• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제12권5호
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• pp.1973-1991
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• 2018

Multimedia applications over wireless networks have been evolving to augmented reality or virtual reality services. However, a rich data size compared to conventional multimedia services causes bandwidth bottlenecks over wireless networks, which is one of the main reasons why those applications are not used widely. To overcome this limitation, bandwidth aggregation techniques, which exploit a multi-path transmission, have been considered to maximize link utilization. Currently, most of the conventional researches have been focusing on the user end problems to improve the quality of service (QoS) through optimal load distribution. In this paper, we address the joint pricing and load distribution problem for multi-homing in heterogeneous wireless access networks (ANs), considering the interests of both the users and the service providers. Specifically, we consider profit from resource allocation and cost of power consumption expenditure for operation as an utility of each service provider. Here, users decide how much to request the resource and how to split the resource over heterogeneous wireless ANs to minimize their cost while supporting the required QoS. Then, service providers compete with each other by setting the price to maximize their utilities over user reactions. We study the behaviors of users and service providers by analyzing their hierarchical decision-making process as a multileader-, multifollower Stackelberg game. We show that both the user and service provider strategies are closed form solutions. Finally, we discuss how the proposed scheme is well converged to equilibrium points.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제10권5호
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• pp.2286-2309
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• 2016

Overlay networks have been widely deployed upon the Internet by Service Providers (SPs) to provide improved network services. However, the interaction between each overlay and traffic engineering (TE) as well as the interaction among co-existing overlays may occur. In this paper, we adopt both non-cooperative and cooperative game theory to analyze these interactions, which are collectively called hybrid interaction. Firstly, we model a situation of the hybrid interaction as an n+1-player non-cooperative game, in which overlays and TE are of equal status, and prove the existence of Nash equilibrium (NE) for this game. Secondly, we model another situation of the hybrid interaction as a 1-leader-n-follower Stackelberg-Nash game, in which TE is the leader and co-existing overlays are followers, and prove that the cost at Stackelberg-Nash equilibrium (SNE) is at least as good as that at NE for TE. Thirdly, we propose a cooperative coalition mechanism based on Shapley value to overcome the inherent inefficiency of NE and SNE, in which players can improve their performance and form stable coalitions. Finally, we apply distinct genetic algorithms (GA) to calculate the values for NE, SNE and the assigned cost for each player in each coalition, respectively. Analytical results are confirmed by the simulation on complex network topologies.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2005년도 제36회 하계학술대회 논문집 A
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• pp.775-777
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• 2005

In this paper, effects of the subsidy in the electricity market on the market equilibrium are analyzed. The generation competition markets are considered as the basic market structure. The market equilibrium with Cournot game model is derived, first. Then, the variation of Nash equilibrium is investigated when the subsidies to generation companies are provided. The market equilibrium with the subsidy in the electricity market, which is equivalent to the subgame perfect equilibrium, is analytically derived using Stackelberg game model and backward induction method. From this, how the provisions of subsidy to generation companies can affect the strategic behaviors of the generation companies and corresponding market equilibrium are explored, in this paper. Numerical examples are provided to illustrate the basic idea of this paper.

• 한국위성정보통신학회논문지
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• 제12권4호
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• pp.100-105
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• 2017

이 논문에서는 백스케터 통신에서 악의적인 간섭이 존재할 때, 게임이론을 적용하여 간섭으로부터 회피하고 통신의 성능 최적화를 통한 성능 분석에 관한 내용을 다룬다. 백스케터 통신을 원신호원을 반사하여, 백스케터 신호를 전송하기 때문에 악의적인 간섭에 취약하게 된다. 이를 해결하기 위해 리더-펄로워 관계인 스텔켈베르그 게임이론을 적용하며, 라그랑지안 승수 방법을 통해 최적화를 수행한다. 또한, 네쉬 게임이론과 스텔켈베르그 두 가지 게임이론을 백스케터 통신에 적용하고 적용된 게임이론에 따른 백스케터 통신의 간섭 회피 성능을 비교 분석을 수행한다. 본 논문의 시뮬레이션을 통해 스텔켈베르그 게임이론이 악의적인 간섭 회피에서 더 나은 성능을 보임을 증명하고, 백스케터의 통신 최적의 성능과 스텔켈베르그 게임 균형을 확인한다.

• 한국정보과학회논문지:정보통신
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• 제37권2호
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• pp.94-98
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• 2010

무선 네트워크상에서 자원의 단위가격을 결정하는 문제는 매우 중요한 문제이다. 기존의 기법들은 네트워크 운영자 중심 혹은 사용자 중심의 방법들이었기 때문에 최근에는 운영자와 사용자 모두를 만족시킬 수 있는 새로운 기법이 요구되었다. 본 논문에서는 네트워크에서 제공하는 대역폭을 사용하여 정보를 전송하는 유저들이 얻는 이익과 네트워크 운영자가 얻는 이익을 포함한 사회 전체적인 이익인 사회적 편익(social welfare)을 최대화 할 수 있는 적응적 가격 결정 기법을 제안하였다. 제안된 기법에서는 게임이론의 일종인 슈타켈버그 게임과 수요-효율 그래프를 사용하여 현재 네트워크 상황에 적합한 최적가격을 결정하도록 설계하였고, 성능분석을 통해 제안된 기법이 기존의 가격결정 기법에 비해 우수한 성능을 가지는 것을 확인하였다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제9권11호
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• pp.4291-4310
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• 2015

This paper investigates the traffic offloading over unlicensed bands for two-tier multi-mode small cell networks. We formulate this problem as a Stackelberg game and apply a hierarchical learning framework to jointly maximize the utilities of both macro base station (MBS) and small base stations (SBSs). During the learning process, the MBS behaves as a leader and the SBSs are followers. A pricing mechanism is adopt by MBS and the price information is broadcasted to all SBSs by MBS firstly, then each SBS competes with other SBSs and takes its best response strategies to appropriately allocate the traffic load in licensed and unlicensed band in the sequel, taking the traffic flow payment charged by MBS into consideration. Then, we present a hierarchical Q-learning algorithm (HQL) to discover the Stackelberg equilibrium. Additionally, if some extra information can be obtained via feedback, we propose an improved hierarchical Q-learning algorithm (IHQL) to speed up the SBSs' learning process. Last but not the least, the convergence performance of the proposed two algorithms is analyzed. Numerical experiments are presented to validate the proposed schemes and show the effectiveness.

• Journal of Communications and Networks
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• 제16권6호
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• pp.627-638
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• 2014

In this paper, we study the joint price and power allocation in spectrum sharing macro-femtocell networks. The proposed game theoretic framework is based on bi-level Stackelberg game where macro base station (MBS) works as a leader and underlaid femto base stations (FBSs) work as followers. MBS has fixed data rate and imposes interference price on FBSs for maintaining its data rate and earns revenue while FBSs jointly adjust their power for maximizing their data rates and utility functions. Since the interference from FBSs to macro user equipment is kept under a given threshold and FBSs compete against each other for power allocation, there is a need to determine a power allocation strategy which converges to Stackelberg equilibrium. We consider two cases for MBS power allocation, i.e., fixed and dynamic power. MBS can adjust its power in case of dynamic power allocation according to its minimum data rate requirement and number of FBSs willing to share the spectrum. For both cases we consider uniform and non-uniform pricing where MBS charges same price to all FBSs for uniform pricing and different price to each FBS for non-uniform pricing according to its induced interference. We obtain unique closed form solution for each case if the co-interference at FBSs is assumed fixed. And an iterative algorithm which converges rapidly is also proposed to take into account the effect of co-tier interference on interference price and power allocation strategy. The results are explained with numerical simulation examples which validate the effectiveness of our proposed solutions.

• 정보과학회 논문지
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• 제44권8호
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• pp.854-859
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• 2017

기지국(Base Station)에서 인기있는 콘텐츠(비디오)를 캐싱하는 것은 전송 대기 시간을 줄일 수 있는 효율적인 방법이다. 본 논문에서는 콘텐츠 제공자(CP)가 캐싱 절차에 참여하도록 동기를 부여하기 위해 무선 네트워크에서의 사전 인센티브 캐시 메커니즘을 제안한다. 하나 이상의 Infrastructure Provider(InP)와 많은 CP로 구성되어 있는 시스템에서, InP는 InP의 기지국에서 캐시하는 파일 수를 결정하기 위해 CP가 경쟁하는 동안 수익을 극대화할 수 있도록 CP에 청구되는 가격을 정의하는 것을 목표로 한다. 또한 InP와 CP는 Stackelberg 게임이론 내에서 각각 선도자와 추종자로 정의된다. Backward Induction을 기반으로, 각 CP가 각 기지국에서 임대한 캐시 공간의 양을 정확하게 측정한 후, 최적화 문제를 해결함으로써 InP가 각 CP를 임대하는 가격을 계산한다. 이것은 비 균일 가격 체계를 고려한 점에서 기존 연구와 차이가 있다. 수치 결과는 제안 된 방법을 통해 InP의 이익이 균일 가격 책정보다 높다는 것을 보여준다.

• 경영과학
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• 제23권3호
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• pp.243-257
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• 2006

ITU-T's NgN(Next generation Network) architecture is expected to offer a new Internet platforms such as QoS(Quality of Service) guaranteed services as it overcame the limitations of the existing best-effort Internet architecture. However, policy development crucial for the NgN framework(e.g., interconnections and billing) is lagging far behind technology development. For example, arguments over network neutrality clearly indicate little understanding of the Internet industry structure where diverse providers including ISP and CP coexist. This study employs a network economics approach to predict how the competitive landscape involving various providers will evolve under the traffic-based billing system under the NgN environment. Applied is the non-cooperative game theory, in particular, Stackelberg's repeated game in order to build and analyze model for competition among those providers. We also studied possible impacts that CPs would have on the competitive landscape if they have an option to replace ISP: i.e., CDN(Content Delivery Network) provider. Lastly, based on the model analysis and experiments, presented are their implications to policy development and tile future prospect.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제8권7호
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• pp.167-176
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• 2019

최근 소셜 네트워크, 비디오 스트리밍 등 이동통신망 환경에서 즐길 수 있는 서비스가 종류가 점점 증가함에 따라, 모바일 사용자(MU : Mobile User)는 이동통신 데이터를 소모하여 원하는 콘텐츠에 더욱 쉽게 접근할 수 있게 되었다. 하지만 이동통신 환경 아래서, 모바일 사용자는 콘텐츠를 즐기기 위해 네트워크 서비스 제공자(SP : Service Provider)에게 높은 이동통신 데이터 요금을 내야한다. 이를 해결하기 위한 방법으로 소개된 '데이터 스폰서(data sponsor)'기법은 모바일 사용자의 콘텐츠 접근성을 높이는 획기적인 방법으로 주목받고 있다. 본 논문에서는 서비스 제공자와 콘텐츠 제공자를 리더 그룹, 모바일 사용자를 추종자 그룹으로 하는 슈타켈버그 게임을 통해 최적의 요금 할인율을 결정짓는 알고리즘을 제안한다. 또한 모바일 사용자의 콘텐츠에 대한 접근성을 더욱 높이기 위해, 모바일 사용자에게 높은 인기가 있는 콘텐츠를 엣지 서버에 캐싱하는 엣지 캐싱을 게임이론의 다대다 매칭 게임을 통해 설계하는 알고리즘을 제안한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 기존에 제안된 데이터 스폰서 기법에 비해 본 논문에서 제안한 방법이 제공자들의 콘텐츠 소모에 대한 수익률 측면에서 6~11% 가량의 우위를 보였으며, 엣지 캐싱의 유무에 따라 콘텐츠 제공자의 수익률이 12% 향상됨을 확인하였다.