A multi-layer game-theoretical framework for modeling wireless access and spectrum markets
Authors: Φορτετσανάκης Γεώργιος 
Published: September 2021

Η πρόοδος στα ασύρματα δίκτυα σε συνδυασμό με αλλαγές στους ρυθμιστικούς κανόνες για την πρόσβαση στο φάσμα και τον ανταγωνισμό παρέχουν νέες δυνατότητες για δικτυακές αρχιτεκτονικές, υπηρεσίες και συνεργασίες μεταξύ των παρόχων. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές αγορές ασύρματης πρόσβασης και φάσματος, εμφανίζονται νέες αγορές που είναι μεγαλύτερες, πιο ετερογενείς, και παρέχουν νέες και βελτιωμένες υπηρεσίες. Η ανάλυση αυτών των αγορών είναι δύσκολη λόγω μίας πληθώρας φαινομένων που διαδραματίζονται σε διαφορετικές χωρικές και χρονικές κλίμακες. Η κύρια συνεισφορά αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός αρθρωτού πλαισίου μοντελοποίησης για την ανάλυση των αγορών ασύρματης πρόσβασης και φάσματος. Το πλαίσιο μοντελοποίησης χρησιμοποιεί εργαλεία από τη θεωρία παιγνίων, τη θεωρία ουρών, τα οικονομικά δικτύων, καθώς και αλγορίθμους ομαδοποίησης για να μοντελοποιήσει αγορές σε διάφορα επίπεδα λεπτομέρειας. Συγκεκριμένα, επιτρέπει στους παρόχους να διακρίνουν υποπληθυσμούς χρηστών με διαφορετικό προφίλ το οποίο εξαρτάται από διάφορες παραμέτρους, όπως την προθυμία πληρωμής, τις απαιτήσεις σε ποιότητα υπηρεσίας και τη ζήτηση και να μοντελοποιούν τις αποφάσεις τους ξεχωριστά. Καθώς ο αριθμός των υποπληθυσμών αυξάνει, το επίπεδο λεπτομέρειας της ανάλυσης αυξάνεται όπως επίσης και η υπολογιστική πολυπλοκότητα. Ο στόχος ενός παρόχου είναι να επιλέξει το κατάλληλο επίπεδο λεπτομέρειας που οδηγεί σε σημαντικά οφέλη στο κέρδος απαιτώντας μικρό υπολογιστικό κόστος. Το πλαίσιο μοντελοποίησης θεωρεί πολλαπλούς παρόχους, καθένας από τους οποίους μπορεί να παρέχει πολλαπλά πακέτα χρέωσης. Επίσης, μοντελοποιεί τη συμπεριφορά των χρηστών με ένα ρεαλιστικό τρόπο θεωρώντας ότι δεν κάνουν πάντα τη βέλτιστη επιλογή με κριτήριο τις προσφερόμενες τιμές και την ποιότητα υπηρεσίας. Για να περιορίσει ακόμα περισσότερο την υπολογιστική πολυπλοκότητα, αναπτύσσει μία μεθοδολογία και ένα αλγόριθμο αποσύνθεσης δικτύων με βάση το θεώρημα του Norton. Αυτός ο αλγόριθμος υπολογίζει ισοδύναμα μοντέλα ουρών για τα δίκτυα μίας περιοχής ενδιαφέροντος, εξαλείφοντας τη λεπτομέρεια ολόκληρων των δικτύων των παρόχων. Με βάση το πλαίσιο μοντελοποίησης, μελετήθηκαν διάφορες τάσεις με ισχυρό εμπορικό ενδιαφέρον στις τηλεπικοινωνιακές αγορές όπως η αποφόρτιση (offloading) των κυψελωτών δικτύων μέσω WiFi, η συμμετοχή των παρόχων σε δευτερεύουσες αγορές φάσματος για την αύξηση της χωρητικότητας των δικτύων τους, η τιμολόγηση με βάση την τμηματοποίηση της αγοράς και το flex service, μία νέα υπηρεσία που παρέχει τη δυνατότητα στους χρήστες να επιλέγουν τον πάροχο τους δυναμικά. Η ανάλυση αναδεικνύει ότι στις περιπτώσεις όπου υπάρχει ισχυρή συσχέτιση μεταξύ της προθυμίας πληρωμής των χρηστών και των απαιτήσεων τους σε ποιότητα υπηρεσίας, οι πάροχοι επιτυγχάνουν σημαντικά οφέλη όταν μοντελοποιούν τους χρήστες με μεγάλο αριθμό υποπληθυσμών. Όταν όμως αυτές οι παράμετροι είναι ανεξάρτητες, σε κάποιες περιπτώσεις, οι πάροχοι μπορεί να καταγράψουν απώλειες κέρδους όταν μοντελοποιούν τους χρήστες στο ίδιο επίπεδο λεπτομέρειας. Το πλαίσιο μοντελοποίησης μπορεί να αποτελέσει τη βάση για την ανάπτυξη ενός λογισμικού που θα πραγματοποιεί μία λεπτομερή ανάλυση κόστους-οφέλους για την υιοθέτηση νέων τεχνολογικών τάσεων στις τηλεπικοινωνιακές αγορές.