包中添加优先级标识并通过优先级队列及调度来实现QoS。随着网络服务类型的日益增多以及网络的不断发展，基于网络结构的定价吸引了越来越多人的关注，为实现QoS保证，人们对基于资源预留以及流聚合的网络结构进行了深入研究，提出了相应的定价模型及支持QoS保证的定价机制。

2.1 基于优先级的业务定价

根据业务的流量特征或其QoS需求，可以将业务分为不同的类型，ISP可以对业务类型进行划分，设置不同的服务级别。基于优先级定价的主要思想是把所要传输的数据按照服务级别分类，不同的服务级别得到不同的服务，不同的服务收取不同的服务费用，得到的服务越好，收取的费用越高。

Peter Marbach提出了一种按照严格优先级服务的静态定价方法，价格事先确定。用户根据不同优先级的数据传送概率，来调整数据发送量和所使用的优先级，以此来达到效用的最大化。Donnell及Sethu提出由最终用户系统为数据包设置优先级或服务级别，路由器根据优先级标识将数据包分配到不同的队列，以确保用户获得相应的服务质量，至于价格的传递，只需在数据包中设置相应的价格位，在数据传输过程中，价格领域被填写，这样当数据包到达目的地时，价格信息会被复制到应答数据包中并返回给发送方，发送方又可以根据获得的价格信息来确定下次所要选择的服务级别。

在很长一段时间内，如果价格和流量都比较稳定，则优先级定价可以实现较好的性能差异。但是在短期内，高优先级的服务可能会遭受更高的丢失率、时延及拥塞。为解决这个问题，文献研究了比例区分服务模型，它提供一种相对动态的带宽资源划分机制，ISP并不为每个业务级别分配固定的带宽资源，而是通过一定比例的性能保证来实现可预见和可控的QoS区分。

2.2 基于集成服务模型的业务定价

在尽力而为的网络和简单的基于优先级的服务网络中，网络无法提供严格的QoS保证。本节将讨论通过资源预留来实现QoS保证的集成服务(IntServ)机制。集成服务模型的设计目标是为尽力型服务网络增加端到端的服务保证，以适应新出现的实时媒体流和交互式应用。该模型要求路径上所有路由器节点都要对每个流的信令消息进行处理，并维护每个流的路径状态和资源预约状态，执行流的分类、调度和缓冲管理。集成服务模型的关键技术是RSVP资源预约协议，RSVP协议的两个基本报文类型是Resv(预约)和Path(路径)。

Karsten等人研究了一种适用于RSVP的定价机制。其主要思想是在RSVP消息中添加与价格有关的信息以实现资源预留和价格协商。特别的，作者在PATH消息中添加了上游收费策略元素，在RESV消息中添加了下游收费策略元素。Clark提出了一种基于区域的定价或成本分担模型，在此模型中，通过在IP数据包中插入支付意愿信息来表明发送者和接收者是否愿意支付高质量服务。但是，它并没有对动态定价和基于QoS的定价做进一步的研究。Fankhauser等人提出了一种适用于集成服务模型的基于RSVP的定价协议，作者指出通过两种定价模型可以很好的实现本地定价，一个是基于拍卖的定价模型，一个是拥塞敏感的基于使用量的定价模型。但是此种定价需要假设网络路由不受价格的影响，并且所有定价结点改变价格的步调一致。

基于流的资源预留是很难实现的，它需要实现基于流的拥塞控制，QoS路由以及相应的调度策略，这会带来巨大的成本，增加网络的复杂性，因而带有QoS保证的集成服务模型并不常见，如何对IntServ进行改进并构建相应的定价模型还在进一步的研究中。

2.3 基于区分服务模型的业务定价

由于集成服务模型具有很高的复杂性和较差的扩展性问题，IETF提出了区分服务(DiffServ)模型，基于此结构的定价也被广泛的研究。区分服务模型设计的基本思想是：在网络边缘进行不同服务级别业务流分组，而网络核心仅需实现简单的流量调节功能，从而达到功能扩展、降低复杂度的目的。具体来说，在用户数据进入网络边缘(如端系统或第一跳路由器上)时，用户与网络提供者达成一个服务性能合约，此合约明确用户业务流应遵守的流量特征和网络所应提供的相应服务。数据流在进入网络时，首先在分组头的服务标识(DS)域中置入所需服务的对应标记码，同时由网络进行流量测量和分组流量特性标识。加上服务分类标志和流量特性标志的数据分组流经各区分服务网络中继，由中继节点根据上述标志进行不同的转发处理，进而实现所需的服务性能。

文献较早提出区别定价的思想，研究了支持优先级服务的网络中定价策略与QoS保证的关系，认为服务质量敏感的定价机制具有更高的帕累托(Pareto)效率。文献提出了一种在区分服务网络模型中基于拍卖的资源分配和定价方法。模型中，不同的用户提交自己的预期的带宽价格和所需的带宽量，服务提供商决定的进入价格以及为每类用户提供的差异化服务，模型以最大化服务提供商的利润为目标，并分析了存在一个单路径瓶颈和存在多个路径瓶颈下的最优化解决方案。文献针对区分服务网络中的服务选择和资源配置问题，研究了与之相适应的多QoS服务动态区别定价机制。假定各类服务的价格已知，探讨用户如何根据其预算约束和QoS要求，在各类服务间做出适当的选择，包括对服务类型和服务量的选择。在资源量一定的情况下，探讨网络如何根据其资源约束和服务的实际使用状况，在不同的时间尺度上调整各类服务的价格以及资源的配置方式，使价格设置与资源配置更加合理。

3 结语

本文考虑尽力而为和提供QoS保证两种网络服务模型，提出了与之相适应的定价机制，对于尽力而为服务模型，可以采用边缘定价机制，对于后者，从集成服务和区分服务两种模型入手，讨论了现有对其定价机制的研究。对于边缘定价，通过对拥塞进行预期及区分接入带宽，可以达到一定的拥塞控制并实现优先级定价，但是边缘定价无法保证资源利用率及服务质量。对于集成服务定价机制，虽然能通过资源预留对QoS进行保证，但是其机制本身的复杂性决定了其定价机制的复杂性，而基于区分服务的定价机制可以促进资源的有效利用并确保用户之间的公平性。

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