Resource utilization techniques in distributed networks with limited information

par Ahmed Farhan Hanif

Thèse de doctorat en Informatique, télécommunications et électronique

Sous la direction de Djamal Zeghlache.

Soutenue le 07-05-2014

à Evry, Institut national des télécommunications , dans le cadre de École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris , en partenariat avec Département Réseaux et Services Multimédia Mobiles / RS2M (laboratoire) et de Services répartis- Architectures- MOdélisation- Validation- Administration des Réseaux / SAMOVAR (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Utilisation et optimisation de ressources radio distribuées avec un retour d'information limité


  • Résumé

    Dans ce travail, notre contribution est double. Nous développons un cadre d’apprentissage stochastique distribué pour la recherche des équilibres de Nash dans le cas de fonctions de paiement dépendantes d’un état. La plupart des travaux existants supposent qu’une expression analytique de la récompense est disponible au niveau des noeuds. Nous considérons ici une hypothèse réaliste où les noeuds ont seulement une réalisation quantifiée de la récompense à chaque instant et développons un modèle stochastique d’apprentissage à temps discret utilisant une perturbation en sinus. Nous examinons la convergence de notre algorithme en temps discret pour une trajectoire limite définie par une équation différentielle ordinaire (ODE). Ensuite, nous effectuons une analyse de la stabilité et appliquons le schéma proposé dans un problème de commande de puissance générique dans les réseaux sans fil. Nous avons également élaboré un cadre de partage de ressources distribuées pour les réseaux –cloud– en nuage. Nous étudions la stabilité de l’évolution de l’équilibre de Nash en fonction du nombre d’utilisateurs. Dans ce scénario, nous considérons également le comportement des utilisateurs sociaux. Enfin nous avons également examiné un problème de satisfaction de la demande où chaque utilisateur a une demande propre à lui qui doit être satisfaite


  • Résumé

    As systems are becoming larger, it is becoming difficult to optimize them in a centralized manner due to insufficient backhaul connectivity and dynamical systems behavior. In this thesis, we tackle the above problem by developing a distributed strategic learning framework for seeking Nash equilibria under state dependent payoff functions. We develop a discrete time stochastic learning using sinus perturbation with the realistic assumption, that each node only has a numerical realization of the payoff at each time. We examine the convergence of our discrete time algorithm to a limiting trajectory defined by an ordinary differential equation (ODE). Finally, we conduct a stability analysis and apply the proposed scheme in a generic wireless networks. We also provide the application of these algorithms to real world resource utilization problems in wireless. Our proposed algorithm is applied to the following distributed optimization problems in wireless domain. Power control, beamforming and Bayesian density tracking in the interference channel. We also consider resource sharing problems in large scale networks (e.g. cloud networks) with a generalized fair payoff function. We formulate the problem as a strategic decision-making problem (i.e. a game). We examine the resource sharing game with finite and infinite number of players. Exploiting the aggregate structure of the payoff functions, we show that, the Nash equilibrium is not an evolutionarily stable strategy in the finite regime. Then, we introduce a myopic mean-field response where each player implements a mean-field-taking strategy. We show that such a mean-field-taking strategy is evolutionarily stable in both finite and infinite regime. We provide closed form expression of the optimal pricing that gives an efficient resource sharing policy. As the number of active players grows without bound, we show that the equilibrium strategy converges to a mean-field equilibrium and the optimal prices for resources converge to the optimal price of the mean-field game. Then, we address the demand satisfaction problem for which a necessary and sufficiency condition for satisfactory solutions is provided


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