Sequential Nash Bargaining Solution

Abstract

An efficient and fair resource allocation has become important as delay-stringent data transmissions are prevalent over multi-user and resource constrained networks. In order to improve the network utility while explicitly ensuring the quality of service (QoS) requirements, cooperative approaches to resource allocation have been proposed, in particular, game theoretic approaches based on axiomatic bargaining solutions. In this thesis, we consider how to deploy the Nash bargaining solution (NBS) for resource allocation strategy in time-varying networks while explicitly considering delay constraints, minimum quality and multimedia characteristics of each user. Specifically, we focus on developing an algorithm for finding NBS which requires significantly low computational complexity. Therefore, the proposed algorithm can be deployed over a wide range of utility functions in time-varying channels. The proposed algorithm is based on a linear transformation that is derived from the relationship between feasible utility sets adjacent over time. We show that the complexity required to find the NBS based on the proposed algorithm can be significantly reduced even for general shapes of utility functions. Our actual experiments confirm the effectiveness of the proposed approach and it can be easily concluded that the benefit from deploying the proposed approach can be enormous if more users are serviced in systems. Therefore, we believe that the proposed sequential NBS algorithm can be deployed in practice as an efficient, fair and optimal resource allocation strategies in a variety of the future applications.;스마트폰과 태블릿 PC의 대중적인 보급과 함께 다중 사용자들의 멀티미디어 응용서비스의 이용은 폭발적으로 증가하고 있다. 특히 멀티미디어 서비스는 지연에 민감한 데이터 전송으로 효과적이고 공평한 자원배분을 통해 사용자들의 QoS/QoE를 만족시키는 것이 더욱 중요하다. 이를 해결하기 위해 사용자들의 QoS를 보장하면서 네트워크의 효용향상을 위해 협력적인 접근방식에 대한 여러 가지 제안이 있었고, 게임이론의 공리적 협상 해법에 기반한 연구가 진행되어왔다. 특히 공리적 협상 해법의 하나인 내쉬 협상 해법(NBS)은 사용자 개개인의 멀티미디어 특성과 최소한의 QoS 그리고 지연 민감한 조건을 고려하여 공평하고 최적인 자원관리를 할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 내쉬 협상 해법을 구하기 위해서는 시간에 따라 구성되는 효용 집합의 전체 영역을 모두 검색해야 하는 큰 복잡도의 문제가 있다. 이는 사용자가 늘어날 수록, 채널환경이 자주 변화할수록 복잡도가 기하급수적으로 증가하는 형태를 보여 실제 구현하는데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위하여 본 논문에서는 변환 기반의 알고리즘을 제안했고, 제안된 알고리즘이 기존 방법보다 획기적으로 복잡도를 줄이며 특히 실시간으로 변하는 네트워크 환경에 적합함을 보여주었다. 제안된 sequential NBS 알고리즘은 시간상으로 인접한 유효 효용 집합 사이의 관계에서 유도된 선형 변환을 기반으로 한다. 본 논문에서는 제안한 알고리즘이 일반적인 효용함수의 형태에서도 획기적으로 낮은 복잡도로 수행한다는 것을 보였다. 또한 실제 실험에서는 시스템에서 사용되는 사용자의 인원이 많아졌을 때 제안된 알고리즘이 극대화 된다는 것을 알 수 있다. 따라서 우리는 제안된 sequential NBS 알고리즘이 다양한 미래 자원 관리 전략분야에서 매우 효율적이고 공평하며 최적의 해법을 구하는데 적용될 수 있을 것으로 기대한다.