Computing Nash equilibrium in a telecommunication market model with different cognitive radio scenarios
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2013
Department
Major/Subject
Sovellettu matematiikka
Mcode
Mat-2
Degree programme
Language
en
Pages
[3] + 46 s.
Series
Abstract
In this thesis we are investigating how the different cognitive radio scenarios affect the operators, the customers and the government. We have constructed a telecommunication market model to find out the consequences. We have constructed a two-stage game based on this model. In the first stage operators buy capacity. That means licensing spectrum and maintaining the network technology. In the second stage the operators set prices to their service. The special properties in our game are limited availability of capacity and uncertainty of demand. The limited availability of capacity is simulated by using a quadratic cost function. The uncertainty of demand is generated by adding a random variable to the demand function. The main theme of this thesis is comparing different scenarios to each other. For each scenario we developed functions to represent the additional capacity. Finally we compare the results by using indexes created to represent the utility of different sides. Solving the game is started by using analytical methods with general number of players. However, the complexity of dependencies prevents solving game analytically. We continue with numerical methods. With numerical methods we primarily are searching pure strategy Nash equilibrium. It turns out that pure strategy equilibrium does not exist generally. To solve mixed strategy equilibrium, we form a normal form game to region that our algorithm keeps oscillating and solve its mixed strategy equilibrium. According to the results of this thesis, one of the suggested changes in rules would be equally profitable for operators, but remarkably better by the government's and the customers' point of view.Tässä työssä tutkittiin kognitiivisen radion erilaisten toteutusskenaarioiden vaikutuksia operaattoreiden, asiakkaiden sekä valtion kannalta. Työssä rakennettiin malli kuvaamaan telekommunikaatiomarkkinoita. Mallin pohjalta tehdään peli, joka koostuu kahdesta vaiheesta. Ensimmäisessä vaiheessa operaattorit hankkivat kapasiteettia, eli ostavat lisenssin spektriin sekä huoltavat verkkoa ylläpitävää tekniikkaa. Toisessa vaiheessa operaattorit hinnoittelevat palvelunsa. Rakentamassamme pelissä erikoispiirteinä ovat kapasiteetin rajallinen saatavuus sekä kysynnän epätarkka ennustettavuus. Kapasiteetin rajallisuutta simuloidaan sen neliöllisellä kustannusfunktiolla. Liian tarkan ennustettavuuden poistamiseksi kysyntäfunktioon on lisätty satunnaismuuttuja. Työn tarkoitus on erilaisten sääntöjen vertailu keskenään. Erilaisia skenaarioita varten on rakennettu omat funktiot kuvaamaan lisäkapasiteetin saamista. Lopuksi tuloksia vertaillaan eri osapuolien näkökulmista näiden tyytyväisyyttä kuvaamaan kehitettyjen indeksien avulla. Työssä pelin ratkaisu aloitetaan analyyttisillä menetelmillä yleisellä pelaajamäärällä. Ongelmaksi kuitenkin muodostuu liian monimutkaiset riippuvuudet, jotka estävät pelin analyyttisen ratkaisemisen. Pelin tutkimista jatketaan numeerisilla menetelmillä. Numeerisella menetelmällä haetaan ensisijaisesti puhtaista strategioista koostuvaa Nashin tasapainoa. Osoittautuu kuitenkin, että aina puhtaiden strategioiden tasapainoa ei ole olemassa. Sekastrategiatasapainon ratkaisemiseksi muodostamme matriisipelin alueelle, johon algoritmimme jää kiertämään kehää. Lopuksi ratkaistaan toisella algoritmilla sen sekastrategiatasapaino. Työn tulosten perusteella toinen ehdotetuista sääntömuutoksista olisi operaattoreiden tuottojen kannalta nykytilanteen kanssa yhtä hyvä, mutta valtion ja asiakkaiden kannalta selvästi nykytilannetta parempi.Description
Supervisor
Ehtamo, HarriThesis advisor
Berg, KimmoKeywords
kognitiivinen radio, telekommunikaatiomarkkinamalli, kaksivaiheinen peli, matriisipeli, oligopolipeli, peliteoria, sekastrategiatasapaino, cognitive radio, telecommunication market model, two-stage game, normal-form game, oligopoly game, game theory, mixed strategy equilibrium
