Economics of Standards in Information Networks

1. Institut für Wirtschaftsinformatik J. W. Goethe Universität Economics of Standardsin Information Networks Tim Weitzel J. W. Goethe University Institute of Information Systems Mertonstraße 17, D-60054 Frankfurt am Main tweitzel@wiwi.uni-frankfurt.de http://www.wiwi.uni-frankfurt.de/~tweitzel

2. Problem Modell Theorie

3. XML im Mobile Business? „Mobile“ Engpässe und XML Erfahrungen aus mobilen Anwendungen

4. XML im Mobile Business? „Mobile“ Engpässe und XML Erfahrungen aus mobilen Anwendungen

5. XML im Mobile Business? Erfahrungen aus mobilen Anwendungen „Mobile“ Engpässe und XML

6. Standards • Standards • Sprache, Zeit, Maßeinheiten,... • Einheitliche Regeln als Grundlage für die Interaktion zwischen Akteuren (Menschen wie Maschinen) • Kommunikation, Automatisierung von Geschäftsprozessen • Internet und Web, Intranets, Extranets (HTTP, TCP, IP, HTML...) • Wertketten (supply chains) (EDI: EDIFACT, EANCOM; ASC X.12...) • Knowledge/Document/Content Management Systems • PKI, SSO, X500... • Standards ermöglichen Kompatibilität u. konstituieren Netzwerke

7. "Standards are to the industry as culture is to society" • "The good thing about standards is that there are so many to choose from"(A. Tanenbaum) "The good thing about standards is that there are so many of them, every one can have one of their own"http://www.chipcenter.com/circuitcellar/august99/c89r6.htm "The good thing about standards: There are so many of them"http://www.advisor.com/Articles.nsf/aid/MEB0011NW "The computer industry loves standards; it has a million of them."http://www.nap.edu/html/whitepapers/ch-56.html "There are nearly as many definitions for the term "standard" as there are standards available"[Cargill 1997]

8. Standards und Netzwerke • Standards konstituieren Netzwerke • In Informationsnetzen (IuK-Systemen, z.B. Intranets) ermöglichen Standards Kompatibilität zwischen Systemelementen und sind damit die Grundlage zur Nutzung vieler Synergien [Gabel 1987; Gabel 1991; Farrell/Saloner 1987; Niggl 1994; Kleinaltenkamp 1993] • Standard: Technologie oder Produkt (Software, Hardware),welche aufgrund technischer Spezifikation kompatibel sind und somit Netzwerke von Nutzers konstituieren [Besen/Farrell 1994; David/Greenstein 1990] • Beispiel: EDI-Netze, STP, Office-Software • Netzwerk: Besteht aus Systemelementen (Mensch, Maschine) sowie ihren informationellen Beziehungen • Compatibility standards hence enable users "to participate in networks that allow them to share databases, have access to large selections of compatible software, exchange documents (…) or simply communicate directly"  technology, IT standard [Besen/Farrell 1994, 117] "The good thing about standards is that there are so many to choose from"(A. Tanenbaum)

9. Standards und Netzwerke • Problem: Kompatibilität impliziert Koordinationsproblem • Abhängigkeit des Nutzens eines Standards von Standardisie-rungsentscheidungen der Kommunikationspartner impliziert ein Koordinationsproblem, das Standardisierungsproblem. • theoretisch: Netzeffekte zerstören als eine Form von Externalitäten die neoklassische Synchronisation individueller und kollektiver Entscheidungen. • praktisch: Entscheidungen über den Einsatz von Standards bilden einen wichtigen Aufgabenbereich des betrieblichen Informationsmanagements, da die gemeinsame Nutzung von Standards Voraussetzung für den Informationsaustausch auf inner- sowie zwischenbetrieblicher Ebene und damit für jede Art von Vernetzung ist. (EDI, Intranet, SCM, etc.) • Beispiele: Schienenbreite, Schraubendurchmesser, Kernkraftwerke, Tatstaturanordnungen, VCR-Systeme, Web-Browser, SSO-Software, Office-Software...

10. Standards im 20. Jh. • Fortschritte in der IuK-Technologie und daraus resultierende Möglichkeiten haben Netzwerke und Standards in den Fokus des öffentlichen und akademischen Interesses gerückt. • „Von viktorianischen Gleichgewichten (Alfred Marshall's World) zur Increasing-Returns World” [Arthur 1996] • Fokuswechsel im Laufe des 20. Jh. von produktions- zu nachfrageseitiger Betrachtung (Kompatibilität IuK-Technologien!) • Das Standardisierungsproblem beruht entsprechend auf der Netzeffekteigenschaft von Standards, die als nutzerseitige Skalenerträge interpretiert werden kann • the standardization problem [Wiese 1990; Besen/Farrell 1994; Buxmann 1996] • Network effects have been defined as "the change in the benefit, or surplus, that an agent derives from a good when the number of other agents consuming the same kind of good changes" [Liebowitz/Margolis 1995a; • Eigener Forschungsbereich seit etwa 20 Jahren (Kindleberger (1983): Standards as public, collective and private goods)

11. Netzeffekttheorie(n): Timeline • Kindleberger 1983: Free Riding, Attentismusprobleme • Arthur 1983, 1989: „Positive feedback economies“ gekenn-zeichnet durch multiple Gleichgewichte, Lock-In in Monopol, Marktergebnis wegen nicht-ergodischer Diffusionsprozesse nicht vorhersehbar („Pfadabhängigkeit“) • Katz/Shapiro 1985: Direkte u. indirekte Netzeffekte, excess inertia (technolog. Unterversorgung, Installed-Base-Effekte) • Katz/Shapiro 1986: Überstandardisierung („excess momentum“) • Farrel/Saloner 1986 I+II: Aufgrund strategischen Verhaltens kann nicht einmal „perfekte Kommunikation“ excess inertia oder momentum Probleme zuverlässig lösen.

12. Netzeffekttheorie(n): Timeline • Liebowitz/Margolis 1990: Kritik I: Hinterfragung empirischer Fälle netzeffektbedingten Marktversagens (QWERTY, VHS) • Besen/Farrell 1994; Shapiro/Varian 1998: Tipping markets, keine Koexistenz inkompatibler Technologien • Liebowitz/Margolis 1994; Katz/Shapiro 1994: Kritik II: „Not all network effects are network externalities“ • Liebowitz/Margolis 1995: Kritik III: Netzeffekte sind internalisierbar; Bedingungen, dass „the profit maximizing network size is also socially optimal“. • empirischer Nachweis von Netzeffekten [Hartmann/Teece 1990; Gandal 1994; Economides/Himmelberg 1995; Moch 1995; Gröhn 1999 • Computersimulationen [Wiese 1990] • Anbieterstrategien wie Versioning [Varian 1999; 2001], Bundling [Bakos/Brynjolfsson 1999], Preisstrategien [Westarp 2003]

13. Netzeffekttheorie(n): Grundaussagen • Allgemeine Aussagen der traditionellen Netzeffekttheorien: • Die Diskrepanz zwischen privatem und kollektivem Netzeffektnutzen bei Existenz von Netzeffekten führt zu pareto-inferioren Marktergebnissen • Netzeffekte implizieren multiple Gleichgewichte • Start-Up-Probleme verhindern den Wechsel auf überlegene Technologien (excess inertia, lock-in, Pinguin-Effekt) • Anbieterstrategien können ebenso zum Erfolg unterlegener Technologien führen (excess momentum) • Netzeffektmärkte sind „tippy“ (Koexistenz inkompatibler Technologien ist selten) und kippen zugunsten eines beherrschenden Standards in ein Monopol

14. Probleme: • Nicht erklärbare Realphänomene wie Netze mit mehr als einem Produkt (Browser, Intra-/Extranets, Supply Chains) • keine Entscheidungsunterstützung für Standardnutzer • traditionelle Kooperationsdesigns sind Anforderungen global vernetzter Partner teils nicht mehr gewachsen • Erklärung und Prognose, wie IuK-Produkte sich in Netzen verbreiten (Durchsetzung neuer Technologien) bzw. Netze evolvieren • Entwicklung und Evaluierung von einsatzfähigen Kooperationsdesigns (Lösungsstrategien) als Entscheidungsunterstützung für Akteure beim Auf- und Ausbau IuK-gestützter Kommunikationsinfrastrukturen

15. Simulationsmodelle zur Technologiediffusion und Evaluierung von Lösungsstrategien • viele Ergebnisse der traditionellen Theorie können durch spieltheoretische Gleichgewichtsanalyse und darauf aufbauende Simulationen bestätigt werden, erweisen sich aber häufig als Spezialfälle bei ganz bestimmten Parameter-konstellationen • Berücksichtigung grundlegender Netzwerkdeterminanten wie Preis, Topologie, Dichte, Anzahl alternativer Standards, Größe der Entscheider, Entscheidungs-reihenfolge, Installed-Base-Effekte zeigt typisches Systemverhalten (spezifische Diffusionspfade) • Entwicklung und Evaluierung von Lösungsmechanismen (z.B. Netzwerk-ROI oder –Groves-Mechanismus)

16. Einige Ergebnisse • Netzwerksimulationen • Standardisierungsnutzen(Netzeffekte)(C) = 1000 (C) = 200 • Standardisierungskosten(K) = 1000 (K) = var. • Netzgröße n = 35 • Zeithorizont T = 35 • Netzdichte V = var. • Netztopologie = var. • Installed Base B = var. • Anzahl Standards Q = 4

17. Die Standardisierungslücke

18. Pinguineffekt

19. Netzweite Benefits bei vier Standards und Installed Base

20. HKa depending on (K) and t

21. Einfluss der Netzwerkstruktur Random topology (left): When initializing the network, with a probability determined by V all edges are assigned positive values. Close topology (right): Agents are assigned to geographic coordinates (unit square) by a random generator (even distribution). This results in n*(n-1) edges. The shortest V*100% of all edges are assigned strictly positive values (as before cij~N(m(C), s(C)). As a result, decreasing V leads to (increasingly) isolated clusters in the network.

22. Anteil nur tlw. standardisierter Netze bei zentraler Koordination (Struktur I u. II) • Anteil nur tlw. standardisierter Netze bei zentraler Koordination (random and close topology)

23. Fünf Diffusionspfade 1 2 • Kein Akteur standardisiert • Mixed Solution (einige, aber nicht alle Akteure standardisieren) • Alle Akteure implementieren den gl. Standard („Monopol") • Das Netz wird vollständig mit unterschiedl. Standards ausgestattet. („Oligopol") • „Dynamisches GG", (einige) Agenten wechseln die Technologien in einem stabilen und sich wiederholenden Rhythmus) 3 4 5

24. Häufigkeit der fünf Diffusionspfade

25. no standardization no standardization mixed solution monopoly monopoly mixed solution monopoly oligopoly Einfluss der Netzwerkdichte Random topolgy Close topolgy Random topolgy Close topolgy

26. Einfluss einer „installed base“ • Beispiel ((K)=3500 und B(1)=0,3) eventual monopoly standard installed base standard

27. Installed-Base-Effekte • Typische Beispiele für Diffusionsprozesse bei mittleren und niedrigen Standardisierungskosten und einer vollständigen Installed Base (unterschiedliche Aufteilungen)

28. Distribution of diffusion patterns depending on installed base

29. Installed-Base-Effekte • Ausgewählte Beispiele für den Diffusionsprozess • links: Installed Base=0% rechts: Installed Base=100%

30. Ergebnisse • Simulationen konnten viele der Ergebnisse der traditionellen Literatur bestätigen. • Gleichzeitig wurde gezeigt, dass dies häufig nur für ganz bestimmte Parameterkonstellationen gilt • Netzwerkinstabilität („tippiness“) nur bei recht hohen Standardisierungskosten • deutlicher First-Mover-Einfluss (path dependency, tippiness) bei hohen Standardisierungskosten • drastischer Effizienzeinbruch bei reversible choice und sehr niedrigen Standardisierungskosten (Oligopole) • Oligopole sind stabiler in close topologies • Diffusionsmuster zeigen mögliches Dilemma: Sind die Standardisierungskosten (zu) hoch, gibt es ein Start-up-Problem, sind sie (zu) niedrig, ergeben sich ineffiziente Multi-Standard-Gleichgewichte.

31. Ergebnisse • Installed Base kann Start-up-Problem reduzieren und den Gleichgewichtsanpassungsprozess verkürzen (allerdings Standardisierungslücke kaum reduzieren); verschwindender Einfluss bei niedrigen Kosten. • Monopolstandards bei niedrigeren Standardisierungskosten häufig nicht Teil der Installed Base (nicht immer gewinnt der erste Standard) • Interessanterweise ist es bei dem Versuch, durch eine zwangsweise geschaffene Installed Base das Start-up-Problem zu lösen dominant, mit den kleinen Netzwerkteilnehmern zu beginnen. • Ein häufig unerwähnter aber dennoch bedeutender Modellierungsaspekt ist die Entscheidungsreihenfolge der Agenten. • einmalige Technologiewahl: viele Oligopole (niedrige Konzentration) • revidierbare simultane Entscheidungen: i.d.R. effiziente Monopole, bei geringen Standardisierungs-kosten zunehmend auch dynamische Gleichgewichte und individuell unvorteilhafte Oligopole • einmalige sequentielle Technologiewahl: unabhängig von Standardisierungskosten hohe Konzentration. (durchschnittl. HK=0.85) • Prinzipielle Lösungsstrategie häufig: Informationsintermediation, seltener: Ausgleichszahlung o.ä. • Teils erhebliche Entscheidungsverbesserungen durch vorgeschlagene Lösungsstrategien (XXX ?)

32. Lösungsansätze • Standardisierungslücke: • Entweder aufgrund unzureichender Informationen über das Standardisierungsverhalten der Kommunikationspartner • oder Konflikt, dass Standardisierung in i zwar zentral wünschenswert, nicht hingegen lokal (individuell) vorteilhaft ist. • Lösungsansatz: Profit Sharing, Redistribution der Netznutzen • Durchsetzungsproblem: Netzwerk-ROI als Netzwerk-Controlling-Instrument • Datenproblem: Netzwerk-Groves-Mechanismus • dezentraler Biet-Mechanismus

33. Lösungsgüte durch “Bietmechanismus”

34. Empirische Daten

35. Literatur

36. Kosten und Nutzen von Standards • Nutzen: Kompatibilität/Interaktion • Mitglied in Kommunikationsnetzwerken • Zugriff auf Datenbanken und Software • Dokumente und Daten austauschen • billigere und schnellere Kommunikation • keine Medienbrüche: Weniger Fehler, automatisch, schneller • Automatisierung (Lager- u. Kapitalkosten sinken, JiT...) • Kosten: • Entwicklung und Koordination (Staat, Komitee, Unternehmen/Individuen) • Einführung: Hardware-, Software-, Umstellungs-, Einführungs-, Schulungskosten • Betrieb

37. Standardisierungsprobleme • Potenziale aus Standardisierung/Vernetzung, aber... • Probleme: • Asymmetrischer Anfall von Kosten und Nutzen • Abteilung/Konzern, Individuum/Staat, Grußunternehmen/KMU) • Aggressives Abwarten • Abteilung (Word), Konsument (UMTS) • Unsichere Kosten und v.a. Nutzen • Infrastrukturen sind „strategisch“  Nutzen in Zukunft, Kosten jetzt • Folge: • Standardisierungslücke • ungenutzte Potenziale • unnötige Kosten

38. Ziel: • In der vorliegenden Arbeit wird aufbauend auf der Theorie der Netzeffekte und ihrer Defizienzen ein Standardisierungs-Framework entwickelt, das grundlegende Determinanten der Diffusion von Standards in Netzwerken (wie Preis, Topologie, Dichte, Anzahl alternativer Standards, Größe der Entscheider, Entscheidungsreihenfolge, Installed-Base-Effekte) in ein computer-basiertes Simulationsmodell einarbeitet. Hiermit gelingt es, typisches Systemverhalten (spezifische Diffusionspfade) aufgrund der beschriebenen Determinanten zu erklären und viele traditionelle Beiträge zur Theorie der Netzeffekte als Spezialfälle bei bestimmten Parameterkonstellationen (z.B. niedriger Preis, hohe Netzdichte) darzustellen.

39. Standards und Kompatibilität • Standards sind grundlegend in Systemen, die durch Interaktion (Interdependenzen) gekennzeichnet sind. • In Informationsnetzen (z.B. Intranets, Supply Chains, EDI-Netzwerke) stellen Standards Kompatibilität her und sind damit Grundlage der Realisierung von Kooperationsvorteilen ( Allgemeiner: Standards konstituieren Netzwerke) • Standard: Technologie oder Produkt (Software, Hardware), welche aufgrund technischer Spezifikation Kompatibilität herstellen. • Produkte gelten als kompatibel, wenn sie "somehow go together“ [Gabel 1991, 1]. • Kompatibilität und damit Standardisierung wird so auch zu einer Frage der Kooperationsfähigkeit und gewinnt strategische Bedeutung im Wettbewerb [Besen/Farrell 1994, S. 117]

40. Standards und Netzeffekte • Allgemein steigt der Nutzen eines Kommunikationsstandards für einen Anwender mit der Anzahl der Nutzer. • positiver Netzeffekt aufgrund von Kompatibilitätsanforderungen • Netzeffekte: • positive Korrelation zwischen dem Nutzen eines Gutes und seiner Verbreitung • ökonomisch: Nachfrageseitige Skalenerträge • direkt: Telefon • indirekt: Komplementäre Güter und Dienstleistungen • Entscheidungen unabhängiger Akteure werden interdependent • Resultierendes Koordinationsproblem: “Standardisierungsproblem”

41. Standardisierungsprobleme in der Literatur • Berühmte Beispiele für Standardisierungsprobleme [ Anhang]: • Electronic Data Interchange (EDI) Standards, XML/EDI • Directory services (X.500) • Videocassetten-Systeme (VHS vs. Beta vs. Video2000) • Kernkraftreaktoren (Light Water vs. Heavy Water vs. Gas Graphite) • Autos: Gas vs. Benzin • Andere Beispiele: DNA, Sprache, Schienenbreite, Geld, Zeit "Natural selection is a process of standardization"[Perry 1955, 271]

42. Stand der Forschung • Für viele Märkte gilt, dass Kaufentscheidungen eines Konsumenten die Entscheidungen anderer beeinflussen. In der klassischen ökonomischen Literatur werden derartige Interdependenzen wie Bandwagon, Snob und Veblen Effekte ausführlich diskutiert [vgl. z.B. Leibenstein 1950, Ceci/Kain 1982]. Darüber hinaus unterliegen bestimmte Märkte sog. Netzeffekten oder nachfrageseitigen Skalenerträgen, die sich aus der Forderung nach Kompatibilität ergeben. Dies impliziert einen positiven Zusammenhang zwischen der Bereitschaft, Netzeffektgüter zu adoptieren und der Anzahl sonstiger Nutzer dieses Gutes. Prominentes Beispiele sind Märkte für IuK-Technolo­gien. Die Netzeffekte in diesen Märkten resultieren aus der Notwendigkeit zum einen von Kompatibilität als Bedingung des Austauschs von Informationen oder Daten und zum anderen von Komplementärprodukten und Services. Im Zuge der rasanten Entwicklung und wachsenden Bedeutung von IuK-Technologien in den letzten Jahren entstand eine eigene Forschungsrichtung mit dem Ziel, die mit positiven Netzeffekten einhergehenden Phänomene zu erklären und ihre Implikationen für (marktliche) Koordination und Effizienz zu untersuchen. Die ersten richtungsweisenden Beiträge zu diesem vergleichsweise jungen Forschungsgebiet, das wir nachfolgend als Theorie der positiven Netzeffekte bezeichnen, stammen aus der ersten Hälfte der achtziger Jahre[1] und untersuchen Standards aus dem Blickwinkel der Diffusion technologischer Innovationen. Dabei steht das Konzept der Kompatibilität im Mittelpunkt, da die Nutzung kompatibler Tech­nologien es jedem ermöglicht, Mitglied in verschiedenen Kommunikationsnetzwerken zu sein und damit Zugriff auf Datenbanken und Software zu haben, Dokumente und Daten austauschen zu können oder einfach nur direkt zu kommunizieren. Kompatibilität und damit Standardisierung wird so auch zu einer Frage der Kooperationsfähigkeit und gewinnt strategische Bedeutung im Wettbewerb [Besen/Farrell 1994, 117]. • [1] Natürlich wurden Standardisierungsprobleme bereits früher problematisiert [z.B. Hemenway 1975], allerdings existiert die Standardisierungsdebatte in dieser Form als mehr oder weniger eigenständiges Forschungsgebiet erst seit etwa 15 Jahren.

43. Theorie(n) positiver Netzeffekte

44. Theoretische Probleme • unendlich steigende (nicht erschöpfende) Netzeffekte • Netzeffekt unabhängig von individuellen Kommunikationspartnern • in der Regel homogene Präferenzen • keine Berücksichtigung der (Kosten der) Netzgröße • keine Unterscheidung zwischen direkten und indirekten Netzeffekten in den Modellen • empirische Probleme (Nachweis Marktversagen, Erklärung Realwelt)

45. Netzwerke und Standards Theoretische Herausforderungen für die WI Stand der Forschung

46. Neoklassisches Paradigma • Ziel einer Ökonomie: Pareto-optimale Güterallokation WENN • individuelle Nutzenmaximierung • weitere Annahmen des homo oeconomicus DANN • Kann gezeigt werden, dass „Marktmechanismus“ leistet (Wohlfahrtstheoreme gelten)

47. Fundamentale Wohlfahrtstheoreme • First Theorem:A competitive total equilibrium always represents a Pareto optimal allocation of the total bundle of economic goods (a so-called Pareto optimum). • Second Theorem:For each realizable Pareto optimum a (positive) price vector exists, for which this Pareto optimum represents a competitive equilibrium. 

48. Notwendige Bedingungen • Nicht-Existenz von Externalitäten • Vollständig rationale Akteure • Ausschlussprinzip • Nutzen entspringt (ausschließlich) Konsumtion • Beliebige Teilbarkeit • Trennung von Konsument und Produzent • Konkave Nutzenfunktionen • Keine Transaktionskosten • Nicht-Existenz von Externalitäten Netzeffekt • Vollständig rationale Akteure „social ebeddedness“ • Ausschlussprinzip • Nutzen entspringt (ausschließlich) Konsumtion • Beliebige Teilbarkeit digitale Güter, Standards • Trennung von Konsument und Produzent • Konkave Nutzenfunktionen • Keine Transaktionskosten

49. Ein Blick auf Netzwerke • Theoretische Herausforderungen von Standardisierungsproblemen (allg.: IuK-Infrastrutur) • Netzeffekte zerstören als eine Form von Externalitäten die neoklassische Synchronisation individueller und kollektiver Entscheidungen • Erkenntnisse aus anderen Disziplinen bedeutsam • Medizin (Diffusion von Krankheiten) • Geographie (Topologie und Distanzmaße) • Politologie, Soziologie (social network analysis: Macht, soziale Einbettung) • Beitrag der Wirtschaftsinformatik als Brückendisziplin: • Interdisziplinäre Theorie der Netzwerke:Integration und Erklärung sozialer und ökonomischer Interaktionen von und zwischen • menschlichen Akteuren und • maschinellen Akteuren (automated agents, z. B. Softwareagenten, die an der Börse handeln)

50. Alternativen zu einer neoklassischen Theorie der Netzeffekte? • Grundlage einer Theorie der Netze? • Institutionentheorien aus den verschiedenen Disziplinen • Hier: Institutionenökonomie (Institutional Economics) • Teilen die Kritik [Hummel 2000, 4; Picot 1991, 153; Adler 1996, 13] • Vernachlässigen die explizite Modellierung von (Annahmen über) Akteursverhalten • Spieltheoretische Ansätze • sind noch immer meist auf der Suche nach analytischen Lösungen • Ausnahme: Evolutive Ansätze der Spieltheorie