Who Pays for the Drones? A Two-Part Market for Multi-Provider UAV Edge Computin

Stellen Sie sich eine Welt vor, in der die schwere Arbeit des Internets nicht in fernen Rechenzentren stattfindet, sondern auf kleinen, fliegenden Maschinen, die knapp über unseren Köpfen schweben. Diese unbemannten Luftfahrzeuge, oder Drohnen, können leistungsstarke Computer an überfüllte Orte wie Stadien oder Katastrophengebiete bringen, wo bodengestützte Masten überlastet oder nicht existent sind. Sie bringen die Rechenleistung direkt zu den Menschen, die sie benötigen, und ermöglichen sofortige Videoanalysen, interaktive Medien und andere Aufgaben, die nicht darauf warten können, dass ein Signal meilenweit zu einem Server und zurück reist. Es gibt jedoch ein hartnäckiges wirtschaftliches Problem mit dieser Vision: Eine Drohne verbrennt Treibstoff und verschleißt ihre Teile einfach dadurch, dass sie in der Luft bleibt, unabhängig davon, ob sie tatsächlich arbeitet. Diese Kosten sind kontinuierlich und unvermeidlich. Wenn eine Drohne eine Stunde lang schwebt, kostet das Geld für die gesamte Stunde, selbst wenn sie fünfundfünfzig Minuten lang untätig ist.

Diese Realität schafft ein schwieriges Rätsel für jeden, der versucht, einen Markt aufzubauen, in dem mehrere Unternehmen Drohnen-Computing-Dienste verkaufen. Wenn ein Unternehmen den Nutzern nur für die spezifischen Aufgaben berechnet, die die Drohne erledigt, muss der Preis extrem niedrig sein, um Kunden anzuluziechen. Aber wenn der Preis zu niedrig ist, kann er die massiven Kosten für das Halten der Drohne in der Luft nicht decken. Das Unternehmen würde bei jedem Flug Geld verlieren. Umgekehrt: Wenn das Unternehmen den Preis erhöht, um die Flugzeit abzudecken, wird der Preis so hoch, dass die meisten Nutzer schlichtweg die Zahlung verweigern würden, was die Drohne nutzlos fliegen ließe. Die zentrale Frage lautet: Wer bezahlt dafür, dass die Drohne da ist, und wie kann ein faires System entworfen werden, damit Anbieter rentabel bleiben, ohne die Menschen, die sie bedienen, preislich zu überfordern?

Ein Forscher an der American University of the Middle East hat sich genau dieses Dilemma zur Aufgabe gemacht, indem er einen neuen Weg zur Steuerung des Marktes für Drohnen-Computing entwarf und testete. Er schlug nicht nur eine Theorie vor; er baute eine hoch entwickelte Computersimulation, die eine reale Umgebung mit tausenden Nutzern, mehreren konkurrierenden Drohnenunternehmen und den physischen Realitäten des Flugs, wie Batterielimit und Signalinterferenzen, nachbildet. In seiner virtuellen Welt beobachtete er, wie verschiedene Preisregeln über tausende simulierte Stunden hinweg abliefen, und beobachtete dabei, wer Geld verdiente, wer Geld verlor und wie viele Aufgaben rechtzeitig erledigt wurden.

Der Forscher bewies zunächst, dass der intuitive Ansatz – die Nutzer nur für die spezifischen Jobs zu berechnen, die die Drohnen erledigen – nicht funktioniert, wenn mehrere Anbieter miteinander konkurrieren. In einem wettbewerbsorientierten Markt werden die Preise auf das absolute Minimum der Kosten für die Ausführung der Arbeit gedrückt, was lediglich der Stromverbrauch des Computerchips ist. Diese „Grenzkosten“ sind winzig. Als der Forscher Simulationen mit zwanzig Drohnen durchführte, führte dieser Ansatz dazu, dass die Anbieter bis zu 243 Dollar pro Stunde verloren. Die Drohnen flogen zwar, aber der Umsatz aus den erledigten Aufgaben reichte bei weitem nicht aus, um den Treibstoff und den Verschleiß für das Halten der Drohnen in der Luft zu bezahlen. Wenn die Anbieter versuchten, die Flugkosten auf den Preis jeder einzelnen Aufgabe aufzuschlagen, würde der Preis in die Höhe schießen, was dazu führen würde, dass Nutzer ihre Anfragen stornieren, und die Drohnen würden immer noch Geld verlieren, weil sie mit leeren Sitzen fliegen würden.

Um dies zu lösen, schlug der Forscher ein zweiteiliges System vor, das die Kosten für das Bereitstehen von den Kosten für die eigentliche Arbeit trennt. Denken Sie an einen Konzertveranstaltungsort: Die Band erhält eine Gebühr allein dafür, dass sie erscheint und bereit ist zu spielen, und dann kann sie vielleicht einen Anteil an den Ticketverkäufen erhalten. In diesem neuen Marktdesign ist der erste Teil ein „Kapazitätsmarkt“. Bevor die Aufgaben des Tages beginnen, zahlt die Plattform den Drohnenunternehmen eine Gebühr allein dafür, dass sie ihre Maschinen an bestimmten Standorten verfügbar halten. Diese Zahlung wird durch eine spezielle Auktion bestimmt, bei der die Unternehmen bieten, wie viel es sie kostet, eine Drohne fliegen zu lassen. Die Plattform akzeptiert die effizientesten Angebote und zahlt ihnen einen fairen Preis basierend darauf, was das nächstbeste effiziente Unternehmen berechnet hätte. Dies stellt sicher, dass die Unternehmen für die Flugzeit selbst entschädigt werden, unabhängig davon, wie viele Aufgaben sie tatsächlich ausführen.

Der zweite Teil des Systems ist die „Aufgabenauktion“. Sobald die Drohnen dafür bezahlt wurden, dort zu sein, konkurrieren sie um einzelne Aufträge. Da ihre Flugkosten bereits gedeckt sind, können sie sehr niedrige Preise bieten – gerade genug, um die Elektrizität für die spezifische Berechnung zu decken. Dies ermöglicht es dem System, viel mehr Aufgaben anzunehmen, einschließlich solcher, die weniger wertvoll, aber dennoch wichtig sind. Der Forscher fand heraus, dass dieser zweiteilige Ansatz die Drohnenanbieter bei jeder getesteten Flottengröße profitabel hielt, von einer Handvoll Drohnen bis hin zu einer Flotte von zwanzig. In seinen Simulationen generierte dieses System zwischen 113 und 215 Dollar mehr an Gesamtwert pro Stunde im Vergleich zur traditionellen Methode, bei der versucht wird, alle Kosten über die Aufgabenpreise allein zu decken.

Entscheidend war auch, dass die Studie zeigte, dass dieses System robust ist. In der realen Welt weiß niemand genau, wie viele Drohnen an einem gegebenen Tag benötigt werden. Der Forscher testete, was passiert, wenn die Anzahl der angebotenen Drohnen stark variiert. Das zweiteilige System passte sich reibungslos an: Wenn zu viele Drohnen angeboten wurden, zahlte der Kapazitätsmarkt einfach für diejenigen, die wirklich benötigt wurden, und ließ die anderen am Boden. Wenn zu wenige angeboten wurden, funktionierte das System dennoch, nur mit weniger Ressourcen. Im Gegensatz dazu ließen die traditionellen Preisgestaltungsmethoden die Anbieter entweder mit massiven Verlusten zurück oder versagten darin, die Nutzer zu bedienen, die den Dienst am dringendsten benötigten.

Der Forscher entdeckte auch, dass für die Funktionsweise dieses Systems das Geld für die „Kapazitätszahlungen“ irgendwoher kommen muss. Die Simulationen zeigten, dass wenn die Nutzer selbst eine Gebühr zahlen müssten, nur damit die Drohnen verfügbar sind, sie am Ende möglicherweise mehr bezahlen würden, als der Service ihnen wert ist, wodurch sie schlechter gestellt wären, als wenn die Drohnen gar nicht da wären. Dies deutet darauf hin, dass für die Lebensfähigkeit eines solchen Systems ein Dritter – wie ein Stadionbesitzer, eine Stadtverwaltung oder ein Sponsor des Dienstes – die Verfügbarkeit der Drohnen finanzieren müsste, indem er sie als öffentliche Dienstleistung oder als notwendige Infrastrukturkosten behandelt.

Die Studie befasste sich auch mit dem Thema der Ehrlichkeit. In jedem Markt könnten Unternehmen versucht sein, ihre Kosten falsch darzustellen, um ein besseres Geschäft zu machen. Der Forscher entwarf die Zahlungsregeln so, dass es für die Drohnenunternehmen immer die beste Strategie ist, die Wahrheit zu sagen. Wenn ein Unternehmen versucht, seine Kosten künstlich aufzublähen, um eine höhere Zahlung zu erhalten, stellen die Regeln des Systems sicher, dass es tatsächlich weniger verdient. Diese Eigenschaft der „wahrheitsgetreuen Gebotsabgabe“ wurde durch tausende Simulationsläufe bestätigt, bei denen ein Unternehmen, das versuchte, seine Kosten falsch darzustellen, im Vergleich zu einem Unternehmen, das einfach seine tatsächlichen Kosten meldete, konsequent weniger Geld verdiente.

Letztendlich kommt die Arbeit zu dem Schluss, dass Drohnen zwar die unglaubliche Rechenleistung an die Orte bringen können, die sie am dringendsten benötigen, aber die Ökonomie des Fliegens eine andere Art des Denkens erfordert. Man kann nicht für ein Flugticket bezahlen, indem man für jeden Schritt des Passagiers berechnet; man muss für den Flug selbst bezahlen. Durch die Trennung der Kosten für die Verfügbarkeit von den Kosten für die Arbeit fand der Forscher einen Weg, auf dem Drohnenanbieter rentabel bleiben, Nutzer erschwingliche und schnelle Rechenleistung erhalten und das System fair und effizient bleibt, selbst wenn sich die Anzahl der Drohnen ändert. Die Lösung ist keine perfekte, magische Reparatur, die alles kostenlos macht, sondern ein praktischer, getesteter Rahmen, der die realen Kosten des Fliegens anerkennt und einen Markt aufbaut, der diese tragen kann.