聯合契約下云計算服務供應鏈協調研究

王紅春，叢嬌嬌，劉 帥

（北京建筑大學 經濟管理與工程學院，北京 100044）

聯合契約下云計算服務供應鏈協調研究

王紅春，叢嬌嬌，劉 帥

（北京建筑大學 經濟管理與工程學院，北京 100044）

主要研究內容為應用服務提供商（ASP）和基礎設施提供商（AIP）組成的二級云計算服務供應鏈協調問題。首先在云計算市場下，建立了無契約下供應鏈模型，并對供應鏈協調進行了分析。然后，模型中引入了收益共享契約和懲罰契約，建立了收益共享契約和懲罰契約聯用的供應鏈模型，并進一步分析了此時供應鏈的協調。最后通過數值分析驗證了相關結論。

云計算；供應鏈協調；收益共享契約；懲罰契約

1 引言

近幾年，云計算逐漸崛起，其為人們提供的服務主要有三種：基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）及軟件即服務（SaaS）［1］。基礎設施即服務主要向客戶提供服務器、存儲等硬件服務以及操作系統技術。平臺服務主要向客戶提供一個開發平臺，保障應用程序正常進行。軟件即服務主要向客戶提供一種應用軟件，不需要用戶必須購買安裝，只需根據實際情況支付一定使用費。根據服務形式，云計算服務提供商也分為三類：基礎設施服務提供商（AIP）、平臺服務提供商（APP）以及應用服務提供商（ASP）［2］。由基礎設施服務提供商（AIP）、平臺服務提供商（APP）、應用服務提供商（ASP）以及最終用戶形成了一條云計算服務供應鏈。與傳統供應鏈相比，云計算服務供應鏈以數據為基礎，以互聯網為橋梁進行供應商與供應商、供應商與用戶之間的交易活動，因此無需考慮庫存、運輸等問題。但云計算服務供應鏈上的各提供商彼此獨立的存在，他們同樣以實現自己利益最大化為目標，因此如何實現該供應鏈的協調成為了一個重點問題。關于供應鏈協調的研究很多，但有關云計算市場下的服務供應鏈協調研究卻很少。王建［3］研究了回購契約和收益共享契約以及期權契約和收益共享契約兩種組合下云計算服務供應鏈的協調問題。陳碩［4］在數量柔性契約基礎上引入了獎勵與懲罰機制，在這兩種契約聯用基礎上研究了信息對稱下二級云計算服務供應鏈的協調問題。在此基礎上，本文引入了收益共享契約和懲罰契約，建立了收益共享契約和懲罰契約聯用的供應鏈模型，對二級云計算服務供應鏈的協調問題進行了研究。

2 建立模型

2.1 符號說明及假設

由基礎設施服務提供商和應用服務提供商組成的云計算服務供應鏈中，基礎設施服務提供商（AIP）以批發價格w向應用服務提供商（ASP）提供基礎設施服務，應用服務提供商（ASP）則以售價p向客戶提供應用服務，ASP的訂貨量為q，這里假設AIP的成本由兩部分構成：一是AIP提供的單位服務成本c，另一個則是隨著客戶訂購量增加而增加的管理成本，管理成本表示為eq2，其中e為管理成本系數。市場需求未得到滿足時會產生機會成本，機會成本系數為s，銷售結束，單位產品殘值為v。市場需求隨機，這里假設需求變量服從均勻分布，且受銷售價格p的影響，則關于價格p的需求函數為:D（p）=α-βp，a為最大的市場需求量，b為價格敏感系數，且需求變量X在上服從均勻分布。期望銷售量：

2.2 無契約下的供應鏈模型

2.2.1 集中決策。在集中決策下，基礎設施服務提供商（AIP）和應用服務提供商（ASP）作為一個整體存在，供應鏈的期望利潤函數為：

對q求一階導數有：

再對q求二階導數有：

對p求一階導數：

再對p求二階導數有：

2.2.2 分散決策。在分散決策中，基礎設施服務提供商（AIP）和應用服務提供商（ASP）彼此獨立，以自身利益最大為目標。則基礎設施服務提供商（AIP）的期望利潤為：

應用服務提供商（ASP）的期望利潤為：

對q求一階導數：

對p求一階導數：

證明如（2），（3），（4），則ASP是關于p和q的凹函數，存在唯一解，即存在（p*，q*）使得應用服務提供商（ASP）的利潤最大。

可得 w*=c+2eq*。文獻［4］已表明，雖然當w*=c+2eq*時可以實現供應鏈協調，但此時基礎設施服務提供商的收益較低，不符合實際，因此，本文考慮收益共享契約和懲罰契約聯用的方法協調供應鏈。

3 收益共享契約和懲罰契約下的供應鏈模型

當基礎設施服務提供商（AIP）和應用服務提供商（ASP）之間存在收益共享契約和懲罰契約時，AIP提供一個標準訂貨量M，若ASP的訂貨量大于M，則對于多出的部分AIP給予ASP每單位r的獎勵；若ASP的訂好貨量小于M，則對于低于的部分AIP給予分銷商每單位r的懲罰。同時，基礎設施服務提供商（AIP）可以獲得應用服務提供商（ASP）（1-δ）倍的收益。此時基礎設施服務提供商（AIP）的期望利潤為:

應用服務提供商（ASP）的期望利潤為：

對q求一階導數有：

則

對p求一階導數有：

ASP是關于p和q的凹函數，證明如（2），（3），（4），因此存在最優的（p*，q*）使得應用服務提供商（ASP）獲得最大利潤。

命題1 當基礎設施服務提供商（AIP）和應用服務提供商（ASP）之間存在收益共享契約和懲罰契約時，此時供應鏈實現協調滿足條件：

證明：當供應鏈實現協調時，由（6）和（5）可得

由（7）和（1）可得：

因此，

4 數值分析

在由基礎設施服務提供商（AIP）和應用服務提供商（ASP）組成的兩級服務供應鏈中，AIP和ASP同時以收益共享契約和懲罰契約合作，各參數值如：管理成本系數e=0.1，AIP提供的單位服務成本c=0.5，市場需求未得到滿足時會產生機會成本s=8，單位產品殘值為v= 5，懲罰契約中標準訂貨量M=28。最大的市場需求量a=100，價格敏感系數b=2，需求波動ε=20，則集中決策下最優訂貨量q*=52.32，最優銷售價格 p*=30.32，供應鏈整體利潤為937.51。

表1 供應鏈各成員的利潤分配

由表1可看出，當其他契約參數值已確定的情形下，應用服務提供商（ASP）的利潤與批發價格負相關，隨批發價格的增加呈遞減趨勢，而基礎設施服務提供商（AIP）則相反，隨批發價格的增加利潤呈遞增趨勢。基礎設施服務提供商（AIP）的利潤隨懲罰系數的增加呈遞減趨勢，而應用服務提供商（ASP）的利潤隨懲罰系數的增加呈遞增趨勢，此時供應鏈總利潤保持不變，利潤在基礎設施服務提供商和應用服務提供商之間實現了不同分配。另外，由表1也可得，應用服務提供商（ASP）的利潤與收益共享比例呈正相關關系，隨共享比例的增加ASP利潤逐漸增加。

表2 供應鏈協調時各成員利潤分配

由表2可看出，當供應鏈實現協調且其他契約參數值確定的情形下，根據協調的條件，可由不同的收益共享比例δ，求得批發價格w及懲罰系數r，此時，應用服務提供商和基礎設施服務提供商的利潤之和等于供應鏈的總利潤，且達到最優，因此，供應鏈實現協調。

5 結論

本文考慮了由應用服務提供商（ASP）和基礎設施服務提供商（AIP）組成的兩級供應鏈，首先建立了無契約下集中決策模型和分散決策模型，雖然此狀態下可以實現供應鏈協調，但基礎設施服務提供商的收益過低，不符合實際，因此，本文考慮契約聯用的方法研究供應鏈協調。當ASP和AIP之間同時存在收益共享契約和懲罰契約，通過建立契約模型，給出了此時的兩級供應鏈實現協調的條件。并通過數值分析，給出不同的方案，實現了應用服務提供商（ASP）和基礎設施服務提供商（AIP）之間不同的收益分配。

［1］翟勝輝.基于供應鏈契約理論的云計算服務供應鏈協調機制的設計及仿真研究［D］.北京:北京郵電大學，2014.

［2］齊碩.基于供應鏈契約的三階云計算服務供應鏈協調機制研究［D］.北京:北京郵電大學，2014.

［3］王建.基于供應鏈契約的云計算服務供應鏈協調策略研究［D］.北京:北京郵電大學，2012.

［4］陳碩.基于聯合契約的云計算服務供應鏈協調策略研究［D］.北京:北京郵電大學，2013.

［5］古川，張紅霞，安玉發.云制造環境下的供應鏈管理系統研究［J］.中國科技論壇，2013，（2）:122-127.

［6］李新明，廖貅武，劉洋.基于SaaS模式的服務供應鏈協調研究［J］.中國管理科學，2013，21（2）:98-106.

［7］張武康，郭立宏，郭福利.基于懲罰和收益共享聯合契約的三級供應鏈協調策略研究［J］.預測，2015，34（2）:76-80.

［8］王俏.基于風險規避的供應鏈銷量回饋與懲罰契約協調研究［D］.長沙:中南大學，2012.

［9］葉梅梅.基于數量折扣契約的云服務供應鏈協調研究［D］.杭州:浙江工商大學，2015.

［10］鄒靜，唐秋生，亓秀貞.基于云服務的供應鏈利益協調機制研究［J］.物流科技，2012，（7）:98-101.

Study on Coordination of Cloud Computation Service Supply Chain under Joint Contracts

WangHongchun，CongJiaojiao，LiuShuai
（SchoolofEconomicsManagement&Engineering，BeijingUniversityofCivilEngineering&Architecture，Beijing 100044，China）

In this paper，we mainly studied the coordination of the two-echelon cloud computation service supply chain comprising an ASP and an AIP.First，in the cloud computation market，we built the supply chain model without contract and then analyzed the supply chain coordination problem.Then we introduced a benefit sharing contract and a penalty contract into the model，built the supply chain model that is jointly constrained by the two contracts，and further analyzed the coordination of this supply chain.At the end，we verified the correspondingconclusionthroughanumericalanalysis.

cloudcomputation；supplychaincoordination；benefitsharingcontract；penaltycontract

F274；TP393.09

A

1005-152X（2016）05-0157-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.05.034

2016-04-12

國家自然科學基金“基于大數據的供應鏈協同機制研究”（61472027）

王紅春（1976-），女，北京建筑大學經濟管理與工程學院教授，研究方向：物流與供應鏈；叢嬌嬌（1991-），女，北京建筑大學碩士研究生，研究方向：供應鏈協同管理。