Network selection games : simulation tool development and performance evaluation

The present thesis work is motivated in the recent developments of wireless access technologies, which have given noticeable changes on both operator and end-user side. From the operator side, the wireless access networks have evolved from 1st generation technologies (1G) up to 3rd generation technologies (3G) during the last three decades. Additionally, 4th generation networks (4G) based in advanced radio technologies are already in development phases. The proliferation of wireless access networks yields opportunities to the end-user, however it can also induce a additional problematic due to the complexity of the network to be operated. Therefore, the end-user has the possibility to choose dynamically which access technology (access network) to connect to, in order to obtain the required service. From the moment the decisions from the users occur in a distributed, non-coordinated and generally opportunistic way, the access to wireless networks process dynamics are in a need to be studied. The present thesis work, analyses the competitive access problem by means of game theory. In particular, non-cooperative game models in which the users tend to maximize their individual utility from the access problem are considered. The thesis work presents the development and implementation of a software instrument capable of simulating game dynamics individualizing equilibria conditions and measuring the transition length to reach such equilibria (convergence time). The second part of the thesis work includes the analysis of different realistic wireless access networks considering different access strategies which are selected by the end-users and different utility function formulations with which the players “play” the game.

Il presente lavoro di tesi è motivato dai recenti sviluppi nel campo delle tecnologie di accesso wireless, che hanno portato a notevoli cambiamenti sia lato operatore che lato utente finale. Lato operatore, le reti d'accesso wireless si sono evolute dalla prima generazione (1G) fino alla terza generazione (3G) negli ultimi tre decenni. Inoltre, reti di quarta generazione (4G) basate su tecnologia radio avanzata sono già in fase di sviluppo . La proliferazione di reti di accesso wireless da un lato costituisce un'opportunità per l'utente finale che può, dall'altro introduce problematiche aggiuntive legate alla complessità dell'infrastruttura di rete da gestire. L'utente finale ha quindi la possibilità di scegliere dinamicamente la tecnologia di accesso (rete d'accesso) con cui collegarsi per ottenere i servizi richiesti. Dal momento che le scelte degli utenti avvengono in maniera distribuita, non coordinata e generalmente "opportunistica", nasce il problema di studiare le dinamiche del processo di accesso a reti wireless. Il presente lavoro di tesi analizza il problema dell'accesso competitivo tramite la teoria dei giochi. In particolare, vengono considerati modelli di gioco non-cooperativo in cui gli utenti mirano a massimizzare la propria utilità percepita a valle del processo di accesso. La tesi presenta lo sviluppo e l'implementazione di uno strumento software in grado di simulare le dinamiche di gioco individuando le condizioni di equilibrio e valutando la lunghezza del transitorio per raggiungere tale equilibrio (tempo di convergenza). La seconda parte del lavoro di tesi include l'analisi di scenari realistici di accesso a reti wireless considerando diverse strategie di accesso scelte dagli utenti e diverse formulazioni della funzione di utilità con cui gli utenti stessi "giocano".