Εφαρμογές θεωρίας παιγνίων σε ασύρματα δίκτυα

Abstract

Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της θεωρίας παιγνίων και οι εφαρμογές της στα ασύρματα δίκτυα. Αρχικά αναλύουμε τις διάφορες κατηγορίες των παιγνίων και τα βασικά χαρακτηριστικά τους, δίνοντας έμφαση στις μεθόδους εύρεσης της ισορροπίας των παιγνίων αυτών και κυρίως της ισορροπίας Nash. Στη συνέχεια εστιάζουμε στη μελέτη των χαρακτηριστικών των συνεργατικών και μη συνεργατικών παιγνίων μεταξύ των χρηστών, μεταξύ των δικτύων και μεταξύ χρηστών και δικτύων όσον αφορά το πρόβλημα της επιλογής δικτύου και της κατανομής πόρων στα ασύρματα δίκτυα. Ακολουθεί μια συνεκτική παρουσίαση και επισήμανση των διαφόρων πεδίων εφαρμογής της θεωρίας παιγνίων τα οποία ταξινομήθηκαν βάσει των επιπέδων OSI με κύρια πεδία εφαρμογής την αποδοχή κλήσεων, την επιλογή κυψέλης, την πρόσβαση στο μέσο, τη δρομολόγηση, τον έλεγχο ισχύος και την κατανομή φάσματος. Πραγματοποιείται ανάλυση των παιγνίων συνασπισμών όσον αφορά τη συνεργασία, την αυτο-οργάνωση και τη δικαιοσύνη στα δίκτυα επικοινωνιών και κυρίως στις ιδιότητες και τις εφαρμογές των κανονικών παιγνίων συνασπισμών. Επίσης, αναφέρουμε μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή της θεωρίας παιγνίων στα ασύρματα δίκτυα για το πώς οι συναρτήσεις χρησιμότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βάση συστημάτων δημοπρασίας για την κατανομή των πόρων των κυψελωτών δικτύων 2.5+G και των δικτύων ad hoc. Τέλος, ξεκινώντας από το πρόβλημα διαιτησίας δικαιωμάτων από το Ταλμούδ του αρχαίου ιερού κειμένου των Βαβυλωνίων, που αποτελεί το πρώτο πρόβλημα στο οποίο εφαρμόστηκε η θεωρία πτώχευσης, συνεχίζουμε με την αξιωματική και θεωρητική ανάλυση της πτώχευσης καταλήγοντας στις εφαρμογές της θεωρίας πτώχευσης στα ασύρματα δίκτυα και ειδικά στο παίγνιο της κατανομής πόρων.

The purpose of this thesis is the study of game theory and its applications in wireless networks. Initially we analyze the different types of games and their basic characteristics insisting the methods of finding the equilibrium of those games and especially Nash equilibrium. Then we focus on studying the characteristics of cooperative and non cooperative games between users, between networks and between networks and users to the problem of cell selection and resource allocation in wireless networks. It follows a comprehensive presentation and labeling of various application fields of game theory were classified according to levels of OSI with main fields of application call admission, cell selection, medium access control , routing, power control and spectrum allocation. We dedicate a large part in the analysis of coalitions games on cooperation, self-organization and fairness in communication networks and particularly to the properties and applications of canonical coalitions games. Also, we mention a very interesting application of game theory in wireless networks illustrating how history-dependent utility functions can be used as the basis of auction schemes for the allocation of the resources of cellular 2.5+G networks and ad hoc networks. Finally, starting from the problem of rights arbitration from the Talmud the ancient sacred text of the Babylonians, which is the first problem to which we applied the theory of bankruptcy, we continue with the axiomatic and theoretical analysis of bankruptcy and we finish with the applications of bankruptcy theory in wireless networks, especially with the resource allocation game.