基于成本分擔(dān)機(jī)制的云服務(wù)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)研究

朱勇　秦江濤

摘 要：依次構(gòu)建了基礎(chǔ)設(shè)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商分散決策時的利潤模型，集中決策下的利潤模型以及成本分擔(dān)機(jī)制下的利潤模型。研究發(fā)現(xiàn)，在集中決策下，供應(yīng)鏈整體利潤和各主體利潤都得到了提高，但是，應(yīng)用服務(wù)提供商的成本也增加了；在基于成本分擔(dān)機(jī)制下的集中決策模型下，供應(yīng)鏈整體以及各個主體的利潤不僅得到了提高，而且激勵了應(yīng)用服務(wù)提供商；當(dāng)契約參數(shù)在允許范圍能變動時，基礎(chǔ)設(shè)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商的利潤也隨之變動。最后通過算例驗(yàn)證了模型的可行性。

關(guān)鍵詞：成本分擔(dān)；云服務(wù)供應(yīng)鏈；供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)

中圖分類號：F273.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： In this paper， we established the profit model for infrastructure providers and application service providers， who made separate decision， who made centralized decision and the profit model under the cost-sharing mechanisms. The research found that the profit of supply chain has increased as well as the subjects， but the cost of application service providers has also increased； not only the profit of supply chain and the subjects increased but also application service providers has been encouraged； when the parameters of contract changed， the profit of infrastructure providers and application service providers followed the changes. Finally， an example has verified the feasibility of the model.

Key words： cost-sharing mechanisms； cloud service supply chain； supply chain coordination

0 引 言

云計算是由分布式計算、并行處理、網(wǎng)絡(luò)計算發(fā)展來的一種新興商業(yè)計算模式[1]。隨著云計算的發(fā)展，云服務(wù)的出現(xiàn)將人們從以桌面系統(tǒng)為中心的應(yīng)用模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為中心的應(yīng)用模式，這種變革不僅促使人們改變了對計算機(jī)的使用方式，還將從根本上改變?nèi)藗儷@取信息、交流信息和保存信息的方式，甚至還將席卷一場IT服務(wù)供應(yīng)鏈的變革。云服務(wù)在商業(yè)圈內(nèi)逐步形成了一種新型供應(yīng)鏈模式，在新的供應(yīng)鏈模式下，云服務(wù)供應(yīng)鏈成為新興供應(yīng)關(guān)系的研究熱點(diǎn)。云服務(wù)供應(yīng)鏈?zhǔn)墙陙碛蓸I(yè)界提出的一個新的概念，但由于在云服務(wù)供應(yīng)鏈中各個成員的自利性行為以及信息不對稱等原因，導(dǎo)致供應(yīng)鏈局部成員的決策與供應(yīng)鏈整體決策相沖突，因此必須建立有效的機(jī)制對供應(yīng)鏈進(jìn)行協(xié)調(diào)。

云服務(wù)是一種變革式的商務(wù)服務(wù)模式，具有按照需求支付的低成本敏捷性、智能化、低庫存等特征，承載傳統(tǒng)供應(yīng)鏈向現(xiàn)代服務(wù)供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)型的過渡性任務(wù)，其前景已獲得大多學(xué)者和實(shí)業(yè)者的肯定[2]。云服務(wù)供應(yīng)鏈中主要參與的主體分為：基礎(chǔ)設(shè)施提供商（AIP）、應(yīng)用服務(wù)提供商（ASP）、用戶三類成員。供應(yīng)鏈上游的基礎(chǔ)設(shè)施提供商向下游應(yīng)用服務(wù)提供商提供IT基礎(chǔ)服務(wù)能力，應(yīng)用服務(wù)提供商應(yīng)用此IT計算能力向客戶提供帶附加值的應(yīng)用服務(wù)，每單位價格為在一個合約期內(nèi)，應(yīng)用服務(wù)提供商向基礎(chǔ)設(shè)施提供商訂購計算能力。應(yīng)用服務(wù)提供商的目標(biāo)是通過決定最優(yōu)訂購量和服務(wù)價格取得最大利潤，同時基礎(chǔ)設(shè)施提供商通過設(shè)定批發(fā)價格取得最大利潤。云服務(wù)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)研究大多集中在二級服務(wù)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)研究中，達(dá)慶利等人[3]研究了網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)規(guī)模和定價的協(xié)調(diào)問題。但斌等人[4]在供應(yīng)鏈?zhǔn)袌鲂枨蟛淮_定的風(fēng)險下，研究了供應(yīng)鏈主體差異對分?jǐn)傦L(fēng)險的效果。任懷飛等人[5]基于ASP外包中的委托代理關(guān)系，構(gòu)建了聯(lián)盟式、存量式和獨(dú)立新建式下關(guān)鍵業(yè)務(wù)能力的激勵契約模型。在為數(shù)不多的運(yùn)用供應(yīng)契約來對云服務(wù)供應(yīng)鏈進(jìn)行的定量研究中，Leukel[6]和Demirkan[7]通過協(xié)調(diào)策略和博弈論研究了云服務(wù)供應(yīng)鏈各主體間的競爭績效問題。李新民[8]在由一個基礎(chǔ)實(shí)施提供商和一個應(yīng)用服務(wù)提供商組成的云服務(wù)供應(yīng)鏈中設(shè)計了合作契約保證了在免費(fèi)使用的策略下云服務(wù)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)。王建[9]分析了回購契約和期權(quán)契約的協(xié)調(diào)效果，但并沒有給出供應(yīng)鏈各主體相關(guān)的協(xié)調(diào)策略，不能再實(shí)際中產(chǎn)生很好地管理協(xié)調(diào)作用。郭彥麗[10]在獨(dú)立軟件提供商和SaaS運(yùn)營商組成的下游供應(yīng)鏈之間對收益共享契約、補(bǔ)償契約、能力期權(quán)契約三種類型契約進(jìn)行了協(xié)調(diào)效果比較研究。

綜合以上研究，本文考慮努力水平是云服務(wù)供應(yīng)鏈的一個重要決策變量，它能改善服務(wù)的銷售量，但同時也能提升應(yīng)用服務(wù)提供商的成本，因此努力水平也是云服務(wù)供應(yīng)鏈中需要協(xié)調(diào)的對象。鑒于此，本文考慮努力水平影響服務(wù)訂購量的基礎(chǔ)上，建立基礎(chǔ)設(shè)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商之間的博弈模型，探討了成本分擔(dān)機(jī)制下云服務(wù)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)問題，以期為云服務(wù)供應(yīng)鏈上的節(jié)點(diǎn)企業(yè)提供決策支持。

1 模型假設(shè)與變量符號

本文選取基礎(chǔ)設(shè)施提供商（AIP）與應(yīng)用服務(wù)提供商（ASP）二級供應(yīng)鏈為研究對象。探討兩者的收益模型，并作以下假設(shè)：（1）只考慮由一個基礎(chǔ)設(shè)施提供商和一個應(yīng)用服務(wù)提供商組成的二級供應(yīng)鏈在一個訂購期內(nèi)的情況，且一旦確定價格及訂購量不允許更改。（2）應(yīng)用服務(wù)提供商的銷售量由價格及市場需求的隨機(jī)因素影響。（3）根據(jù)按需求計費(fèi)模式，假設(shè)市場需求為D=fe=A-αp+φe；每單位水平的努力e對需求變動的影響系數(shù)為φ，A為市場規(guī)模，p為銷售價格，假設(shè)為外生變量。（4）基礎(chǔ)設(shè)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商都是風(fēng)險中性的。

變量符號表述如下：基礎(chǔ)設(shè)施提供商提供基礎(chǔ)服務(wù)能力的成本是c，應(yīng)用服務(wù)提供商的購買基礎(chǔ)服務(wù)能力的價格是v，銷售給客戶的價格是pp>v>c；應(yīng)用服務(wù)提供商的努力成本為 be 。π ，π ，π 分別表示基礎(chǔ)設(shè)施提供商利潤、應(yīng)用服務(wù)提供商利潤和供應(yīng)鏈整體利潤。

2 基本決策模型

2.1 分散決策

在分散決策模型下，基礎(chǔ)設(shè)施提供商首先確定服務(wù)的價格，應(yīng)用服務(wù)提供商在觀察到基礎(chǔ)設(shè)施提供商提供的價格基礎(chǔ)上確定服務(wù)訂購量和價格，應(yīng)用服務(wù)提供商和基礎(chǔ)設(shè)施提供商的期望利潤分別為：

比較式（5）和式（12）可知，在分散化決策下，應(yīng)用服務(wù)提供商的最優(yōu)努力水平小于集中化決策下云服務(wù)供應(yīng)鏈的努力水平，同時比較式（6）和式（13）分散化決策下，應(yīng)用服務(wù)提供商的最優(yōu)訂貨量也小于集中決策下的最優(yōu)訂貨量。因此可知，分散化決策下的云服務(wù)供應(yīng)鏈沒有實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)，也不能實(shí)現(xiàn)整體利潤的最大化，其主要原因是分散化決策下的基礎(chǔ)設(shè)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商都從自身利益最大化的角度出發(fā)制定決策，這種情況也是現(xiàn)實(shí)中普遍存在的現(xiàn)象，因此有必要對云服務(wù)供應(yīng)鏈采取一定的措施進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)云服務(wù)供應(yīng)鏈整體及各主體利潤的最大化。

3 成本分擔(dān)機(jī)制的云服務(wù)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)

上述分析表明，雙方均從有利于自己收益最大化的角度進(jìn)行決策，缺乏改善系統(tǒng)收益的積極性，問題的關(guān)鍵在于應(yīng)用服務(wù)提供商的努力成本分擔(dān)問題，鑒于此，本文采用成本分擔(dān)機(jī)制對云服務(wù)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)進(jìn)行研究，以供應(yīng)鏈整體訂購量最大為目標(biāo)，在整體訂購量最大的情況下，基礎(chǔ)設(shè)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商共同承擔(dān)努力成本，于是假設(shè)其分?jǐn)偙壤秊棣粒?<α<1，于是相應(yīng)的利潤函數(shù)如下：

為了保證基礎(chǔ)設(shè)施提供商與應(yīng)用服務(wù)提供商愿意提供與接受該契約，必須使該契約下基礎(chǔ)設(shè)施提供商與應(yīng)用服務(wù)提供商所獲得的利潤不小于分散決策下各自獲得的利潤，這樣才能保證通過契約合作給基礎(chǔ)設(shè)施提供商與應(yīng)用服務(wù)提供商都能帶來更大的收益，成本共擔(dān)的契約機(jī)制的存在才有意義，即：

當(dāng)契約因子滿足上述條件時，基礎(chǔ)設(shè)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商的合作就能持續(xù)下去，即能在成本分擔(dān)的條件下實(shí)現(xiàn)云服務(wù)供應(yīng)鏈實(shí)現(xiàn)的協(xié)調(diào)。

4 算例驗(yàn)證

本章將通過算例對成本分擔(dān)契約的協(xié)調(diào)有效性進(jìn)行論證分析，相關(guān)參數(shù)取值如下：p=5，v=3，c=1，φ=0.5，A=25，a=1，b=2.5。通過計算可得，集中化決策下，努力水平e =0.8，訂購量Q =24，云服務(wù)供應(yīng)鏈的總利潤為π =95.2。在分散決策下，努力水平e =0.4，訂購量Q =22，云服務(wù)供應(yīng)鏈的總利潤為π =95.2。顯然在無契約的情形下，分散化決策沒有實(shí)現(xiàn)云服務(wù)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)。再將上述數(shù)值帶入，得到0.25<α<0.5。

由算例分析可知，基礎(chǔ)實(shí)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商在分散決策的情形下，應(yīng)用服務(wù)提供商的努力水平為0.4，基礎(chǔ)實(shí)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商及供應(yīng)鏈整體所實(shí)現(xiàn)的最大利潤分別為44，43.8和87.8；而在集中決策時，應(yīng)用服務(wù)提供商的努力水平為0.8，基礎(chǔ)實(shí)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商及供應(yīng)鏈整體所實(shí)現(xiàn)的利潤為48，47.2和95.2；對比可知，為了實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈整體的最大利潤，應(yīng)用服務(wù)提供商必須要比以前更加努力，此時，各方利潤雖然都增加了，但是應(yīng)用服務(wù)提供商所付出的成本卻上升了。因此，基礎(chǔ)實(shí)施提供商需分擔(dān)α倍的應(yīng)用服務(wù)提供商的努力成本，激勵其為實(shí)現(xiàn)整體利益而合作，而基礎(chǔ)設(shè)施提供商需要承擔(dān)1-α倍的努力成本，據(jù)算例分析得出0.25<α<0.5，在契約參數(shù)范圍內(nèi)，參數(shù)取值不同時，雙方的受益也會隨之發(fā)生變化。如圖1、圖2所示。

5 結(jié)束語

云計算的新型服務(wù)模式雖然得到了廣泛的關(guān)注和各界的熱捧，但仍遭遇發(fā)展緩慢的現(xiàn)實(shí)。本文首先構(gòu)建了云服務(wù)供應(yīng)鏈的二級供應(yīng)鏈基礎(chǔ)實(shí)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商單獨(dú)決策時的收益模型，根據(jù)Stackelberg動態(tài)博弈思想，求出基礎(chǔ)實(shí)施提供商單獨(dú)決策時所獲得的最大利潤以及總利潤；第二，以云服務(wù)供應(yīng)鏈總體利潤最大化為目標(biāo)，構(gòu)建集中決策下各決策主體的收益模型，求出基礎(chǔ)實(shí)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商的利潤以及總利潤；第三，通過對比發(fā)現(xiàn)，分散決策情形下未能實(shí)現(xiàn)云服務(wù)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)，故構(gòu)建了基于成本分擔(dān)契約的云服務(wù)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)模型，使得供應(yīng)鏈主體收益都有所增加，并且能激勵應(yīng)用服務(wù)供應(yīng)商；最后通過算例計算得出基于成本分擔(dān)契約的云服務(wù)供應(yīng)鏈的整體利潤、基礎(chǔ)實(shí)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商的利潤都得到了增加，并分析了α在允許范圍能取不同值時，基礎(chǔ)實(shí)施提供商和應(yīng)用服務(wù)提供商利潤的變化情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] Maria Aymerieh， Gianni Fenu， Simone Surcis. An Approach to a Cloud Computing Network[C] // 10th IEEE （下轉(zhuǎn)第141頁）