Διαχείριση πόρων σε συστήματα κινητών επικοινωνιών και κατανεμημένα υπολογιστικά συστήματα

Abstract

In the recent years, wireless and mobile networks, as well as distributed systems technologies, such as WWW caching systems and content distribution networks, have attracted the attention of scientists and research groups all over the world. There are different scientific fields studying the various problems that may arise, depending on the aspect from which they are observed. In this thesis, applications of Game Theory to a variety of resource management problems in mobile computing and distributed systems are studied. Specifically, the thesis focuses on problems in which the competition between users is inherent, such as bandwidth sharing in a wireless network, or disk space sharing in a caching system. Problems that have been studied include load balancing and proactive resource management in wireless networks, dynamic spectrum access, power control, as well as distributed disk space management in caching systems. Through Game Theory, the aforementioned problems have been modeled and competition/interaction issues have been clearly shown. Moreover, based on the derived models and appropriate numerical algorithms, the equilibria of the games corresponding to these problems, as well as possible optimum operating points, have been computed.

Τα τελευταία χρόνια, τα κινητά κι ασύρματα δίκτυα, καθώς κι οι τεχνολογίες κατανεμημένων συστημάτων, όπως συστήματα caching και δίκτυα διανομής περιεχομένου Ιστού, βρίσκονται στο επίκεντρο της προσοχής επιστημόνων κι ερευνητικών ομάδων σε όλο τον κόσμο. Οι επιστημονικοί τομείς που εμπλέκονται είναι διάφοροι και ποικίλουν ανάλογα με τη σκοπιά από την οποία εξετάζονται τα ζητήματα που ανακύπτουν. Στην παρούσα Διδακτορική διατριβή, εξετάζονται εφαρμογές της Θεωρίας Παιγνίων σε διάφορα προβλήματα διαχείρισης πόρων σε ό,τι αφορά τον κινητό υπολογισμό και τα κατανεμημένα υπολογιστικά συστήματα. Συγκεκριμένα, έμφαση δίνεται σε προβλήματα, στα οποία είναι έμφυτος ο ανταγωνισμός μεταξύ των χρηστών, όπως διαμοιρασμός εύρους ζώνης σε ένα ασύρματο δίκτυο ή αποθηκευτικής χωρητικότητας σε ένα σύστημα caching. Προβλήματα που μελετήθηκαν αποτελούν η εξισορρόπηση φόρτου κι η προδραστική διαχείριση πόρων σε ασύρματα δίκτυα, η ευέλικτη φασματική πρόσβαση, ο έλεγχος ισχύος, καθώς κι η κατανεμημένη διαχείριση αποθηκευτικής χωρητικότητας σε συστήματα caching. Με τη βοήθεια της Θεωρίας Παιγνίων κατέστη δυνατό να μοντελοποιηθούν τα εξεταζόμενα προβλήματα κι έτσι να αναδειχθούν ξεκάθαρα τα ζητήματα ανταγωνισμού κι αλληλεπίδρασης που υπεισέρχονται. Επίσης, με τη βοήθεια των μοντέλων που προέκυψαν και κατάλληλων αριθμητικών αλγορίθμων που προτάθηκαν ήταν δυνατόν να υπολογιστούν οι ισορροπίες των παιγνίων που αντιστοιχούν τα προβλήματα αυτά, καθώς και πιθανά βέλτιστα σημεία λειτουργίας.