[論文レビュー] Competition Between Wireless Service Providers: Pricing, Equilibrium and Efficiency

Feng Zhang, Wenyi Zhang|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2013

ICT Impact and Policies参考文献 13被引用数 24

ひとこと要約

本稿では、無線サービスプロバイダー（SPs）の間の競争を、SPsがリーダーとして価格を決定し、ユーザーがコストと混雑度に基づいてアクセスポイントを選択するスタックルベルクゲームによってモデル化する。対称的かつ相互AP干渉が存在する条件下で、独占下での社会的福祉はデュポリの3/4以上である（PoCS ≥ 3/4）ことが証明され、独占下でのSP利益はデュポリ下の合計利益以上である（PoCP ≥ 1）ことが示され、強い干渉下では両指標が上界に制限されないことが判明した。

ABSTRACT

As the communication network is in transition towards a commercial one controlled by service providers (SP), the present paper considers a pricing game in a communication market covered by several wireless access points sharing the same spectrum and analyzes two business models: monopoly (APs controlled by one SP) and oligopoly (APs controlled by different SPs). We use a Stackelberg game to model the problem: SPs are the leader(s) and end users are the followers. We prove, under certain conditions, the existence and uniqueness of Nash equilibrium for both models and derive their expressions. In order to compare the impact of different business models on social welfare and SPs' profits, we define two metrics: PoCS (price of competition on social welfare) and PoCP (price of competition on profits). For symmetric cross-AP interferences, the tight lower bound of PoCS is 3/4, and that of PoCP is 1.

研究の動機と目的

• 相互AP干渉を考慮した一般的な無線アクセスネットワーク向けの価格設定フレームワークの構築を目的とする。
• 社会的福祉およびSP利益に与える独占とデュポリのビジネスモデルの影響を比較することを目的とする。
• 共有スペクトルとユーザー主導のサービス選択を伴う無線ネットワークにおける均衡行動を分析することを目的とする。
• PoCSおよびPoCPという新しい指標を用いて、競争による効率的損失を定量化することを目的とする。
• 対称的かつ弱い干渉条件下でのPoCSおよびPoCPの解析的境界を確立することを目的とする。

提案手法

• SPsをリーダー、ユーザーをフォロワーとするスタックルベルクゲームとして無線アクセス市場をモデル化する。
• ユーザーの均衡的分布を、不快度（価格＋混雑度）に基づいてWardropの原理を適用してモデル化する。
• 線形需要関数と対称的相互AP干渉モデルを用いて、均衡フローと価格を特徴付ける。
• 独占およびデュポリ下でのユーザー均衡フローとSP均衡価格の解析的表現を導出する。
• 比較指標としてPoCS（社会的福祉における競争の価格）およびPoCP（利益における競争の価格）を導入する。
• 凸最適化およびゲーム理論的分析を用いて、LC1およびLC2仮定下でのナッシュ均衡の存在および一意性を証明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 相互AP干渉は、無線サービスプロバイダー間の競争効率にどのように影響するか？
• RQ2 どのような条件下で独占市場構造がデュポリよりも社会的福祉が優れているか？
• RQ3 対称的干渉下での社会的福祉における競争の価格（PoCS）の下限は何か？
• RQ4 対称的干渉下での利益における競争の価格（PoCP）の下限は何か？
• RQ5 市場の弾力性および干渉レベルは、独占とデュポリの相対的パフォーマンスにどのように影響するか？

主な発見

• 対称的かつ弱い相互AP干渉下では、社会的福祉における競争の価格（PoCS）は3/4以上に下限づけられ、市場需要の弾力性が0に近づくとこの下限はタイト（厳密）である。
• 利益における競争の価格（PoCP）は1以上に下限づけられ、独占利益が常にデュポリ利益の合計以上であることを示し、需要弾力性が高く干渉が小さい場合にこの下限はタイトである。
• 市場需要の弾力性が高く干渉が強い場合、PoCSは上界に制限されず無限大に近づくため、競争による社会的福祉の著しい損失が生じる。
• 強い干渉と高い需要弾力性下ではPoCPについても同様に上界に制限されず無限大に近づくため、競争がSP利益を著しく減少させる可能性がある。
• 数値結果により、強い干渉下では独占が社会的福祉および利益両面でデュポリを上回ることが確認された。
• 対称的干渉状況下では、干渉が低い場合（例：0.7未満）かつ需要弾力性が中程度（例：s = 1）のときのみ、デュポリが社会的に望ましいとされる。