Application de la théorie des jeux à l'optimisation du routage réseau : solutions algorithmiques

Game theory applied to routing in networks : algorithmic solutions

• Auteur / Autrice : Octave Boussaton
• Direction : Dominique Barth, Johanne Cohen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 16/02/2010
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : IAEM Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LORIA
• Jury : Président / Présidente : Dominique Méry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Barth, Johanne Cohen, Dominique Méry, Sébastien Tixeuil, Jean-Claude Konig, Nicolas Lesauze
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Tixeuil, Bruno Tuffin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie des jeux

Réseaux d'ordinateurs

Nash, Variétés de

Traitement réparti

Mots clés libres

Réseaux d'ordinateurs

Traitement réparti

Equilibre de Nash

Algorithmes EM

Equilibre de Wardrop

Fonction de potentiel

Routage

Apprentissage distribué

Wardrop

Routage égoiste

Résumé

Il existe de nombreuses méthodes d'optimisation du routage réseau en général. Dans cette thèse nous nous intéressons au développement d'algorithmes distribués permettant une stabilisation, au sens de Nash, des flux réseaux. Nous rappelons tout d'abord brièvement le contexte général d'Internet aujourd'hui et quelques notions de théorie des jeux. Nous présentons un jeu de tarification simple à deux joueurs, que la méthode des joueurs fictifs permet de faire converger. Puis nous présentons un jeu de routage plus complexe, à n joueurs, basé sur le modèle de Wardrop, ainsi qu'un algorithme de comportement distribué qui permet au système de converger vers un équilibre de Wardrop (équilibre social). Ces équilibres sont confondus avec les équilibres de Nash dans le cas limite où un joueur représente une partie infinitésimale du trafic. Nous présentons ensuite un raffinement de notre représentation initiale du problème, qui permet une diminution de sa complexité, en terme de dimension des espaces de stratégies et de temps de calcul. Nous montrons qu'il s'agit d'une bonne heuristique d'approximation de la première méthode trop coûteuse, sa qualité dépend d'un unique paramètre. Enfin, nous concluons par la présentation de résultats de simulation qui montrent que notre méthode distribuée est effectivement capable d'apprendre les meilleurs équilibres du système.

There are several approaches for optimizing network routing in general. In this document, we are interested in developping distributed algorithms able to stabilize the network flows in the sense of Nash. We introduce the general context of the Internet today along with a few key-notions in game theory. We show a simple two-player tarification game that the fictitious player dynamics is able to solve. Then, we introduce a more complex routing game with n players based on the Wardrop model and a distributed learning algorithm that allows the system to converge towards Wardop equilibria (social equilibrium). These equilibria also are Nash equilibria in the limit case where a player is an infinitesimal part of the network flow. We present a refinement of our initial representation of the problem that narrows down its complexity, in terms of the size of the strategy space and computation time. We show that it is a good heuristic for approximating the previous method, its quality relies upon only one parameter. Finally, we conclude with simulations results, showing that our distributed method is able to learn the best equilibriua of the system.