TELKOM NIKA , Vol.13, No .1, March 2 0 1 5 , pp. 299~3 0 4   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v13i1.117        299     Re cei v ed  Jul y  19, 201 4; Revi sed  Jan u a r y 6, 20 15; Accepted  Jan u a ry 2 4 , 2015   Internet Pricing on Bandwidth Function Diminished  with Increasing Bandwidth Utility Function      Indra w ati * , Irmeil y a na, Fit r i Ma y a  Puspita, Ok y  Sa nja y a   Jurusan Matematika, Faku lta s  Matematika d an Ilmu Pen get ahu an Al am, Universit a s Sri w i j a y a   Jln. Ra ya Pra b u muli h KM 32 Inder ala y a O g a n  Ilir Sumatera  Selata n Indo ne sia   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : indra w a t i1 00 6@gma il.com       A b st r a ct   In this paper  w e  analy z e  th e intern et prici ng sche m es b a sed o n  ban d w idth function  di min i sh ed  w i th increas in g  ban dw idth  util ity functio n  w i th 3  pr ici ng str a tegi es for h o m o g e neo us a n d  het erog en eo us  consu m er. Th e n e w  prop os ed  prici ng sc h e mes w i th th is  utility fu nctio n  w ill g i ve th e i n formatio n  to t he  intern et servic e provi ders (ISP) in maxi mi z i n g  pr of its an d provi de b e tter service q u a lity for users. T h e   Mode ls on ev e r y type of consumer ar e a ppl i ed to the data t r affic in Pale mban g loc a l serv er. LINGO 11.0 is  used to co mpu t e the non li nea r progra mming  probl e m  to  ge t the opti m al s o luti on. T he re sults show ed t h a t   for each  case  base d  o n  3- pricin g sch e m e, ISPs get  b e tter profit by  choos in g al three sch e m e s  i n   consu m ers typ e  of  ho mo ge no us cas e  w h il e f o r h e terog e n e ous c a ses  on w i ll ing ness   to pa y and   b a sed   o n   dema nd of the  consum ers , ISPs can sel e ct flat fee sche m to gain  hi g her  profit rather tha n  those tw o oth e r   schem es.      Ke y w ords : uti lity functio n s,  the functi on  o f  di min i sh ed b andw idth   w i th  incre a si ng b andw idth, prici n g   sche m es, cons umer ho moge n eous, het erog e neo us cons u m ers      1. Introduc tion  Internet ha an impo rtant  role in the  eco nomy an d edu cation  arou nd the  world. The  Internet is a  multimedia  libra ry, beca u se it ha s a lot of complete information. Com p lete   informatio n a nd q u ickly m a ke  con s ume r s intereste d  i n  be comi ng  a  co nsume r  int e rnet  se rvice s Con s um ers  who  ma ke a l o t of Internet  Service P r ovi ders (ISPs)  compete to   provide service s  of  the hig h e s t q uality (Q uality of Se rvice )   a nd  the  optimal prices for  con s um ers [1]-[3]. In addition   in maintai n in g the  quality  of se rvice a n d  optimal  p r ices fo co nsu m ers, Interne t  Service  Pro v ider  (ISP)  sho u ld also con s id er  profits.   The  re sea r ch  on diffe renti a ted net wo rk in  g ene ral  netwo rk archi t ecture  with   quality of  servi c e a r e d ue to [4]-[7] whi c h then a r e improve d  b y  [8] in multi  QoS netwo rks and [9] in multi  servi c e networks.  In parti cula r,  the re cent  r e s e ar ch focus   on  w i r e less  mesh QoS  network  architectu re  a r e d ue to   [10 ],[11] that mainly  discu s s th e adva n ced t e ch nolo g y in  comm uni cati on  netwo rk.   There are  some assumpti ons for  utility func tion to  be applied in the model  but the  resea r chers  usu a lly use the band width  function with  fixed loss a nd delay and  follow the ru les  that margin al  utility as band width fun c tion  dimini shing  with incre a si n g  band width [ 4 -8]. The oth e reason deali ng  with the choices  of utility  functi on i s  that t he utility function  should be  differentiabl e  and  ea sily t o  be  an alyze d  the   hom og eneity an d h e terog eneity  that impa cts  the  choi ce  of pri c ing  structu r e for the  co mpanie s . Ke l l y [12]-[14] a l so  cont e n d s  that the util ity  function al so  can be a ssumed to be  increa sing fu nction, st rictl y  concave a nd co ntinuo u s ly  differentiabl e.  In [15], the f i nding  of int e rnet  ch argin g  is  ba sed  o n  an alytical  step s a nd o n  Cobb - Dou g la ss util ity function. Other u s eful  utility  functions  are  pro v ided, but o n ly a few were   discussed. S o metimes, it is  more li kely hav e a  go od a d vantag e if de aling   with findi ng t h e   solutio n  num erically rathe r  than analytically,  if involving many vari able s  and p a rameters.   So, we provi de to sea r ch  the optimal solutio n s n u m eri c ally for  three inte rnet  prici ng  scheme s  wh ich  are flat  fee, u s ag e - ba sed,  and  two - pa rt ta riff for  hom ogen eou a nd  hetero gen eo us  con s um e r s b a sed o n  functio n  of band widt h dimini she d  with incre a s ing  band width u s i ng LING O 11 .0 [16].      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 1, March 2 015 :  299 – 3 0 4   300 2. Rese arch  Metho d     In this pape r, the internet prici ng sch e m es will be  compl e ted by  the program  LINGO  11.0 to o b tai n  the o p timal  sol u tion. Th e solution  obt ained  will  hel p dete r mine  the optim al p r ice  on the flat fee, usage -ba s e d , and two-pa rt  tariff  for internet p r ici ng  scheme s .       3. Model    The general form of utility f unction based on the F u nction of   Diminished Bandwi dth with  Incre a si ng Ba ndwi d th :       In     j  class is divi ded into cl asses du ring p e a k  hou r ( X ) a n d  off-pea k ho ur ( Y ) to obtai n:        In     (1)         In     (2)     w h er          (3)                                Then, it will be      ,    In      In    (4)       ,   I n  I n  (5)     Then, Eq(5 ) b e com e     ,   I n    I n    (6)       This chan ge wa s made to simplify the calcul ation wh en the minim u m con s um ption level      dan   resp ectively, as wel l  as the level of  consum ption durin g pe ak hou rs and  off-peak  hours   dan   can pro d u c e a  minimum val ue of 0 than creating n egati v e value.   For the case of homoge ne ous  con s um e r s,       Max  I n    I n       (7)     Subject to          (8)          (9)        I n    I n      0  (10 )        0 o r 1  (11 )     For the case  of heterog en eou s upp er a nd lo wer cl ass co nsume r s,  supp ose tha t  there  are m  con s u m ers up per  class ( i   = 1)  a nd n lo we r cl ass con s ume r ( i  = 2 ) . It is a s sumed t hat  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Internet Pri c ing on Bandwi dth Function Dim i nish ed with Increasing Bandw idth ....  (Indrawati)  301 each of these heterog ene ous con s ume r s have a limit on the same   the  level o f  consum ptio n   durin g pea k h ours and   the level of con s u m ption du ring  off-pea k hou rs    dan     Con s um er O p timization Problem s:      Max , ,  I n    I n      0  (12 )     Subject to         (13 )         (14 )        I n    I n      0  (15 )       0 o r 1  (16 )     As for the ca se of heterog eneo us hig h  le vel of usag e and low u s age level co nsum ers,   sup p o s e a ssumed t w o types  of co nsu m ers,  co nsu m er  con s um ption level i s   high ( i   = 1) with  maximum co nsum ption rate of   and  and  con s um er u s age rate is lo w (i = 2 )  with  a maximum   con s um ption rate  of  dan  . There  are  m  con s um ers of  type 1 and t y pe 2  n  con s umers  with     dan        4. Result a n d Analy s is   Pricin g sche mes inte rnet  probl ems  solved usi ng  the sam e  m odel by [17]  with the  para m eter val ues  use d  are  in Table 1 - 3 b e low.        Table 1. Para meter Value s  Use d  in Ca se 1-3   Parameter   Case 1  Case 2  Case 3  ɑ   4 4  b   3 3  2656.17  2656.17   2656.17   5748.88  5748.88   5748.88     20.89  20.89   20.89     49.43  49.43   49.43   P x   0.2 x 10 - 1   0.2 x 10 - 1   P y   0 0  58.5 0  1.8  1 1    1 1       Table 2. Para meter Value s  Use d  in Ca se 4-6   Parameter   Case 4  Case 5  Case 6    2656.17  283.8350   282.5491     5748.88  212.6416   211.6775     2314.40  69.21977   69.14995     2406.87  45.82485   45.77830     20.89  20.89   20.89     49.43  49.43   49.43   P x   0 0.1  0.1  P y   0 0.1  0.1  49.1 0  0.1  Z 1   1 1  Z 2   1 1  U 01   1 1  U 02   1 1      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 1, March 2 015 :  299 – 3 0 4   302 Table 3. Para meter Value s  Use d  in Ca se 7-9   Parameter   Case 7  Case 8  Case 9  X 1  2656.17   222.93   221.61   Y 1  5748.8   148.30   147.42   X 2  2314.4   69.937   69.847   Y 2  2406.8   46.303   46.243   X m   20.89  20.89   20.89   Y m  49.43   49.43   49.43   P x   0 0  0.1  P y   0 0.1  0.1  49.16  0  0.1  Z 1   1 1  Z 2   1 1  U 01   1 1  U 02   1 1      The value s  of the param eters a r sub s ti tuted into the model, then  we have:     Case 1: For f l at fee prici n g  sch eme s , se 0 , 0 , a n d 0  meani ng th at the prices  use d   by the service provide r  ha s no e ffect on  the time of use.   Ca se 2: For usage -ba s e d  pricin g sch e me by setting  0 , 0 , a n d 0 , meanin g  that  servi c e p r ovi ders delive r  differentiated  price s the p r ice of  con s u m ption du rin g  pea k hou rs and   at off-pea k ho urs.    Cas e  3: For pric ing sc heme with a  two-part tariff , s e 0 , 0 , a n d 0  means that  servi c provi ders d e liver  differentiated  pri c e, i. e. th e pri c of co nsum ption  d u ring  pea h ours  and off-pe ak  hours.   Ca se 4:  Fo prici ng  sche me  by setting  a flat fee, then  0 , 0 , a n d 0 ,  meanin g  that  the prices used by  the  service pr ovider has  no  effect on the time  of use, then consumers  will  cho o se the maximum co nsumption rate   ,  ,  ,a n d  .   Ca se 5: For  usa ge-ba sed  prici ng sch e m e by setting   0 , 0 , a n d 0 , then a maximum  con s um ption  rate   ,  ,  ,a n d  . Then con s ume r will cho o se th e   maximum co nsum ption rate   ,  ,  ,a n d  Ca se 6: Fo r two-p a rt tari ff pricing  scheme, set  0 , 0 , a n d 0 ,  with a maxi mum  con s um ption  rate   ,  ,  ,a n d  . Then con s ume r will cho o se th e   maximum co nsum ption rate   ,  ,  ,a n d  Ca se 7: For flat fee pricing schem es  set  0 , 0 , a n d 0 , by choosin g the level of  con s um ption   ,  ,a t a u  ,  Ca se 8: F o u s ag e-b a sed p r icin schem e, set  0 , 0 , a n d 0 ,  by ch oosi ng the  le vel of  con s um ption   ,  ,a t a u  ,  Cas e  9: For  Pric ing s c heme  with a two-part tariff, s e 0 , 0 , a n d 0 , by choo si ng the  level of con s u m ption    ,  ,a t a u  ,      Table 4 b e lo w explain s  th e data u s ag e  fo r pea k an d off-pea k h ours served  by local   serv e r .       Table 4. Data  Usa ge for Pe ak Hours an d  Off-Peak Ho urs    M a il  ( by te ) M a il  ( kb ps )    2719914.01   2656.17     2369946.51   2314.40     21388.28   20.89      5886849.92   5748.88     2464637.66   2406.87     50619.47   49.43         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Internet Pri c ing on Bandwi dth Function Dim i nish ed with Increasing Bandw idth ....  (Indrawati)  303 w h er 1.  o r   is the maximum possibl e level of con s u m ption du ring  peak h ours b o th in units of  kilo   bytes per  se cond.   2.   is the maximum possibl e level of con s u m ption du ring  off-peak h o u r s in unit s  of kilo byte per second.   3.   is the most l o w level of co nsum ption du ring pe ak h o u r s in unit s  of kilo bytes p e r second.    4.  o r  is the maxim u m po ssi ble l e vel of con s u m pt ion both  durin g pe ak  hours in  units of kil o   bytes per  se cond.   5.   maximum possible level  of consump t ion durin g p eak h ours in  units of kilo  bytes pe se con d .   6.   is the mo st  low level of  con s um ptio n duri ng off-pea k ho urs i n  units  of kil o  bytes p e se con d .    Table  5. describe the optimal soluti on of  using utility function of the function  of   band width di minish ed with  incre a si ng b and width.       Table 5. Solu tion for Utility Functio n s of t he  Fun c tion Bandwi d th Di minish ed with  Increa sin g   Bandwi d th    Case    1 2 3  4 5 6  7 8 9  Profit 58.511   58.511   58.511   245.815   171.952   171.754   204.46   134.621   134.428       We  can  see  from Ta ble 5  that in ho m ogen ou s case, we  obtain  the same m a ximum   profit for all case of flat fee, usag e based and  two p a rt tariff sch e m es. In other case, when  we   deal  with het erog ene ou s h i gh en d an d l o w e nd u s e r   con s um ers, the maximu profit is  achie v ed  whe n  we app ly the usa ge  based. The l a st case whe n  dealin g wit h  high a nd lo w dem and  users,   again, the u s age ba se d yield the maximum profit.   If we  com pare the  re sult i n  [18],[19], we hav e  sli ghtl y  differen c e.  If using  the   modified   Cob b -Dou gla s s utility fun c tion, the  maxi mum p r ofit a c hieved  wh en  we  apply th flat fee a nd t w o   part tariff  scheme s  for  h o moge nou ca se. Fo r he teroge neo us  ca se, maxim u m profit occu rs  whe n  we ap p l y the flat fee and two pa rt  tariff sc heme s . In ou r utility function, th e thre e sch e m es  yield the  sam e  p r ofit in  ho mogen eou s case,  whil e in   hetero gen eo us  ca se   we  o b tain hi ghe p r ofit  if  we apply usa ge ba sed .   The advant age of usi n g the  utility functio n   we  choo se th at the  provide r  ha s other  choi ce s in a pplying  prici ng  sche mes that attract the  cu sto m er to joi n  the   scheme s .       5. Conclusio n   Acco rdi ng to  above result we  can  con c l ude that  if ISP intends to  obtain maxim u m profit,  ISP can cho o s e all three schem es if de aling with h o m ogen ou s ca se. For  heterogen eou s ca se   based on  willi ngne ss to pa y and ba sed  on dem and o f  the con s um ers, ISP can  adopt flat fee  to   gain m a ximum profit. For further  re search, we can consider   other utility functions  that fit with ISP  choi ce s to maximum their  benefit.       Ackn o w l e dg ement   The re se arch  leading to th is study  wa s financ i a lly su pporte d by Directo r ate of  High er  Educatio n Ind one sia (DIKTI) for su ppo rt throu gh “Hiba h  Funda ment al Tahun II”, 2014.       Referen ces   [1]  He H, K  Xu, Y  Liu. Inter net re source  prici n g   mode ls, mech a n isms, an d met hods . N e tw orki ng Sci enc e.   201 2; 1(1-4): 4 4 -68.   [2]  Malin o w ski  K, E Nie w i a doms k a S, P Jakól a . Price meth od  and  net w o rk c o ngesti on c ontr o l . Jour nal  of   T e leco mmunic a tions a nd Info rmati on T e ch n o lo gy.  201 0; 2.  [3]  Wu Y, et al.  Qo S-Reve nue  T r a deoff w i th T i me -Constrai ne d I SP Pricin g .  2 0 10.  [cited  3 Au gust 20 10];  Avail abl e from: http://scenic.prin ceto n.ed u/pa per/IW QoS_Dr aft.pdf.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 1, March 2 015 :  299 – 3 0 4   304 [4]  Yang W ,  et al.  An Auction P r icing Strate gy  for Differentia ted Service N e tw ork . Proceedin g s of the   IEEE Global Telec o mmun i cat i ons C onfere n c e , IEEE. 2003.  [5]  Yang W .  Prici ng Net w o r k R e sourc e s in D i fferentiated S e rvice Net w o r ks .   School  of el ectrical a n d   Comp uter Engi neer ing.  Ph d T hesis . Georg i Institute of  T e chno log y . 2 004:  1-111.   [6]  Yang W, H Ow en, DM Blough.  A C o mpar i s on of A u ctio n  and  F l at Pric i ng for  Different iated  Servic Netw orks . Proceedings  of the IEEE  International Conference  on Communic a tions. 2004.   [7]  Yang W ,  H L   O w e n , DM Bl oug h.  Deter m i n in g Differ enti a ted S e rvices  Netw ork Prici ng T h ro ug h   Auctions . N e t w orkin g -ICN 2 0 0 5 , 4th Internati ona l Co nfer e n c e  on N e t w orki n g  April  20 05 Pr ocee din g s,  Part I. Reunio n  Island, F r ance .  Springer-V erl ag Berl in He id elb e rg. 20 05.   [8] Irmeily a na,  Indra w ati,  F M  Pu spita, L  Herd a y a na  T he N e w  Impr oved  Mo dels  of Sin g l e   Link Int e rne t   Pricing Sc he me in Multip le QoS Netw ork .   In ternatio nal C o nferenc e Rece nt treads in En gin eeri ng  &   T e chnolog y (IC R ET ’2014),  Batam (Indon esi a ). 2014.   [9]  Irmeil yan a , Ind r a w ati, FM Pu spita, RT  Amelia.  Gener ali z e d  Mod e and  Optima l So luti on of Inter n e t   Pricing Sc he me i n  Sin g le  Link un der  Multiservic e  N e tw orks . 1st Internati o n a l C onfere n ce o n   Comp uter Sci ence  an d En gin eeri ng. Pa l e mba ng,  So uth Sumater a , Indo nesi a . Jur u san S i stem   Komputer U n iv ersitas Sri w i j a y a. 2014.   [10]  Che n  L, G Qing, N Z hen yu, J Kai y uan.  A  T h reshold  Based Ha nd over T r iggerin g Scheme i n   Hetero gen eo u s  Wireless  Ne t w orks . T E LK OMNIKA T e le communic a tio n  Co mp utin g El ectronics  an d   Contro l.  201 4; 12(1): 16 3-1 7 2 .   [11]  Satria MH, JB   Yunus, E  Su pr i y anto. Em erg enc Pr enat al  T e lemonitori ng  S y stem  in  W i r e less M e sh   Net w ork .   TEL K OMNIKA Teleco mmu n icati o n Co mp utin g Electron ics an d Contro l.  20 1 4 ; 12(1): 12 3- 134.   [12]  Kell y F P . Effec t ive b and w i dt h s  at multi-c l as s qu eues . Qu e uei ng Syste m s :  T heory a n d   Appl icatio ns.   199 1; 9(1-2): 5 - 16.  [13]  Kell y F .  Charg i ng an d rate co ntrol for elastic  traffic . European T r ansacti on s on T e leco mmu n ic ations .   199 7; 8: 33-37.   [14] Kell F .   Notes  on Effective Bandw idths.  S t ochastic Net w orks:  T heor y   and Ap pl icatio ns of Ro ya l   Statistical Soci et y  L e cture Not e s Series. 19 9 6 ; 4.  [15] Indra w at i,  Irmeil ya na, FM Puspita, MP Le st ari. Cobb- Do ugl ass Utilit Function i n  Optimizin g  th e   Internet Prici n g Schem e Mode l .   T E LKOMNIKA T e lec o mmunic a tio n  Co mputi ng E l ectron ics an d   Contro l.  201 4; 12(1): 22 7-2 4 0 .   [16] LINGO.  LINGO 11.0 . LINDO Systems, Inc: Chica go. 20 11.   [17]  Puspita FM, K Seman, BM  T a ib, Z Shafii.  An  improv ed  optimiz atio mode l of  inter net ch argi n g   scheme i n  mu lti service  net w o rks .   T E LKOMNIKA T e leco mmu n icati on  Co mp uting E l e c tronics a n d   Contro l.  201 2; 10(3): 59 2-5 9 8 .   [18]  W u  SY, PY Ch en, G. Ananda l i ng am.  Optim a l Pricing Schem e fo r Infor m a t ion Servic es . Univers i t y  of   Penns yl van i a Phil ade lp hia.  2 002.   [19]  W u  SY, RD Banker. Best Pr icing Strat e g y   for Information  Services .   Jou r nal of the As sociati on fo r   Information System s . 20 10; 1 1 (6): 339- 36 6.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.