Ağ yönlendirme algoritmalarının oyun teorisi yaklaşımıyla modellenmesi ve başarımlarının iyileştirilmesi
Game theory approach to the modeling and improvement of performance of network routing algorithms
Yazar: SERAP ERGÜN
Danışman: PROF. DR. TUNCAY AYDOĞAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tez çalışmasında, bilgisayar ağlarında yönlendirme protokollerinin kullandığı yönlendirme algoritmaları sayesinde seçilen yollar üzerinde çeşitli işbirlikçi oyunlar kurularak maliyetleri azaltmak, kazançları arttırmak ve bireysel paylaşımların adil olması için kullanılan çözüm yöntemleri araştırılmış ve ağ başarımlarına etkileri incelenmiştir. 

Önce RIP, OSPF, EIGRP ve IS-IS protokollerini kullanan yönlendiricilerden oluşan 5, 10 ve 15 düğümlü ağların topolojik tasarımları yapılmıştır. Bu ağların başarımlarının incelenmesi için iletim hacmi, yönlendirme yükü, paket teslim oranı ve uçtan uca gecikme değerleri OMNeT++ ağ simülatörü üzerinde geliştirilen CoGaTRA Sim projesi üzerinde elde edilmiştir. 

Sonra, yönlendirme metriklerinin karakteristik fonksiyonlarda kullanılmasıyla maksimum akış, minimum maliyetli ağaç ve en kısa yol oyunları kurulmuş, matematiksel modellemeleri yapılmış, ağların ve oyunların dinamik olması amacıyla belirli zamanlarda yönlendiricilerin aktif ve pasif olmaları sağlanarak Shapley, Tau, Myerson ve Bird değerleri çözüm yöntemleri olarak hesaplanmıştır. 

Elde edilen çözüm yöntemlerinde her bir oyuncuya paylaştırılan maliyet/ kazanç sıralamaları dikkate alınarak, ağların başarım analiz sonuçlarında her bir yönlendiricinin başarım ölçüt sıralamalarıyla kıyaslanarak oyunlar üzerinde elde edilen ilişkiler ortaya konulmuştur, anlamlı ilişkilere ulaşılmıştır.

Tez çalışması sonucunda disiplinler arası bir çalışma ortaya konularak ağ başarımlarının işbirlikçi oyun teorisi ile ilişkileri belirlenmiş ve ağ yöneticileri için ağ tasarımı konusunda çeşitli önerilerde bulunulmuştur. İşbirlikçi oyun teorisi yöntemlerinin ağ yönlendirmede etkin yolların belirlenmesinde ve ağ tasarımlarında kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, solution methods used to reduce costs, to increase gains and to make individual shares fair were investigated and their effects on network performance were examined by using routing algorithms used in routing protocols in computer networks, various collaborative games are established on selected paths.

Firstly, topological designs of 5, 10 and 15 node networks consisting of routers using RIP, OSPF, EIGRP and IS-IS protocols were made. To examine the performance of these networks; throughput, routing overhead, packet delivery ratio and end-to-end delay values are obtained on the CoGaTRA Sim project developed on the OMNeT ++ network simulator. 

Then, by using routing metrics in characteristic functions, maximum flow, minimum cost spanning tree and shortest path games are established, mathematical modeling is made and Shapley, Tau, Myerson and Bird values are calculated as solution methods by enabling the routers to be active and passive at certain times in order to make the networks and games dynamic. 

In the obtained solution methods, considering the cost/gains rankings allocated to each player, the performance analysis results of the networks are compared with the performance criteria rankings of each router and the relations obtained on the games are revealed and significant relations are reached.

As a result of the thesis, an interdisciplinary study is put forward and the relations between network performance and cooperative game theory are determined and various suggestions are made about network design for network administrators. It is seen that cooperative game theory methods can be used to identify effective paths in network routing and network design.

Keywords: Routing algorithms and protocols, OMNeT++, network performance measures, cooperative game theory, Shapley value, Myerson value.