Network Selection with Cooperative Game Theory for Wireless Access Networks

Abstract

Mobile terminals which are becoming more popular today, to communicate effectively with other communication devices, it is very important to know which network devices are connected. In this study, there are four different candidate networks (UMTS, GSM, WLAN, LTE-A) and four different traffic classes for six different criteria in the network selection scenario. Analytical Hierarchy Process (AHP) method is used to find out which selection criteria are important for each traffic class. Then, with the cooperative game theory used, the potential resource values that candidate networks have and that they will provide to the users have been obtained. Resource allocation is calculated by Shapley method which is an important solution method in cooperative game theory. When the results are analyzed, the WLAN network would be the the best choice for achieving the highest efficiency in all traffic classes.

Keywords

• Cooperative game theory
• Network selection
• Shapley value
• Analytic Hierarchy Process (AHP)

Kablosuz Erişim Şebekeleri İçin İşbirlikçi Oyun Teorisi İle Şebeke Seçimi

Abstract

Günümüzde giderek daha popüler hale gelen mobil terminallerin, diğer iletişim araçlarıyla etkili bir şekilde iletişim kurmaları için, hangi şebekeye bağlı olduğunu bilmek çok önemlidir. Bu çalışmada şebeke seçim senaryosunda dört aday şebeke (UMTS, GSM, WLAN, LTE-A) ve altı farklı kritere sahip mobil terminal için dört farklı trafik sınıfı bulunmaktadır. Her trafik sınıfı için hangi seçim kriterlerinin önemli olduğunu bulmak için Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP) yöntemi kullanılmıştır. İşbirlikçi oyun teorisi ile aday şebekelerin sahip olduğu ve kullanıcılara sağlayabilecekleri potansiyel kaynak değerleri elde edilmiştir. Kaynakların dağıtımı işbirlikçi oyun teorisi çözüm yöntemlerinden olan Shapley yöntemi ile hesaplanmıştır. Sonuçlar değerlendirildiğinde, WLAN şebekesinin tüm trafik sınıflarında en yüksek verimi elde etmek için en iyi seçim olduğu bulunmuştur.

Keywords

• İşbirlikçi oyun teorisi
• Şebeke seçimi
• Shapley değeri
• Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP)

References

1. [1] M. Munjal ve N.P. Singh, “Utility aware network selection in small cell,” Wireless Networks, vol. 25, no. 5, pp. 2459-2472, 2019.
2. [2] S. Uzun ve H. Kazan, “Çok kriterli karar verme yöntemlerinden AHP, TOPSİS ve PROMETHEE karşlaştırması: Gemi inşada ana makine seçimi uygulaması,” Journal of Transportation and Logistics, c. 1, s. 1, ss. 99-113, 2016.
3. [3] X. Cai, X. Liu ve Z. Qu, “Game theory-based device-to-device network access algorithm for heterogeneous networks,” Journal of Supercomputing, vol. 75, no. 5, pp. 2423-2435, 2019.
4. [4] H.W. Yu ve B, Zhang, “A heterogeneous network selection algorithm based on network attribute and user preference,” Ad Hoc Networks, vol. 72, pp. 68-80, 2018.
5. [5] M. Munjal ve N.P. Singh, “Improved network selection for multimedia applications,” Transaction on Emerging Telecommunication Technlologies, Wiley, vol. 28, no. 5, pp. 1-16, 2016.
6. [6] T. Liu Bin, W. Hui ve F.B. Bin, “AHP and game theory based approach for network selection in heterogeneous wireless networks,” IEEE 11th Consumer Communications and Networking Conference (CCNC), Las Vegas, NV, USA,2014.
7. [7] D. Niyato ve E. Hossain, “A cooperative game framework for bandwidth allocation in 4G heterogeneous wireless networks,” IEEE International Conference on Communications, İstanbul, Türkiye, 2006.
8. [8] T. L. Saaty, “Decision making with the analytic hierarchy process,” International Journal of Services Sciences, vol. 1, no. 1, pp. 83-98, 2008.

9. [9] T.L. Saaty, “How to make a decision: The analytic hierarchy process,” European Journal of Operational Research, vol. 48, no. 1, pp. 9–26, 1990.
10. [10] H. Karabacak, Herkes İçin Oyun Teorisi,1. baskı Ankara, Türkiye: Seçkin Yayıncılık, 2016.