Τεχνικες Διαμοιρασμου Φασματος Σε Γνωστικα Δικτυα Με Χρηση Θεωριας Παιγνιων

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται ο διαμοιρασμός φάσματος σε γνωστικά ραδιοσυστήματα με τη χρήση της θεωρίας παιγνίων. Την τελευταία δεκαετία ο τομέας των γνωστικών ραδιοσυστημάτων αποτέλεσε αντικείμενο εκτενούς έρευνας και συνεχίζει να προσελκύει πολλούς ερευνητές, καθώς διαρκώς νέες προκλήσεις εγείρονται ως προς τους τρόπους υλοποίησής τους, αφού οι ανάγκες των χρηστών πληθαίνουν μέσα σε ένα συνεχώς μεταβαλλόμενο περιβάλλον. Προκειμένου να αντιμετωπιστούν οι παραπάνω προκλήσεις, η θεωρία παιγνίων αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη, τη μοντελοποίηση και την ανάλυση των γνωστικών διαδραστικών διαδικασιών. Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται μια επισκόπηση των χαρακτηριστικών των γνωστικών ραδιασυστημάτων. Αυτά αναπτύχθηκαν για να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα της μη αποδοτικής χρησιμοποίησης του σπάνιου φασματικού πόρου από τους αδειοδοτημένους χρήστες, που ονομάζονται πρωτεύοντες χρήστες. Μάλιστα, υποστηρίζουν τη δυναμική πρόσβαση μη αδειοδοτημένων χρηστών, που ονομάζονται δευτερεύοντες χρήστες, σε τμήματα του φάσματος, που λέγονται «φασματικές τρύπες» και τα οποία κάποιες χρονικές στιγμές δε χρησιμοποιούνται από τους αδειοδοτημένους κατόχους τους. Βέβαια, τα γνωστικά συστήματα χρειάζονται ευφυείς-γνωστικούς πομπούς και δέκτες, ώστε να προσαρμόζονται στις αλλαγές του περιβάλλοντος.Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται σύντομα η θεωρία παιγνίων, η οποία παρέχει καλά ορισμένα κριτήρια ισορροπίας για τη βελτιστότητα ένας παιγνίου υπό διαφορετικές συνθήκες. Έτσι, μπορεί να μοντελοποιήσει τα αντικρουόμενα ή τα κοινά συμφέροντα των χρηστών του γνωστικού ραδιοσυστήματος, που διεκδικούν πρόσβαση στο φάσμα. Επιπλέον, παρουσιάζονται διάφορα είδη παιγνίων με ιδιαίτερη έμφαση στα μη συνεργατικά παίγνια και αναπτύσσεται η έννοια της ισορροπίας Nash.Στο Κεφάλαιο 3 εξετάζονται οικονομικές θεωρίες που χρησιμοπούνται στη δυναμική φασματική πρόσβαση, όπως είναι το μονοπώλιο, το ολιγοπώλιο, η θεωρία δημοπρασιών και η θεωρία των συναρτήσεων χρησιμότητας. Στην ολιγοπωλιακή θεωρία παρουσιάζεται αναλυτικά το παίγνιο Stackelberg ή παίγνιο «αρχηγού-ακολούθου», που χρησιμοποιείται στην παρούσα διπλωματική εργασία και στο τέλος του κεφαλαίου περιγράφονται κάποια σχετικά άρθρα από τη σύγχρονη βιβλιογραφία.Στο Κεφάλαιο 4 αναλύεται πιο συγκεκριμένα ένα παιγνιοθεωρητικό μοντέλο για το διαμοιρασμό φάσματος. Πραγματοποιήθηκαν αναλυτικές και ακριβείς προσομοιώσεις σε περιβάλλον Matlab. Γίνεται παρουσίαση και ανάλυση των γραφημάτων που προέκυψαν και εξετάζονται τα οφέλη της συνεργασίας των πρωτευόντων και δευτερευόντων χρηστών, σε κάθε περίπτωση.Τέλος, στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται συνοπτικά τα σημαντικότερα συμπεράσματα των προσομοιώσεων και παρατίθενται προτάσεις για μελλοντική έρευνα.