[논문 리뷰] Industrial Symbiotic Networks as Coordinated Games

Vahid Yazdanpanah, Devrim Murat Yazan외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 04. 19.

Sustainable Industrial Ecology참고 문헌 17인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 산업 상호보완 네트워크(ISNs)를 MC-Net 협력 게임으로 모델링하고 규제 인센티브 규칙 및 사회경제 정책을 통합하여 공정하고 안정적인 이익 배분을 보장하는 게임이론적 프레임워크를 제안한다. 주요 기여는 인센티브 규칙을 게임에 공식적으로 통합하여 촉진되는 ISNs의 실행 가능성을 보장하면서도, 불안정하거나 금지된 협력 관계를 방지하는 공조 ISN 게임(C-ISN)의 도입이다.

ABSTRACT

We present an approach for implementing a specific form of collaborative industrial practices-called Industrial Symbiotic Networks (ISNs)-as MC-Net cooperative games and address the so called ISN implementation problem. This is, the characteristics of ISNs may lead to inapplicability of fair and stable benefit allocation methods even if the collaboration is a collectively desired one. Inspired by realistic ISN scenarios and the literature on normative multi-agent systems, we consider regulations and normative socioeconomic policies as two elements that in combination with ISN games resolve the situation and result in the concept of coordinated ISNs.

연구 동기 및 목표

• 집단적인 경제적 이익이 존재함에도 불구하고 공정하고 안정적인 이익 배분이 저해되는 ISN 구현 문제를 해결하기 위해.
• 운영 비용 역학을 반영하고 규범적 규칙의 통합이 가능한 협력 게임으로 ISNs를 모델링하기 위해.
• 인센티브 규칙과 사회경제 정책을 활용한 규범적 조율 메커니즘을 개발하여 기업들이 바람직하고 안정적이며 공정한 협력 관계로 유도하기 위해.
• 촉진되는 ISNs가 안정적이고 공정한 방식으로 실행 가능하도록 보장하면서도, 규제 메커니즘을 통해 금지된 ISNs는 억제하기 위해.
• 산업 자율성과 시장 자유를 존중하면서도 확장 가능하고 동적이며 조정 가능한 ISN 구현 프레임워크를 구축하기 위해.

제안 방법

• 모든 기업의 부분집합 S에 대해 v(S) = T(S) − O(S)로 정의되는 정규화된 초가역적 협력 게임(N, v)으로 ISNs를 모델링하며, 이는 상호보완적 협력으로 인한 비용 절감을 나타낸다.
• 각 규칙 ρi가 분할 (Si, N∖Si)을 인센티브 ιi로 매핑하는 MC-Nets를 사용하여 인센티브 규칙을 표현함으로써 동적이고 확장 가능한 규칙 적용을 가능하게 한다.
• 경제적, 환경적, 사회적 기준에 기반하여 ISNs를 촉진(p⁺), 허용(p⁰), 금지(p⁻)로 분류하는 사회경제 정책 함수 ℘: 2^N → {p⁺, p⁰, p⁻}를 정의한다.
• 인센티브 규칙을 공조 ISN 게임(C-ISN)을 통해 게임에 통합하며, 이는 c(S) = v(S) + ι(S)로 정의되며, 여기서 ι(S)는 그룹 S에 적용 가능한 인센티브의 합이다.
• 공식적인 게임이론적 보장을 통해 촉진되는 ISNs의 코어 해가 안정적이고 공정하도록 인센티브 규칙 집합을 구성함으로써 촉진되는 ISNs의 실행 가능성을 보장한다.
• 촉진된 ISN 그룹 간 상호 배타성을 확보하여 갈등을 방지하고, 모든 촉진된 ISNs가 상호 간에 불안정성을 유발하지 않도록 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ISNs는 어떻게 운영 비용 역학을 반영하고 규범적 규칙의 통합이 가능한 협력 게임으로 공식적으로 모델링될 수 있는가?
• RQ2 규제 인센티브 규칙과 규범적 사회경제 정책은 어떻게 통일적으로 표현되어 ISN 행동을 바람직한 결과로 이끌 수 있는가?
• RQ3 규범적 조율 메커니즘은 어떻게 ISN 게임에 통합되어, 확립된 정책에 기반한 공정하고 안정적인 바람직한 ISNs의 실행 가능성을 보장할 수 있는가?
• RQ4 어떤 조건이 주어진 정책 하에서 촉진되는 모든 ISNs가 동시에 안정적이고 공정하게 실행 가능하도록 보장하는가?
• RQ5 다른 촉진된 ISNs에 대한 인센티브 규칙 간 갈등은 어떻게 해결되어 전체 시스템의 안정성을 유지할 수 있는가?

주요 결과

• 모든 협력 집단 S의 가치가 독립적 비용 T(S)와 협력 비용 O(S)의 차이로 정의되는 ISNs를 MC-Net 협력 게임으로 모델링하는 공식적 프레임워크가 구축되었다.
• 어떤 주어진 ISN 게임이라도 적절한 금전적 인센티브를 통해 실행 가능하도록 만들 수 있다는 것이 증명 가능하다.
• 규범적 정책 함수 ℘의 도입으로 ISNs가 사회경제적 영향에 따라 촉진(p⁺), 허용(p⁰), 금지(p⁻)로 분류될 수 있다.
• 공조 ISN 게임(C-ISN)은 c(S) = v(S) + ι(S)로 정의되며, 여기서 ι(S)는 적용 가능한 규칙의 인센티브를 집계함으로써 촉진된 ISNs가 경제적으로 유혹적이며 안정적이게 된다.
• 모든 촉진된 ISNs가 상호 배타적일 경우, 이 프레임워크는 모든 이러한 ISNs가 공정하고 안정적인 방식으로 실행 가능하다는 것을 보장하며, 인센티브 규칙 간 갈등을 방지한다.
• 이 프레임워크는 기업이 시장 자유도나 재정 자율성을 포기할 필요 없이도 동적이고 확장 가능하며 정책 인식 가능한 ISN 구현을 지원한다.