Μοντελοποίηση Και Τεχνο-οικονομική Αποτίμηση Μοντέρνων Τηλεπικοινωνιακών - Δορυφορικών Υπηρεσιών Με Χρήση Τεχνικών Βελτιστοποίησης

Abstract

Η παρούσα διατριβή αναφέρεται στην μοντελοποίηση τεχνο-οικονομικής αποτίμησηςνέων τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών. Ειδικότερα, έγινε τεχνο-οικονομική μελέτηασύρματων δορυφορικών υπηρεσιών. Λαμβάνοντας υπ’ όψιν τους τεχνολογικούςπαράγοντες και περιορισμούς της συγκεκριμένης τηλεπικοινωνιακής εφαρμογής,έγινε εκτίμηση των οικονομικών ωφελειών για έναν Δορυφορικό Παροχέα τηςδιάθεσης της διαστημικής χωρητικότητας, καλύπτοντας τις πραγματικές ανάγκες τηςτηλεπικοινωνιακής αγοράς για τη δημιουργία εργαλείου λήψης αποφάσεων. Στόχοςαποτελεί ο καθορισμός της βέλτιστης τιμολογιακής πολιτικής, ενός ΔορυφορικούΠαροχέα, ώστε να επιτευχθεί η μεγιστοποίηση των εσόδων του, μέσω της βέλτιστηςκατανομής του διαθέσιμου φάσματος. Γίνεται μοντελοποίηση του προβλήματος,λαμβάνοντας υπ’ όψιν τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά της συγκεκριμένης εφαρμογήςπαροχής ασύρματων δορυφορικών υπηρεσιών και γίνεται αποτίμηση με οικονομικούςόρους, μέσω της βελτιστοποίησης και συγκεκριμένα μεγιστοποίησης, των δυνατώνΕσόδων που μπορούν να αποκομιστούν από τη μίσθωση του διαθέσιμου φάσματος.Δημιουργούνται τεχνο-οικονομικά μοντέλα λήψης αποφάσεων, όπου γίνεται ησύγκριση διαφορετικών σεναρίων συνδυασμών πελατών σε ένα ΔορυφορικόΠαροχέα, που ζητούν μίσθωση διαστημικής χωρητικότητας, με διαφορετικάχαρακτηριστικά (υπηρεσία, χρόνο μίσθωσης, ζητούμενο εύρος ζώνης, χρέωση).Κατά την αρχική φάση της μελέτης έγινε συλλογή και στατιστική επεξεργασίαπραγματικών δεδομένων χρεώσεων που ισχύουν στην διεθνή δορυφορική αγορά, γιατην εξαγωγή παραμέτρων ζήτησης και χρέωσης δορυφορικών υπηρεσιών, πουχρησιμοποιήθηκαν κατά την υλοποίηση των μοντέλων. Η υλοποίηση γίνεται με τηδημιουργία μοντέλων, με χρήση διαφορετικών τεχνικών και λογικής υλοποίησης πουαντιμετωπίζουν το ίδιο πρόβλημα. Έγινε πλήρης θεωρητική περιγραφή καιαναπτύχθηκε κατάλληλο λογισμικό για όλα τα μοντέλα. Δημιουργήθηκαν μοντέλα μεχρήση Ευρετικής Τεχνικής αλλά και με χρήση δύο αλγορίθμων ΔυναμικούΠρογραμματισμού, εφαρμόζοντας διαφορετικούς τρόπους μοντελοποίησης.Στο πρώτο στάδιο της υλοποίησης, δημιουργήθηκε ένα μοντέλο λήψης αποφάσεωνχρησιμοποιώντας Ευρετικές Τεχνικές και περιγράφοντας το πρόβλημα με όρουςκέρδους και ρίσκου. Το αποτέλεσμα προκύπτει σε μορφή δέντρου αποφάσεων, μεζητούμενο τη μεγιστοποίηση των Εσόδων και περιγράφεται με όρους πραγματικώνκαι αναμενόμενων Εσόδων, με την αντίστοιχη πιθανότητα αποκομιδής αυτών-ρίσκο.Οι αποφάσεις λαμβάνονται διαδοχικά στο χρόνο και έτσι το μοντέλο ΕυρετικήςΤεχνικής είναι δυναμικό. Ανάλογα με αυτά τα δεδομένα προκύπτουν τα εναλλακτικάεπιχειρηματικά βήματα που θα μπορούν να ακολουθηθούν για την αποφυγή καιαντιμετώπιση αυτών των κινδύνων (contingency plans). Ακολούθως, δημιουργήθηκεένα δεύτερο μοντέλο λήψης αποφάσεων για την ίδια εφαρμογή, όπου αντιμετωπίζεταιως πρόβλημα μαθηματικής βελτιστοποίησης, με χρήση αλγορίθμων ΔυναμικούΠρογραμματισμού, με στοχαστικά στοιχεία διακριτού χρόνου. Καταστρώνονται οιαρχικές εξισώσεις κατάστασης και κόστους και μορφοποιείται ο αλγόριθμος.Ακολουθεί η επίλυσή του, με αναλυτική μέθοδο, εξάγοντας τον τελικό αναδρομικό τύπο, για κάθε διακριτό στάδιο. Επιπρόσθετα, δημιουργείται και ένας δεύτεροςΕναλλακτικός Αλγόριθμος Δυναμικού Προγραμματισμού, όπου γίνεται διαφορετικήαντιμετώπιση της ίδιας εφαρμογής, με κατάστρωση διαφορετικών αρχικώνεξισώσεων κατάστασης και κόστους, όπου γίνεται αναλυτική επίλυση.Έγινε πειραματική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Αναλύθηκαν τα εξαγόμενααποτελέσματα των μοντέλων, εφαρμοσμένα σε πολλαπλές επαναλήψεις. Βασικόκριτήριο αποτέλεσαν, οι προκύπτουσες από τα μοντέλα βέλτιστες αποφάσεις επιλογήςσεναρίων, που πρέπει να λάβει ο Δορυφορικός Παροχέας, ώστε να μεγιστοποιήσει ταΈσοδά του. Επιπρόσθετο κριτήριο, αποτελεί το ποσό των Εσόδων που υπολογίζεταιαπό κάθε μοντέλο, από την υιοθέτηση αυτών των αποφάσεων. Τα αποτελέσματα τηςσύγκρισης των μοντέλων που υλοποιούνται με χρήση Ευρετικής Τεχνικής αλλά καιΔυναμικού Προγραμματισμού έδειξαν υψηλό βαθμό ταύτισης, τόσο ως προς τιςεξαγόμενες αποφάσεις, όσο και ως προς το ποσό των Εσόδων, για τον ΔορυφορικόΠαροχέα που προκύπτουν από την εφαρμογή τους, για όλες τις περιπτώσεις.This thesis deals with the techno-economic modelling and evaluation of newtelecommunication services. Specifically, the techno-economic evaluation of wirelesssatellite services is considered. The economic benefits for a Satellite Operator fromleasing the available satellite bandwidth are evaluated, taking into account thetechnological factors and specifications of the satellite services. The purpose of thethesis is to determine the optimal leasing policies of a Satellite Operator, bymaximizing the profits from the optimum allocation of the available bandwidth. Thecase study of providing wireless services is modelled, taking into accounttechnological factors. Economic evaluation is performed through optimizationtechniques, by maximizing the possible revenues that can be acquired by the leasingof the satellite bandwidth. Techno-economic decision making tools are developed forthe comparison of different scenarios of combinations of customers asking to hiresatellite capacity. There is a variety of services that a satellite can support. For each ofthese services requested by the customers, there is a different bandwidth demand,duration of lease, and a different price, incorporated to the models.Initially, pricing data are gathered from the international market. These data arestatistically processed to produce demand and pricing parameters, for satelliteservices. These parameters are integrated at the following steps of this study, whichinvolves the modelling of the problem. The implementation is performed by creatingdifferent models using different techniques and conceptual structure, for the sameapplication. For each model there is a complete theoretical description anddevelopment of the appropriate software. Decision making tools are created using aHeuristic approach and two different Dynamic Programming Algorithms approaches,applying alternative concepts of modelling.At the fist stage of implementation, a decision making tool was created usingHeuristic techniques, considering associated profits and risk. The output of the modelis in the form of a decision tree. This maximization problem is described in terms ofreal and expected revenues, along with the corresponding probability of getting them.The final outcome leads to optimal enterprise steps that maximize revenues andenables the evaluation of different contingency plans. The decisions are takensuccessively in a time horizon and thus the presented tool incorporates time evolution.Consequently the model is dynamic.At the following stage a second model was created for the same application using thediscrete time, Dynamic Programming Algorithm, with stochastic elements. Themathematical description of the problem formulation is constructed by defining thediscrete time system equation and the additive cost function. Accordingly theDynamic Programming Algorithm for the specific application was applied. Usinganalytical methods the optimal cost for each stage is computed in the form of arecursive function. At the third stage, an Alternative Dynamic ProgrammingAlgorithm was proposed. This Algorithm uses a different modelling approach, for the same problem. A new discrete time system equation and additive cost function wasdesigned. The analytical solution was derived.All the models are evaluated experimentally. Multiple executions are applied at eachmodel in order to evaluate the similarity of the outcomes. The main criterion is thedecisions that the models produce. These decisions consist of the optimal leasingpolicies for the Satellite Operator that will maximize the Revenues. Additionalcriterion is the amount of Revenues that is computed from each model, from theadoptions of these optimal leasing policies. The comparison of the outcomes of themodels, under the concepts of the Heuristic and the two Dynamic Programming typeapproaches shows that the resulting optimal leasing policies and revenues are verysimilar, for all experiments, a fact that reinforces the confidence in the relevance ofthe proposed methodology.