[論文レビュー] Capacity Allocation and Pricing Strategies for Wireless Femtocell Services

Lingjie Duan, Biying Shou+1 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2012

ICT Impact and Policies参考文献 17被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、ドメインセルオペレータ、フェ微微セルオペレータ、およびユーザーの間で3段階の動的ゲームをモデル化し、分散型フェ微微セルシステムにおけるスケジューリングリースおよび価格戦略を分析する。スケジューリングが限られている場合、マクロセルオペレータはスケジューリングをリースすることで利益を得るが、スケジューリングが豊富になると、競争が激しくなるためインcentiveが低下する。

ABSTRACT

Indoor cell phone users often suffer from poor connectivity. One promising solution, femtocell technology, has been rapidly developed and deployed over the past few years. One of the biggest challenges for femtocell deployment is lack of a clear business model. This paper investigates the economic incentive for the cellular operator (also called macrocell operator) to enable femtocell service by leasing spectrum resource to an independent femtocell operator. On the one hand, femtocell services can increase communication service quality and thus increase the efficiency of the spectrum resource. On the other hand, femtocell services may introduce more competition to the market. We model the interactions between a macrocell operator, a femtocell operator, and users as a three-stage dynamic game, and derive the equilibrium pricing and capacity allocation decisions. We show that when spectrum resources are very limited, the macrocell operator has incentive to lease spectrum to femtocell operators, as femtocell service can provide access to more users and efficiently increase the coverage. However, when the total spectrum resource is large, femtocell service offers significant competition to macrocell service. Macrocell operator thus has less incentive to enable femtocell service. We also investigate the issue of additional operational cost and limited coverage of femtocell service on equilibrium decisions, consumer surplus and social welfare.

研究の動機と目的

• フェ微微セル展開を戦略的意思決定として考慮したマクロセルオペレータの定量的ビジネスモデルの構築を目的とする。
• フェ微微セルサービスによるスケジューリング効率の向上と市場競争の激化のトレードオフを分析することを目的とする。
• 制限されたスケジューリングと運用コストの下で、容量割り当ておよび価格決定が消費者余剰と社会的福祉に与える影響を検討することを目的とする。
• サービス品質と価格に基づいたマクロセルおよびフェ微微セルサービス間のユーザー選好行動をモデル化することを目的とする。

提案手法

• マクロセルオペレータが最初に容量と価格を設定し、フェ微微セルオペレータがそれに応じて価格を決定し、ユーザーがサービス品質とコストに基づいて選択する3段階のスタックルーバー・ゲームとして相互作用をモデル化する。
• ゲーム理論的均衡解析を用いて、両オペレータの最適価格および帯域幅割り当て戦略を導出する。
• サービス品質と価格に基づくユーザー需要関数を導入し、フェ微微セルを好むユーザーを特定する閾値モデルを用いる。
• フェ微微セルの容量がユーザー需要と等しくなる均衡条件を、利益関数の制約付き最適化により導出する。
• フェ微微セルオペレータの利益最大化問題に運用コストおよびカバレッジ制限を制約として組み込む。
• 解析的解法および1次条件を用いて、均衡価格および帯域幅割り当ての閉形式表現を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マクロセルオペレータはフェ微微セルオペレータにスケジューリングをリースすべきか？ どのようなスケジューリング容量条件下でこれが有益か？
• RQ2 マクロセルおよびフェ微微セルオペレータの価格設定および容量割り当て意思決定が、競争市場でどのように均衡に達するか？
• RQ3 制限されたスケジューリングの可用性が、マクロセルオペレータがフェ微微セルサービスを有効化するインセンティブに与える影響は何か？
• RQ4 運用コストおよびフェ微微セルのカバレッジ制限が、均衡結果および社会的福祉に与える影響は何か？
• RQ5 ユーザーがマクロセルとフェ微微セルサービスの間で選好を示す要因は、サービス品質と価格にどのように依存するか？

主な発見

• スケジューリングが限られている場合、フェ微微セルサービスによりカバレッジとスケジューリング効率が向上するため、マクロセルオペレータはフェ微微セルオペレータにスケジューリングをリースするインセンティブを持つ。
• 全スケジューリングが豊富な場合、フェ微微セルサービスによる競争が顕著になり、マクロセルオペレータのフェ微微セル展開を推進するインセンティブが低下する。
• 均衡におけるフェ微微セル価格は、ユーザー需要と帯域幅コストのトレードオフに起因し、最適価格は $ p_F^* = \max\left(\frac{2p_M}{1+p_M}, \frac{-p_M + \sqrt{p_M^2 + 4B_F p_M}}{2B_F}\right) $ で与えられる。
• フェ微微セルオペレータが購入する均衡帯域幅は $ B_R^* = \min\left(\frac{1 - p_M^2}{4p_M}, B_F\right) $ であり、容量制限を反映している。
• 運用コストを組み込むと、最適フェ微微セル価格は $ p_F^* = \frac{2}{1 + \frac{1}{p_M + C}} $ にシフトし、価格決定におけるコスト感受性が明確になる。
• 消費者余剰および社会的福祉は、スケジューリングの枯渇と運用コストの両者に影響を受けるが、中程度のスケジューリング割り当てレベルで最適な結果が得られる。