End-to-end network quality

Abstract

In den glorreichen Tagen der Telekommunikation führte die Einführung von Flatrates zu einer Profitsteigerung durch eine erhöhte Netzauslastung, welche umfassende Investitionen in die Netzwerkinfrastruktur ermöglichte. Doch der drastische Wandel der letzten Jahre ließ die Gewinnmargen substantiell schmelzen, was teilweise durch stagnierende Nutzerzahlen und starken Wettbewerb bedingt war. Da bei starkem Wettbewerb direkte Preiserhöhungen kaum ohne Marktanteilsverluste umsetzbar sind, limitierte die frühe Fixierung auf flache Preiskurven (ie, mittels Flatrates) auch den Veränderungsspielraum für Netzwerkbetreiber. Falls neue Nutzungsszenarien, wie Machine-to-Machine (M2M) oder Internet of Things (IoT), keinen Umschwung bringen, muss sich die Industrie grundlegend neu erfinden. Mit einem modernen, interdisziplinären Verständnis von Telekommunikation kann das Internet als Erfahrungsgut verstanden werden. Derartige Güter können im Gegensatz zu objektiv quantifizierbaren Produkten nur subjektiv und basierend auf eigenen Erfahrungen beurteilt werden, was auch die Vermarktung von Quality of Experience (QoE) erheblich erschwert. Sowohl eine geeignete Produktkommunikation und Vermarktung als auch empirisch-parametrisierte Technologien legen jedoch den Grundstein um Netzwerkqualität auf den gleichen Rang wie den Paketpreis zu heben und damit eine nachhaltigere Vermarktung von Internetdiensten zu erwirken. Während das Forschungsfeld um QoE in den letzten Jahren die Verknüpfung von netzwerktechnischen (Quality of Service (QoS)) und nutzergetriebenen (QoE) Aspekten angestrebt hatte, konnten keine hinreichenden Lösungen für die kommerzielle Etablierung von QoE-Produkten am Markt präsentiert werden. Als Reaktion auf die genannten Probleme verfolgt die vorliegende Dissertation einen nutzwertorientierten Lösungsansatz um Ende-zu-Ende-Netzwerkdienste mit Qualitätsgarantie zu kommerzialisieren, unter gleichwertiger Berücksichtigung nutzer-, sozial-, ökonomisch- und technisch-getriebener Gesichtspunkte. Sie erforscht insbesondere attraktive Marktsegmente für garantierte Netzwerkqualität, deren ökonomische Verwertbarkeit und Möglichkeiten für deren technische Realisierung. Während die verwendeten Garantien dabei Stabilität orthogonal zu anderen Qualitätsmerkmalen vermitteln, sorgt die Ende-zu-Ende-Eigenschaft für ein konsistentes Kundenerlebnis ungeachtet der gobalverteilten jedoch kooperierenden Netzwerkanbieter. Besondere Aufmerksamkeit wird auf die Parametrisierung und Konfiguration eines erfolgreichen Markteinstiegs gelegt. Durch einen gezielten Fokus auf Video on Demand (VoD) und andere medienintensive Dienste kann diese Arbeit einen repräsentativen Querschnitt durch die umfassende Materie zeigen. In einem Top-down-Ansatz wird ein Lösungskonzept über drei Ebenen von grundlegend ökonomischen über optimierungsorientierten bis zu feingranularen technologischen Aspekten konstruiert. Auf jeder Ebene werden Methodologien des jeweiligen Fachgebietes verwendet: Auf der obersten Ebene werden fundamentale Marktkonfigurationen als Value Network (VN) verglichen. Die mittlere Ebene fokussiert auf empirische Nutzerstudien zu QoE und Willingness-To-Pay (WTP), um ökonomische Optimierungsmodellen realistisch zu parametrisieren. Diese Modelle ermöglichen die Maximierung von Umsätzen, Profiten oder der sozialen Wohlfahrt. Dazu werden empirische Laborstudien sowie analytische und spieltheoretische Modelle verwendet. Auf der untersten Ebene wird eine Anbindung an technische Lösungen geschaffen, die sowohl ökonomisch als auch technisch eine effiziente Ende-zu-Ende-Verteilung von Ressourcen ermöglichen. Dabei werden unter anderem Techniken zum Aushandeln von Service Level Agreements (SLAs), zur Netzwerkpfadberechnungen, für Zugangskontrollen und des Netzwerkschedulings verwendet. In einem finalen Schritt werden Daten, die eine zentrale Rolle in dieser Dissertation einnehmen, in einer dezidierten Studie evaluiert. Die Resultate dieser Arbeit deuten darauf hin, dass Preisdiskriminierung dritten Grades ein substantielles Umsatzwachstum ermöglichen kann, sofern ein geeigneter Preis bei Markteintritt festgelegt wird. Durch den Umstieg auf nutzenorientierte Zugangskontrolle, Ressourcenzuteilung und Netzwerkpfadberechnung können Vorteile für Nutzer, Anbieter oder die soziale Wohlfahrt geschaffen werden. Darüber hinaus erscheinen Kompensationszahlungen (ie, „side payments“), die mit der Netzneutralität im Konflikt stehen, aus ökonomischer Sicht weitestgehend unattraktiv. Insbesondere auffällig ist auch die niedrige Marktmacht von Transitnetzwerkanbietern. Die Übertragung dieser Ergebnisse auf andere Bereiche der Telekommunikation erscheint realistisch, bedarf jedoch einer weiteren detaillierten Untersuchung. Die empirischen Daten sowie das VN-Toolset können auch für Anwendungsgebiete abseits von Kommunikationsnetzen angewandt werden.