Теория игр в коммуникационных сетях
Теория игр в коммуникационных сетях (англ. Game theory in communication networks) — это подход к моделированию и изучению взаимодействий между устройствами с когнитивным радио (англ. cognitive radio), которые предполагается использовать в будущих системах связи. Такие терминалы способны адаптироваться к условиям эксплуатации, изменяя мощность передачи, скорость передачи данных и выбирая канал связи. Программные агенты, встроенные в эти терминалы, потенциально могут вести себя эгоистично, то есть стремиться максимизировать только пропускную способность или качество соединения отдельного устройства, а не общую выгоду всей системы. Взаимодействие между такими агентами можно смоделировать с помощью некоперативных игр. Исследователи этой области стремятся определить устойчивые состояния (точки равновесия) таких распределённых систем и разработать минимальный набор правил (этикет общения), чтобы потери оптимальности по сравнению с кооперативной — централизованно управляемой — системой были сведены к минимуму[1].
Применение некоперативной теории игр в исследованиях беспроводных сетей
Теория игр — это область, изучающая стратегические решения. Более формально, это «изучение математических моделей конфликта и сотрудничества между разумными рациональными участниками»[1]. В качестве альтернативного и более описательного названия для этой дисциплины иногда используется интерактивная теория принятия решений (англ. interactive decision theory)[2]. Теория игр находит наибольшее применение в экономике, политологии, психологии, а также в логике и биологии. Первоначально изучались игры с нулевой суммой, где выигрыш одного участника равен проигрышу другого. В настоящее время теория игр применяется к широкому классу отношений и стала обобщающим понятием для логических структур и моделей поведения рациональных агентов — как людей, так и компьютеров. Классическими примерами являются ситуации равновесия в различных играх, когда каждый участник находит или разрабатывает стратегию, которую невозможно улучшить без ухудшения результата другого.
Теория игр широко используется в исследованиях беспроводных сетей для анализа устойчивых точек функционирования сетей, состоящих из автономных или эгоистичных узлов. В такой постановке узлы рассматриваются как участники игры (игроки), а функция полезности обычно соответствует скорости передачи данных или иным техническим метрикам. Исследования в этой области можно сгруппировать следующим образом:[2]
Ряд исследований посвящён задачам управления радиоресурсами в сетях WLAN стандарта 802.11. В таких работах рассматривались эгоистичные узлы, которые стремятся максимизировать только собственную функцию полезности (обычно пропускную способность), управляя вероятностью доступа к каналу ради связи.
Управление мощностью (англ. power control) — это процесс, посредством которого мобильные устройства в системах CDMA настраивают уровень своей передающей мощности так, чтобы минимизировать ненужные помехи для других устройств, но при этом обеспечивать требуемое качество сервиса (англ. quality of service). Такое управление может осуществляться централизованно, когда базовая станция определяет и распределяет уровни мощности устройств на основе качества соединения, либо децентрализованно, когда каждое устройство самостоятельно корректирует свою мощность, оценивая параметры соединения. В децентрализованной постановке мобильные устройства выступают как эгоистичные агенты (игроки), максимизирующие свои функции полезности (чаще всего выраженные пропускной способностью). Теория игр считается мощным инструментом для анализа подобных сценариев[3].
Применение кооперативной теории игр (коалиций) в исследованиях беспроводных сетей
Коалиционная теория игр — это раздел теории игр, который изучает кооперативное поведение. В коалиционной игре основное внимание уделяется формированию кооперативных групп, т.е. коалиций среди нескольких игроков. Благодаря кооперации игроки могут укрепить свои позиции в игре и повысить собственную полезность. В этом контексте коалиционная теория игр является эффективным инструментом для моделирования кооперативного взаимодействия во многих приложениях беспроводных сетей, таких как когнитивные радиосети, беспроводные системы, безопасность на физическом уровне, виртуальные MIMO-системы и другие[4].[5][6]