# Juha Leino: Applications of Game Theory in Ad Hoc Networks

Työ PDF-muodossa. The work in PDF format.
Date: October 30, 2003 60 Department of Engineering Physics and Mathematics S-38 Teletraffic Theory Professor Jorma Virtamo Ph.D. Samuli Aalto

## Abstract of Master's Thesis

Ad hoc networks are an emerging networking technology, in which the terminals form a network without any fixed infrastructure. The operation of the network is based on cooperation. Each node forwards traffic of the others. While real life applications have not become common, ad hoc networks are predicted to be applied for example in emergency and rescue operations and military environment.

Game theory deals with multiperson decision making, in which each decision maker tries to maximize his utility. Game theory originates from economics, but it has been applied in various fields. In this thesis, we introduce the basic concepts of game theory and its applications in telecommunications. The cooperation of the users is crucial to the operation of ad hoc networks, hence game theory provides a good basis to analyze the networks.

We analyze the relationship between a node and the rest of the network from the energy efficiency perspective using game theory. We study how much forwarding effort the network can demand from the node, while it is still beneficial for the node to join the network. We study a situation in which the node either connects to the network or not and a situation in which the node can join the network without participating in the routing in order to save energy. We simulate networks in order to study the characteristics of the nodes that lose energy when joining the network. We examine the number and locations of the nodes losing energy.

 Keywords: Ad hoc networks, game theory, minimum energy routing

# Juha Leino: Peliteorian sovellutukset ad hoc -verkoissa

## Diplomityön tiivistelmä

Ad hoc -verkot edustavat verkkotekniikkaa, jossa päätelaitteet muodostavat verkon ilman kiinteätä infrastruktuuria. Verkon toiminta perustuu yhteistyöhön, jossa päätteet lähettävät toistensa liikennettä kauempana oleville kohteille. Vaikka käytännön sovellukset eivät ole vielä yleistyneet, ad hoc -verkkoja ennustetaan tulevaisuudessa sovellettavan esimerkiksi pelastusviranomais- ja sotilaskäytössa.

Peliteoria tutkii usean päättäjän vuorovaikutteista päätöksentekoa, jossa jokainen päättäjä pyrkii maksimoimaan oman hyötynsä. Peliteoria on lähtöisin taloustieteistä, mutta sitä on sovellettu lukuisille aloille. Esittelemme tässä työssä peliteorian keskeisimmän käsitteistön sekä sen sovelluksia tietoliikenteeseen. Koska käyttäjien yhteistoiminta on välttämätöntä ad hoc -verkkojen toiminnalle, peliteoria on hyvä tapa tarkastella verkon toimintaa.

Peliteoreettista lähestymistapaa soveltaen tutkimme yhden käyttäjän ja verkon suhdetta energiankulutuksen kannalta. Selvitämme, miten paljon reititystyötä päätteeltä voidaan vaatia siten, että sen edelleen kannattaa liittyä verkkoon. Tutkimme sekä tilannetta, jossa käyttäjä joko liittyy tai ei liity verkkoon, että tilannetta, jossa käyttäjä voi liittyä verkkooon mutta energiaa säästääkseen ei osallistu muiden liikenteen reitittämiseen. Tutkimme simuloimalla niiden verkon solmujen ominaisuuksia, jotka menettäisivät energiaa verkkoon liittymällä. Selvitämme energiaa menettävien solmujen lukumäärään ja sijaintiin liittyviä tilastollisia ominaisuuksia.

 Avainsanat: Ad hoc -verkot, peliteoria, minimienergiareititys

Tietoverkkolaboratorio on nyt osa Tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan laitosta. Tällä sivulla oleva tieto voi olla vanhentunutta.

 Tämän sivun sisällöstä vastaavat ja Webmaster. Sivua on viimeksi päivitetty 12.12.2003 11:11. URI: http://www.netlab.tkk.fi/julkaisut/tyot/diplomityot/988/index.shtml [ TKK > Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto > Tietoverkkolaboratorio > Julkaisut ]