[論文レビュー] Towards A Marketplace for Mobile Content: Dynamic Pricing and Proactive Caching

Faisal Alotaibi, Sameh Hosny+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2015

Caching and Content Delivery参考文献 8被引用数 14

ひとこと要約

本稿では、プロアクティブキャッシュとデバイスツーデバイス（D2D）取引を用いた動的マーケットプレイスを提案し、ネットワーク負荷のバランスと利益の最適化を実現する。時間変動型の価格設定と手数料を伴うスタックルバーゲームとしての相互作用をモデル化することで、エンドユーザーは事前キャッシュとピアツーピア共有により支払いを削減可能であり、完全接続状態ではキャリアの利益が最大98％増加し、ユーザーの支出は最大45％削減される。

ABSTRACT

In this work, we investigate the profit maximization problem for a wireless network carrier and the payment minimization for end-users. Motivated by recent findings on proactive resource allocation, we focus on the scenario whereby end-users who are equipped with device-to-device (D2D)communication can harness predictable demand in proactive data contents caching and the possibility of trading their proactive downloads to minimize their expected payments. The carrier, on the other hand, utilizes a dynamic pricing scheme to differentiate between off-peak and peak time prices and applies commissions on each trading process to further maximize its profit. A novel marketplace that is based on risk sharing between end-users is proposed where the tension between carrier and end-users is formulated as a Stackelberg game. The existence and uniqueness of the non-cooperative sub-game Nash equilibrium is shown. Furthermore, we explore the equilibrium points for the case when the D2D is available and when it is not available, and study the impact of the uncertainty of users future demands on the system's performance. In particular, we compare the new equilibrium with the baseline scenario of flat pricing. Despite end-users connectivity with each other, the uncertainty of their future demands, and the freshness of the pre-cached contents, we characterize a new equilibrium region which yields to a win-win situation with respect to the baseline equilibrium. We show that end-users activity patterns can be harnessed to maximize the carrier's profit while minimizing the end-users expected payments.

研究の動機と目的

• ピーク時間帯の混雑とオフピーク時間帯の未利用状態に起因するセルラーネットワークにおける日常的な需要と供給の不一致を解消すること。
• 予測可能なユーザー需要とプロアクティブなコンテンツ配信を活用することで、反応型価格設定やWiFiオフロードの限界を克服すること。
• キャリアが利益を最大化し、ユーザーが期待支払いを最小化できるウィンウィンインcentiveメカニズムを設計すること。動的価格設定とD2D取引を活用する。
• 不確実性と接続制約を伴う戦略的意思決定をモデル化するため、キャリアとユーザーの相互作用をスタックルバーゲームとして定式化すること。

提案手法

• 時間依存の価格設定と取引手数料を伴うスタックルバーゲームとして、キャリアの利益最大化とエンドユーザーの支払い最小化を定式化する。
• オフピーク時間帯に予測可能なコンテンツをプロアクティブにキャッシュすることで、ピーク時間帯のネットワーク負荷を低減する。
• デバイスツーデバイス（D2D）通信を活用し、ピアツーピアコンテンツ取引を可能にし、事前にキャッシュされたコンテンツをユーザー間で共有可能にする。
• ゲーム理論的分析を用いて均衡条件を定式化し、部分ゲーム完全ナッシュ均衡の存在および一意性を証明する。
• 将来の需要の不確実性とコンテンツの新鮮さの変動を最適化フレームワークに組み込み、現実世界の動的要因を反映する。
• シミュレーションと解析的結果を用いて、ベースラインのフラット価格と比較し、提案された動的価格設定とD2D取引モデルのシステム性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的価格設定とプロアクティブキャッシュが、どのように併せてネットワーク混雑を軽減し、キャリアの利益を向上させるか？
• RQ2 プロアクティブコンテンツマーケットプレイスにおいて、D2D接続性がエンドユーザーの節約額とキャリア収益に与える影響は何か？
• RQ3 動的価格設定とキャッシュフレームワーク下で、キャリアとユーザーのウィンウィン状態が成立する条件は何か？
• RQ4 ユーザー需要とコンテンツ新鮮度の不確実性が、提案されたマーケットプレイスの均衡結果に与える影響は何か？
• RQ5 ユーザーの関心の一致が、効率的なコンテンツ取引と負荷分散を実現する上で果たす役割は何か？

主な発見

• エンドユーザーがD2D経由で完全に接続されている場合、キャリアの利益は最大98％増加する。
• 完全接続状態では、ユーザーjの期待支払いは最大45％削減されるが、非接続状態では20％にとどまる。
• D2D接続性が向上するにつれ、ピーク時のネットワーク負荷が顕著に低下し、コンテンツ共有がオフピーク時間帯に需要をシフトさせる。
• 少なくとも1人のユーザーがコンテンツに非ゼロの関心を持つ限り、接続状態に関わらずウィンウィン状態が達成可能である。これはキャッシュと取引によるリスク共有のおかげである。
• 関心を示すエンドユーザーの数が増加するほど、キャリアの利益とユーザーの節約額が両方向上する。これはコンテンツ人気予測への投資を促進する要因となる。
• 提案されたモデルは、フラット価格を上回り、ピーク時とオフピーク時の両方で負荷を分散させることで、混雑と未利用状態の両方を軽減する。