Οικονομικά θέματα και τεχνολογίες παροχής υπηρεσιών φωνής με χρήση πρωτοκόλλων διαδικτύου

Abstract

VoIP call routing involves all the necessary tasks that a VoIP provider must perform in order to setup incoming calls from subscribers. Technology and regulatory developments allow the existence of multiple alternative ways (signalling servers) for routing a call, each one with certain attributes (for example cost, availability and call quality). This dissertation applies techniques from Operational Research and Communication Systems Evaluation. We propose and analyze policies and strategies for VoIP providers that can achieve optimal call routing by considering the expected profit from each successful call. An interesting aspect of these routing policies is the consideration of the time a caller is willing to wait until hearing the ring tone of a pending call. This characteristic allows a provider to make several attempts in order to connect a specific call. The first routing policy proposed is called 'Sequential' and suggests forwarding a call to a single signalling server each time, but allowing redials in case a previously contacted signalling server was found blocked. We propose conditions, that under some assumptions, result in optimal call routing; that is the selection of the optimal signalling server each time. The second routing policy proposed is called 'Forking' and is more generic than Sequential in the sense that allows forwarding a call request to multiple signalling servers. This policy takes advantage of a very interesting aspect of serving a call, the fact that whatever the number of providers attempting to setup a call only one of them will be able to reserve all necessary resources along the signalling path. This characteristic separates our optimization problem from similar problems found in the related work, as well as makes these routing strategies more attractive for VoIP providers. We also study the impact of Forking policy to the set of VoIP providers and owners of signalling servers. We conclude that there are cases where VoIP providers have the incentive to follow a very aggressive strategy with respect to the number of signalling servers used for each call and in relation to the socially optimum forking level. This results to the appearance of a Tragedy of the Commons type of problem. We propose an incentive mechanism that prompts VoIP providers to limit their forking level to the socially optimum. The proposed mechanism is the introduction of a signalling charge for each call setup that is attempted by a signalling server.

Η διαδικασία με την οποία οι πάροχοι υπηρεσιών VoIP εξυπηρετούν αιτήματα για εγκατάσταση κλήσεων από τους πελάτες τους ονομάζεται δρομολόγηση κλήσεων. Τεχνολογικές εξελίξεις και ρυθμιστικές παρεμβάσεις έχουν επιτρέψει την ύπαρξη πολλών εναλλακτικών τρόπων (εξυπηρετητές σηματοδοσίας) για την εγκατάσταση μιας κλήσης, ο καθένας από τους οποίος έχει διαφορετικές ιδιότητες. Η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στο χώρο της Εφαρμοσμένης Επιχειρησιακής Έρευνας και της Αποτίμησης Συστημάτων Επικοινωνιών. Προτείνουμε και αξιολογούμε πολιτικές και στρατηγικές των παρόχων VoIP που μπορούν να πετύχουν βέλτιστη δρομολόγηση κλήσεων, λαμβάνοντας υπόψη τα αναμενόμενα κέρδη από κάθε κλήση που εγκαθίσταται επιτυχώς. Μία ενδιαφέρουσα πτυχή αυτών των πολιτικών δρομολόγησης είναι ότι λαμβάνεται υπόψη ο χρόνος που είναι διατεθειμένος να περιμένει ο καλών μέχρι να εγκατασταθεί η κλήση. Αυτό το χαρακτηριστικό δίνει την ευκαιρία στον πάροχο για πολλαπλές προσπάθειες ικανοποίησης του αιτήματος ενός χρήστη. Η πρώτη από τις εξεταζόμενες πολιτικές δρομολόγησης ονομάζεται Ακολουθιακή και επιτρέπει την προώθηση του αιτήματος εγκατάστασης κλήσης προς ένα εξυπηρετητή σηματοδοσίας κάθε φορά, επιτρέποντας όμως επανακλήσεις στην περίπτωση που ο επιλεγμένος την προηγούμενη χρονική στιγμή δεν ήταν διαθέσιμος. Προτείνουμε κριτήρια που οδηγούν, υπό προϋποθέσεις, στον καθορισμό βέλτιστων στρατηγικών δρομολόγησης, δηλαδή στην επιλογή του βέλτιστου εξυπηρετητή σε κάθε χρονική στιγμή. Η δεύτερη πολιτική δρομολόγησης ονομάζεται Παράλληλη και είναι γενικότερη καθώς, εκτός από επανακλήσεις επιτρέπει την προώθηση ενός αιτήματος σε πολλαπλούς εξυπηρετητές. Ένα πολύ ενδιαφέρον χαρακτηριστικό των κλήσεων ως υπηρεσία είναι ότι ανεξάρτητα από το πλήθος των εξυπηρετητών που επιχειρούν να εγκαταστήσουν μία κλήση, ένας μόνο θα καταφέρει να δεσμεύσει όλους τους απαραίτητους πόρους. Το γεγονός αυτό διαφοροποιεί το πρόβλημα βελτιστοποίησης που επιχειρούμε να λύσουμε από παρόμοια προβλήματα της βιβλιογραφίας. Επίσης, μελετούμε τον αντίκτυπο που θα είχε η Παράλληλη πολιτική στο σύνολο των παρόχων VoIP και στους λειτουργούς των εξυπηρετητών. Συμπεραίνουμε ότι υπάρχουν περιπτώσεις που οι πάροχοι έχουν συμφέρον να υιοθετήσουν μία επιθετικότερη στρατηγική σε σχέση με το κοινωνικά βέλτιστο. Αυτό οδηγεί στην εμφάνιση ενός προβλήματος του τύπου Tragedy of the Commons. Για αυτό το λόγο, προτείνουμε την επιβολή πρόσθετου τέλους σηματοδοσίας για κάθε απόπειρα εγκατάστασης κλήσης που πραγματοποιεί ένας εξυπηρετητής.