Közeghozzáférési protokoll fejlesztése játékelméleti módszerekkel

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Imre Sándor
Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék

A vezeték nélküli kommunikáció napjaink leggyorsabban fejlődő informatikai ágazata. Mindennapunk részévé vált a mobiltelefon használata, számos lakásban vezeték nélküli router segítségével kialakított WLAN (Wireless Local Area Network) hálózat található, a Bluetooth kommunikációs szabvány pedig már hosszú évek óta nyújt megoldást kis távolságú vezetékmentes adatátvitelre. Bár a rádiós adatátvitel több, mint 100 éves múltra tekint vissza, elsősorban technológiai okok miatt csak a 20. század második felében kezdődött meg a vezeték nélküli kommunikáció térhódítása, először katonai és tudományos, majd nem sokkal később - a celluláris mobilhálózatok kialakulásával - a civil lakosság számára is elérhető alkalmazásokkal. A folyamatosan növekvő felhasználói igényeket azonban csak részben lehet frekvencia-allokációval kielégíteni, az elektromágneses spektrum véges volta miatt. Ezért napjaink egyik legnagyobb kihívása az, hogy a rendelkezésünkre álló erőforrásokat hogyan osszuk meg optimálisan a hálózat tagjai között. Ehhez a fizikai réteg felett, az adatkapcsolati rétegben találhatunk megoldásokat, ebben nyújt segítséget a játékelmélet matematikai eszköztára.

Dolgozatomban először a közeghozzáférési problémakört tekintem át vezeték nélküli közeg esetén. Megvizsgálom, hogy mi okozhatta a rádiós összeköttetések nagymértékű elterjedését, valamint azt, hogy a megannyi előnye mellett milyen problémák adódhatnak, és ezekre milyen megoldások születtek. Bemutatom az utóbbi évtizedek során kialakult leggyakoribb közeghozzáférési protokollokat, és összehasonlítást teszek köztük a csatornakapacitás kihasználtságát tekintve.

A következő fejezetben a játékelméletbe, a stratégiai konfliktusok megoldásának egy matematikai módszerébe nyújtok rövid betekintést. Az alapfogalmak tisztázása után néhány példán keresztül bemutatom, hogy pontosan hogyan is használható ez az apparátus, ha a játékosok stratégiai döntéshelyzetbe kerülnek. Külön alfejezetben tárgyalom a játékelmélet távközléssel kapcsolatos problémáit. Néhány példán keresztül megpróbálom megvilágítani, hogy milyen sokrétű alkalmazási területtel rendelkezik a matematika ezen ága az informatikában és a telekommunikációban.

A dolgozat harmadik fejezetében a közeghozzáférési protokollokon belül az Aloha rendszer sajátosságait tekintem át. Az egyszerűségének hála kiválóan lehet matematikailag modellezni, és ez által pontos számításokat végezni a rendszer paramétereivel kapcsolatosan. Egyszerűségének hátrányait is sorra veszem, amelyből látni fogjuk, hogy miért tartjuk kezdetleges protokollnak az Alohát.

A negyedik, nagyobb lélegzetvételű részben játékelméleti megfontolásokkal kísérletet teszek egy algoritmus létrehozására, amellyel a réselt Aloha szereplői közvetett módon kooperálva igyekeznek a csatorna maximális kihasználtságát elérni a fairness szem előtt tartása mellett. MATLAB szimulációk segítségével megvizsgálom, hogy az algoritmus mennyire felel meg a vele szemben támasztott követelményeknek, és mennyire képes adaptálódni a populáció változásához.

Végül, a dolgozat utolsó részében összefoglalom a kapott eredményeket, és áttekintem a lehetséges továbblépési lehetőségeket.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.