基于成本分擔機制的云服務供應鏈協(xié)調研究

朱勇　秦江濤

摘 要：依次構建了基礎設施提供商和應用服務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機制下的利潤模型。研究發(fā)現(xiàn)，在集中決策下，供應鏈整體利潤和各主體利潤都得到了提高，但是，應用服務提供商的成本也增加了；在基于成本分擔機制下的集中決策模型下，供應鏈整體以及各個主體的利潤不僅得到了提高，而且激勵了應用服務提供商；當契約參數(shù)在允許范圍能變動時，基礎設施提供商和應用服務提供商的利潤也隨之變動。最后通過算例驗證了模型的可行性。

關鍵詞：成本分擔；云服務供應鏈；供應鏈協(xié)調

中圖分類號：F273.7 文獻標識碼：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，云服務的出現(xiàn)將人們從以桌面系統(tǒng)為中心的應用模式轉變?yōu)橐跃W(wǎng)絡為中心的應用模式，這種變革不僅促使人們改變了對計算機的使用方式，還將從根本上改變人們獲取信息、交流信息和保存信息的方式，甚至還將席卷一場IT服務供應鏈的變革。云服務在商業(yè)圈內逐步形成了一種新型供應鏈模式，在新的供應鏈模式下，云服務供應鏈成為新興供應關系的研究熱點。云服務供應鏈是近年來由業(yè)界提出的一個新的概念，但由于在云服務供應鏈中各個成員的自利性行為以及信息不對稱等原因，導致供應鏈局部成員的決策與供應鏈整體決策相沖突，因此必須建立有效的機制對供應鏈進行協(xié)調。

云服務是一種變革式的商務服務模式，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)供應鏈向現(xiàn)代服務供應鏈轉型的過渡性任務，其前景已獲得大多學者和實業(yè)者的肯定[2]。云服務供應鏈中主要參與的主體分為：基礎設施提供商（AIP）、應用服務提供商（ASP）、用戶三類成員。供應鏈上游的基礎設施提供商向下游應用服務提供商提供IT基礎服務能力，應用服務提供商應用此IT計算能力向客戶提供帶附加值的應用服務，每單位價格為在一個合約期內，應用服務提供商向基礎設施提供商訂購計算能力。應用服務提供商的目標是通過決定最優(yōu)訂購量和服務價格取得最大利潤，同時基礎設施提供商通過設定批發(fā)價格取得最大利潤。云服務供應鏈的協(xié)調研究大多集中在二級服務供應鏈的協(xié)調研究中，達慶利等人[3]研究了網(wǎng)點建設規(guī)模和定價的協(xié)調問題。但斌等人[4]在供應鏈市場需求不確定的風險下，研究了供應鏈主體差異對分攤風險的效果。任懷飛等人[5]基于ASP外包中的委托代理關系，構建了聯(lián)盟式、存量式和獨立新建式下關鍵業(yè)務能力的激勵契約模型。在為數(shù)不多的運用供應契約來對云服務供應鏈進行的定量研究中，Leukel[6]和Demirkan[7]通過協(xié)調策略和博弈論研究了云服務供應鏈各主體間的競爭績效問題。李新民[8]在由一個基礎實施提供商和一個應用服務提供商組成的云服務供應鏈中設計了合作契約保證了在免費使用的策略下云服務供應鏈的協(xié)調。王建[9]分析了回購契約和期權契約的協(xié)調效果，但并沒有給出供應鏈各主體相關的協(xié)調策略，不能再實際中產(chǎn)生很好地管理協(xié)調作用。郭彥麗[10]在獨立軟件提供商和SaaS運營商組成的下游供應鏈之間對收益共享契約、補償契約、能力期權契約三種類型契約進行了協(xié)調效果比較研究。

綜合以上研究，本文考慮努力水平是云服務供應鏈的一個重要決策變量，它能改善服務的銷售量，但同時也能提升應用服務提供商的成本，因此努力水平也是云服務供應鏈中需要協(xié)調的對象。鑒于此，本文考慮努力水平影響服務訂購量的基礎上，建立基礎設施提供商和應用服務提供商之間的博弈模型，探討了成本分擔機制下云服務供應鏈的協(xié)調問題，以期為云服務供應鏈上的節(jié)點企業(yè)提供決策支持。

1 模型假設與變量符號

本文選取基礎設施提供商（AIP）與應用服務提供商（ASP）二級供應鏈為研究對象。探討兩者的收益模型，并作以下假設：（1）只考慮由一個基礎設施提供商和一個應用服務提供商組成的二級供應鏈在一個訂購期內的情況，且一旦確定價格及訂購量不允許更改。（2）應用服務提供商的銷售量由價格及市場需求的隨機因素影響。（3）根據(jù)按需求計費模式，假設市場需求為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，假設為外生變量。（4）基礎設施提供商和應用服務提供商都是風險中性的。

變量符號表述如下：基礎設施提供商提供基礎服務能力的成本是c，應用服務提供商的購買基礎服務能力的價格是v，銷售給客戶的價格是pp>v>c；應用服務提供商的努力成本為 be 。π ，π ，π 分別表示基礎設施提供商利潤、應用服務提供商利潤和供應鏈整體利潤。

2 基本決策模型

2.1 分散決策

在分散決策模型下，基礎設施提供商首先確定服務的價格，應用服務提供商在觀察到基礎設施提供商提供的價格基礎上確定服務訂購量和價格，應用服務提供商和基礎設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，應用服務提供商的最優(yōu)努力水平小于集中化決策下云服務供應鏈的努力水平，同時比較式（6）和式（13）分散化決策下，應用服務提供商的最優(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供應鏈沒有實現(xiàn)協(xié)調，也不能實現(xiàn)整體利潤的最大化，其主要原因是分散化決策下的基礎設施提供商和應用服務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)實中普遍存在的現(xiàn)象，因此有必要對云服務供應鏈采取一定的措施進行協(xié)調，從而實現(xiàn)云服務供應鏈整體及各主體利潤的最大化。

3 成本分擔機制的云服務供應鏈協(xié)調

上述分析表明，雙方均從有利于自己收益最大化的角度進行決策，缺乏改善系統(tǒng)收益的積極性，問題的關鍵在于應用服務提供商的努力成本分擔問題，鑒于此，本文采用成本分擔機制對云服務供應鏈協(xié)調進行研究，以供應鏈整體訂購量最大為目標，在整體訂購量最大的情況下，基礎設施提供商和應用服務提供商共同承擔努力成本，于是假設其分攤比例為α，0<α<1，于是相應的利潤函數(shù)如下：

為了保證基礎設施提供商與應用服務提供商愿意提供與接受該契約，必須使該契約下基礎設施提供商與應用服務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設施提供商與應用服務提供商都能帶來更大的收益，成本共擔的契約機制的存在才有意義，即：

當契約因子滿足上述條件時，基礎設施提供商和應用服務提供商的合作就能持續(xù)下去，即能在成本分擔的條件下實現(xiàn)云服務供應鏈實現(xiàn)的協(xié)調。

4 算例驗證

本章將通過算例對成本分擔契約的協(xié)調有效性進行論證分析，相關參數(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，云服務供應鏈的總利潤為π =95.2。在分散決策下，努力水平e =0.4，訂購量Q =22，云服務供應鏈的總利潤為π =95.2。顯然在無契約的情形下，分散化決策沒有實現(xiàn)云服務供應鏈的協(xié)調。再將上述數(shù)值帶入，得到0.25<α<0.5。

由算例分析可知，基礎實施提供商和應用服務提供商在分散決策的情形下，應用服務提供商的努力水平為0.4，基礎實施提供商和應用服務提供商及供應鏈整體所實現(xiàn)的最大利潤分別為44，43.8和87.8；而在集中決策時，應用服務提供商的努力水平為0.8，基礎實施提供商和應用服務提供商及供應鏈整體所實現(xiàn)的利潤為48，47.2和95.2；對比可知，為了實現(xiàn)供應鏈整體的最大利潤，應用服務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，但是應用服務提供商所付出的成本卻上升了。因此，基礎實施提供商需分擔α倍的應用服務提供商的努力成本，激勵其為實現(xiàn)整體利益而合作，而基礎設施提供商需要承擔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，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 結束語

云計算的新型服務模式雖然得到了廣泛的關注和各界的熱捧，但仍遭遇發(fā)展緩慢的現(xiàn)實。本文首先構建了云服務供應鏈的二級供應鏈基礎實施提供商和應用服務提供商單獨決策時的收益模型，根據(jù)Stackelberg動態(tài)博弈思想，求出基礎實施提供商單獨決策時所獲得的最大利潤以及總利潤；第二，以云服務供應鏈總體利潤最大化為目標，構建集中決策下各決策主體的收益模型，求出基礎實施提供商和應用服務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現(xiàn)云服務供應鏈的協(xié)調，故構建了基于成本分擔契約的云服務供應鏈協(xié)調模型，使得供應鏈主體收益都有所增加，并且能激勵應用服務供應商；最后通過算例計算得出基于成本分擔契約的云服務供應鏈的整體利潤、基礎實施提供商和應用服務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，基礎實施提供商和應用服務提供商利潤的變化情況。

參考文獻：

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