Game-theoretic model of data transmission in wireless networks with various architectures

Abstract

В работе рассматривается задача оптимизации передачи информации в самоорганизующихся сетях различных конфигураций c использованием теоретико-игрового подхода. Под самоорганизующимися подразумеваются сети, образуемые агентами (приёмо-передатчиками) без существующей заранее сетевой инфраструктуры. Часто такие сети находят применение в ситуациях, когда необходимо организовать связь между группами людей на местности, где сотовая связь недоступна. В задаче рассмотрены сети, образованные объединением нескольких подсетей, принадлежащих разным игрокам. Причём передача информации возможна только в пределах одной и той же подсети. Основной целью работы являлось нахождение такого варианта изменения структуры сети, который увеличит объём передаваемой через узлы информации в наибольшей степени. Изменение структуры сети просиходит за счёт добавления в неё новых агентов, способных взаимодействовать с любыми подсетями игроков. В связи с поставленной целью были решены следующие задачи: 1) Выбор метода оценивания качества оптимизации: в качестве численного критерия оптимизации структуры сети была выбрана сумма уменьшений диаметров графов, соответствующих подсетям игроков, после включения в сеть новых агентов. 2) Выбор способа отбора единственного решения задачи: для отбора единственного решения из множества оптимальных, полученных с помощью критерия из п. 1, была использована мера центральности вершин графа PageRank. 3) Написание программы для решения задачи: была написана программа на языке C++, реализующая метод оценивания из п. 1 и способ отбора решения из п. 2.

In this paper a problem of data transmission optimization in ad hoc networks is considered and the game-theoretic approach is applied to it. Ad hoc networks are decentralized wireless networks that do not require any pre-existing infrastructure, such as routers or cell towers. These networks are usually used when it is necessary to establish communication between groups of people where celluar network is unavailable. The major condition of the problem is that the networks consist of a number of subnets, each belonging to a different player and only the nodes of the same subnet can transmit data to each other. The main purpose of the research was to come up with such a way of modifying the network structure that increases the amount of information flowing within the network as much as possible. The network structure is modified by adding new nodes to it. Those new nodes can interact with any subnets within their reach. Considering the purpose described above, the following tasks have been solved: 1) Choosing a method for assessing the quality of optimization: as a numeric criterion that reflects the quality of optimization, a sum of reductions of diameters of the graphs that correspond to subnets of each player, was used. 2) Figuring out how to select the final solution: in order to select the only solution from the optimal set that is computed with 1), the PageRank centrality measure was used. 3) Writing the program that solves the task: the criterion 1) and the selection method 2) were implemented in a C++ program.