基于成本分担机制的云服务供应链协调研究

朱勇　秦江涛

摘 要：依次构建了基础设施提供商和应用服务提供商分散决策时的利润模型，集中决策下的利润模型以及成本分担机制下的利润模型。研究发现，在集中决策下，供应链整体利润和各主体利润都得到了提高，但是，应用服务提供商的成本也增加了；在基于成本分担机制下的集中决策模型下，供应链整体以及各个主体的利润不仅得到了提高，而且激励了应用服务提供商；当契约参数在允许范围能变动时，基础设施提供商和应用服务提供商的利润也随之变动。最后通过算例验证了模型的可行性。

关键词：成本分担；云服务供应链；供应链协调

中图分类号：F273.7 文献标识码：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

云计算是由分布式计算、并行处理、网络计算发展来的一种新兴商业计算模式[1]。随着云计算的发展，云服务的出现将人们从以桌面系统为中心的应用模式转变为以网络为中心的应用模式，这种变革不仅促使人们改变了对计算机的使用方式，还将从根本上改变人们获取信息、交流信息和保存信息的方式，甚至还将席卷一场IT服务供应链的变革。云服务在商业圈内逐步形成了一种新型供应链模式，在新的供应链模式下，云服务供应链成为新兴供应关系的研究热点。云服务供应链是近年来由业界提出的一个新的概念，但由于在云服务供应链中各个成员的自利性行为以及信息不对称等原因，导致供应链局部成员的决策与供应链整体决策相冲突，因此必须建立有效的机制对供应链进行协调。

云服务是一种变革式的商务服务模式，具有按照需求支付的低成本敏捷性、智能化、低库存等特征，承载传统供应链向现代服务供应链转型的过渡性任务，其前景已获得大多学者和实业者的肯定[2]。云服务供应链中主要参与的主体分为：基础设施提供商（AIP）、应用服务提供商（ASP）、用户三类成员。供应链上游的基础设施提供商向下游应用服务提供商提供IT基础服务能力，应用服务提供商应用此IT计算能力向客户提供带附加值的应用服务，每单位价格为在一个合约期内，应用服务提供商向基础设施提供商订购计算能力。应用服务提供商的目标是通过决定最优订购量和服务价格取得最大利润，同时基础设施提供商通过设定批发价格取得最大利润。云服务供应链的协调研究大多集中在二级服务供应链的协调研究中，达庆利等人[3]研究了网点建设规模和定价的协调问题。但斌等人[4]在供应链市场需求不确定的风险下，研究了供应链主体差异对分摊风险的效果。任怀飞等人[5]基于ASP外包中的委托代理关系，构建了联盟式、存量式和独立新建式下关键业务能力的激励契约模型。在为数不多的运用供应契约来对云服务供应链进行的定量研究中，Leukel[6]和Demirkan[7]通过协调策略和博弈论研究了云服务供应链各主体间的竞争绩效问题。李新民[8]在由一个基础实施提供商和一个应用服务提供商组成的云服务供应链中设计了合作契约保证了在免费使用的策略下云服务供应链的协调。王建[9]分析了回购契约和期权契约的协调效果，但并没有给出供应链各主体相关的协调策略，不能再实际中产生很好地管理协调作用。郭彦丽[10]在独立软件提供商和SaaS运营商组成的下游供应链之间对收益共享契约、补偿契约、能力期权契约三种类型契约进行了协调效果比较研究。

综合以上研究，本文考虑努力水平是云服务供应链的一个重要决策变量，它能改善服务的销售量，但同时也能提升应用服务提供商的成本，因此努力水平也是云服务供应链中需要协调的对象。鉴于此，本文考虑努力水平影响服务订购量的基础上，建立基础设施提供商和应用服务提供商之间的博弈模型，探讨了成本分担机制下云服务供应链的协调问题，以期为云服务供应链上的节点企业提供决策支持。

1 模型假设与变量符号

本文选取基础设施提供商（AIP）与应用服务提供商（ASP）二级供应链为研究对象。探讨两者的收益模型，并作以下假设：（1）只考虑由一个基础设施提供商和一个应用服务提供商组成的二级供应链在一个订购期内的情况，且一旦确定价格及订购量不允许更改。（2）应用服务提供商的销售量由价格及市场需求的随机因素影响。（3）根据按需求计费模式，假设市场需求为D=fe=A-αp+φe；每单位水平的努力e对需求变动的影响系数为φ，A为市场规模，p为销售价格，假设为外生变量。（4）基础设施提供商和应用服务提供商都是风险中性的。

变量符号表述如下：基础设施提供商提供基础服务能力的成本是c，应用服务提供商的购买基础服务能力的价格是v，销售给客户的价格是pp>v>c；应用服务提供商的努力成本为 be 。π ，π ，π 分别表示基础设施提供商利润、应用服务提供商利润和供应链整体利润。

2 基本决策模型

2.1 分散决策

在分散决策模型下，基础设施提供商首先确定服务的价格，应用服务提供商在观察到基础设施提供商提供的价格基础上确定服务订购量和价格，应用服务提供商和基础设施提供商的期望利润分别为：

比较式（5）和式（12）可知，在分散化决策下，应用服务提供商的最优努力水平小于集中化决策下云服务供应链的努力水平，同时比较式（6）和式（13）分散化决策下，应用服务提供商的最优订货量也小于集中决策下的最优订货量。因此可知，分散化决策下的云服务供应链没有实现协调，也不能实现整体利润的最大化，其主要原因是分散化决策下的基础设施提供商和应用服务提供商都从自身利益最大化的角度出发制定决策，这种情况也是现实中普遍存在的现象，因此有必要对云服务供应链采取一定的措施进行协调，从而实现云服务供应链整体及各主体利润的最大化。

3 成本分担机制的云服务供应链协调

上述分析表明，双方均从有利于自己收益最大化的角度进行决策，缺乏改善系统收益的积极性，问题的关键在于应用服务提供商的努力成本分担问题，鉴于此，本文采用成本分担机制对云服务供应链协调进行研究，以供应链整体订购量最大为目标，在整体订购量最大的情况下，基础设施提供商和应用服务提供商共同承担努力成本，于是假设其分摊比例为α，0<α<1，于是相应的利润函数如下：

为了保证基础设施提供商与应用服务提供商愿意提供与接受该契约，必须使该契约下基础设施提供商与应用服务提供商所获得的利润不小于分散决策下各自获得的利润，这样才能保证通过契约合作给基础设施提供商与应用服务提供商都能带来更大的收益，成本共担的契约机制的存在才有意义，即：

当契约因子满足上述条件时，基础设施提供商和应用服务提供商的合作就能持续下去，即能在成本分担的条件下实现云服务供应链实现的协调。

4 算例验证

本章将通过算例对成本分担契约的协调有效性进行论证分析，相关参数取值如下：p=5，v=3，c=1，φ=0.5，A=25，a=1，b=2.5。通过计算可得，集中化决策下，努力水平e =0.8，订购量Q =24，云服务供应链的总利润为π =95.2。在分散决策下，努力水平e =0.4，订购量Q =22，云服务供应链的总利润为π =95.2。显然在无契约的情形下，分散化决策没有实现云服务供应链的协调。再将上述数值带入，得到0.25<α<0.5。

由算例分析可知，基础实施提供商和应用服务提供商在分散决策的情形下，应用服务提供商的努力水平为0.4，基础实施提供商和应用服务提供商及供应链整体所实现的最大利润分别为44，43.8和87.8；而在集中决策时，应用服务提供商的努力水平为0.8，基础实施提供商和应用服务提供商及供应链整体所实现的利润为48，47.2和95.2；对比可知，为了实现供应链整体的最大利润，应用服务提供商必须要比以前更加努力，此时，各方利润虽然都增加了，但是应用服务提供商所付出的成本却上升了。因此，基础实施提供商需分担α倍的应用服务提供商的努力成本，激励其为实现整体利益而合作，而基础设施提供商需要承担1-α倍的努力成本，据算例分析得出0.25<α<0.5，在契约参数范围内，参数取值不同时，双方的受益也会随之发生变化。如图1、图2所示。

5 结束语

云计算的新型服务模式虽然得到了广泛的关注和各界的热捧，但仍遭遇发展缓慢的现实。本文首先构建了云服务供应链的二级供应链基础实施提供商和应用服务提供商单独决策时的收益模型，根据Stackelberg动态博弈思想，求出基础实施提供商单独决策时所获得的最大利润以及总利润；第二，以云服务供应链总体利润最大化为目标，构建集中决策下各决策主体的收益模型，求出基础实施提供商和应用服务提供商的利润以及总利润；第三，通过对比发现，分散决策情形下未能实现云服务供应链的协调，故构建了基于成本分担契约的云服务供应链协调模型，使得供应链主体收益都有所增加，并且能激励应用服务供应商；最后通过算例计算得出基于成本分担契约的云服务供应链的整体利润、基础实施提供商和应用服务提供商的利润都得到了增加，并分析了α在允许范围能取不同值时，基础实施提供商和应用服务提供商利润的变化情况。

参考文献：

[1] Maria Aymerieh， Gianni Fenu， Simone Surcis. An Approach to a Cloud Computing Network[C] // 10th IEEE （下转第141页）