Suman, Sanjay Kumar;Kumar, Dhananjay;Bhagyalakshmi, L.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.7
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pp.2281-2301
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2014
In wireless ad hoc networks the nodes focus on achieving the maximum SINR for efficient data transmission. In order to achieve maximum SINR the nodes culminate in exhausting the battery power for successful transmissions. This in turn affects the successful transmission of the other nodes as the maximum transmission power opted by each node serves as a source of interference for the other nodes in the network. This paper models the choice of power for each node as a non cooperative game where the throughput of the network with respect to the consumption of power is formulated as a utility function. We propose an adaptive pricing scheme that encourages the nodes to use minimum transmission power to achieve target SINR at the Nash equilibrium and improve their net utility in multiuser scenario.
In wireless networks, it is well-known that intermediate nodes can be used as cooperative relays to reduce the transmission energy required to reliably deliver a message to an intended destination. When the network is under a central authority, energy allocations and cooperative pairings can be assigned to optimize the overall energy efficiency of the network. In networks with autonomous selfish nodes, however, nodes may not be willing to expend energy to relay messages for others. This problem has been previously addressed through the development of extrinsic incentive mechanisms, e.g., virtual currency, or the insertion of altruistic nodes in the network to enforce cooperative behavior. This paper considers the problem of how selfish nodes can decide on an efficient energy allocation and endogenously form cooperative partnerships in wireless networks without extrinsic incentive mechanisms or altruistic nodes. Using tools from both cooperative and non-cooperative game theory, the three main contributions of this paper are (i) the development of Pareto-efficient cooperative energy allocations that can be agreed upon by selfish nodes, based on axiomatic bargaining techniques, (ii) the development of necessary and sufficient conditions under which "natural" cooperation is possible in systems with fading and non-fading channels without extrinsic incentive mechanisms or altruistic nodes, and (iii) the development of techniques to endogenously form cooperative partnerships without central control. Numerical results with orthogonal amplify-and-forward cooperation are also provided to quantify the energy efficiency of a wireless network with sources selfishly allocating transmission/relaying energy and endogenously forming cooperative partnerships with respect to a network with centrally optimized energy allocations and pairing assignments.
The artificial intelligence (AI) of Non-Player Companions (NPC), especially opponents, is a key element to adjust the level of games in game design. Smart opponents can make games more challenging as well as allow players for diverse experiences, even in the same game environment. Since game users interact with more than one opponent in most of today's games, collaboration control of opponent characters becomes more important than ever before. In this paper, we introduce a cooperative strategy based on the A* algorithm for enemies' AI in the Pac-Man game. A survey from 17 human testers shows that the levels with our collaborative opponents are more difficult but interesting than those with either the original Pac-Man's personalities or the non-cooperative greedy opponents.
This study demonstrates that cooperative management can provide more benefits than noncooperative management for Korea and Japan fishery. We have studied one management strategy, namely, fishing under joint maximization of net benefits in coastal waters of two countries, using a cooperative game theory. The present net return under non-cooperation amounts to 420,255 million won. However, if two countries cooperate one with another, this figure can get to 2,636,565 million won. We consider this to be an important conclusion as close management relationships have developed between the two countries since the establishment of the EEZ in 1996. The results of the study can also help balance resource conservation and the appropriate catch quota in each country.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.2
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pp.611-627
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2017
For enhancing the coverage of wireless networks and increasing the spectrum efficiency, small cell networks (SCNs) are considered to be one of the most prospective schemes. Most of the existing literature on resource allocation among non-cooperative small cell base stations (SBSs) has widely drawn close attention and there are only a small number of the cooperative ideas in SCNs. Based on the motivation, we further investigate the cooperative approach, which is formulated as a coalition formation game with power control algorithm (CFG-PC). First, we formulate the downlink sub-channel resource allocation problem in an SCN as a coalition formation game. Pareto order and utilitarian order are applied to form coalitions respectively. Second, to achieve more availability and efficiency power assignment, we expand and solve the power control using particle swarm optimization (PSO). Finally, with our proposed algorithm, each SBS can cooperatively work and eventually converge to a stable SBS partition. As far as the transmit rate of per SBS and the system rate are concerned respectively, simulation results indicate that our proposed CFG-PC has a significant advantage, relative to a classical coalition formation algorithm and the non-cooperative case.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.5
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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.
Based on social welfare maximum theory, the optimal scale of power plants entering generation power market being is researched. A static non-cooperative game model for short-term optimization of power plants with different cost is presented. And the equilibrium solutions and the total social welfare are obtained. According to principle of maximum social welfare selection, the optimization model is solved, optimal number of power plants entering the market is determined. The optimization results can not only increase the customer surplus and improve power production efficiency, but also sustain normal profits of power plants and scale economy of power production, and the waste of resource can also be avoided. At last, case results show that the proposed model is efficient.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.11
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pp.3674-3710
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2014
In this tutorial, we integrate the concept of cognitive radio technology into game theory and supermarket game theory to address the problem of resource allocation in multiuser multicarrier cognitive radio networks. In addition, multiuser multicarrier transmission technique is chosen as a candidate to study the resource allocation problem via game and supermarket game theory. This tutorial also includes various definitions, scenarios and examples related to (i) game theory (including both non-cooperative and cooperative games), (ii) supermarket game theory (including pricing, auction theory and oligopoly markets), and (iii) resource allocation in multicarrier techniques. Thus, interested readers can better understand the main tools that allow them to model the resource allocation problem in multicarrier networks via game and supermarket game theory. In this tutorial article, we first review the most fundamental concepts and architectures of CRNs and subsequently introduce the concepts of game theory, supermarket game theory and common solution to game models such as the Nash equilibrium and the Nash bargaining solution. Finally, a list of related studies is highlighted and compared in this tutorial.
Recently, the idea of the smart grid has been gaining significant attention and has become a hot research topic. The purpose of this paper is to present a novel smart grid management scheme that uses game theory principles. In our proposed scheme, power appliances in the smart grid adaptively form groups according to the non-cooperative hedonic game model. By exploiting multi-appliance diversity, appliances in each group are dynamically scheduled in a cooperative manner. For efficient smart grid management, the proposed coopetition game approach is dynamic and flexible to adaptively respond to current system conditions. The main feature is to maximize the overall system performance while satisfying the requirements of individual appliances. Simulation results indicate that our proposed scheme achieves higher energy efficiency and better system performance than other existing schemes.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39B
no.11
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pp.771-778
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2014
We propose Femto-cell power control scheme in HeNet with Game Theory. The Femto-cell which provide high quality with low power is issued by many benefits, however there is a bunch of interferences when many Femto-cells use overlapped bandwidth with Macro-cell. We defined base station of cellular networks and mobile users as players of Game Theory, and configured interference effect among each other as power utility function. Futhermore, we showed enhanced overall system performance, lower power usage and interference decrease by using optimal power.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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