[논문]개입 게임(Intervention Game)을 이용한 네트워크 자원 관리

최은혜; 박재옥; 박형곤

개입 게임(Intervention Game)을 이용한 네트워크 자원 관리 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.29 no.7, 2012년, pp.74 - 81

최은혜 (이화여자대학교) , 박재옥 (연세대학교) , 박형곤 (이화여자대학교)

초록
AI-Helper

본고는 개입 게임(Intervention Game)을 이용한 효율적인 자원공유 방법에 대해 알아본다. 무선통신과 같이 제한된 무선자원을 효과적으로 사용하기 위한 자원공유 방법으로 개입 게임을 이용할 수 있으며, 개입 장치에 의해 자원공유가 조절된다. 개입 장치는 사용자의 행동을 관찰하여 행동에 따른 처벌을 제공하는 장치로 모니터링 능력과 사용자들의 행동에 개입 할 수 있는 개입 능력으로 특정지을 수 있다. 개입 장치가 모니터링 할 수 있는 정보량과 개입량에 따라 다양한 개입 게임이 존재할 수 있으며, 개입 게임을 통해 시스템 관점에서 이상적인 자원공유를 이룰 수 있다. 본고에서는 개입 게임에 대해 알아보고, 기존의 접근 방법과의 차이점에 대해 알아본다. 또한, 개입게임을 모델링하고, 개입 게임을 사용한 간단한 통신 시나리오를 소개한다.

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

N명의 사용자와 개입 장치가 상호작용하는 무선 네트워크 시스템을 고려하자. 이 시스템에서 사용자들의 순수 행동 조합 (Pure Action Profile)0] 정해지면, 개입 장치는 이를 모니터링하여 신호를 얻는다.
이러한 비협조적인 시스템에서 시스템의 성능을 향상시키기 위하여 처벌 체계(Incentive Scheme)의 필요성이 대두된다. 본고에서는 개입(Intervention)에 기반한 처벌 체계의 종류와 이를 활용한 연구결과를 소개한다.
주어진 개입 장치를 사용하여 달성할 수 있는 보수의 집합을 협상 집합으로 볼 수 있고, 개입이 존재하지 않을 경우 비협력적 균형에서 달성되는 보수를 합의 실패점으로 놓을 수 있다. 본고에서는 달성 가능한 결과들 중에서 관리자의 보수 최대화를 통해 개입 규칙을 결정하지만, 이에 대한 대안적 접근으로서 협상 해법을 이용한 개입 규칙 선택 또한 생각해볼 수 있다.
본고에서는 무선통신 자원을 효과적으로 배분하기 위한 방법으로 개입 게임에 대해 알아보았다. 자신의 이익을 추구하는 사용자들이 자원을 공유할 경우 자신의 행동이 다른 사용자들에게 미치는 영향을 고려하지 않기 때문에 보통 비효율적인 자원 활용이 이루어지게 된다.
따라서 관리자는 개입을 이용하여 적절한 유인을 제공하고 이를 통하여 비효율적인 내쉬 균형을 개선하려는 시도를 할 수 있다. 이 연구에서 관리자의 목표는 대칭적인 행동 조합하에서 두 사용자의 평균 보수를 최대화하는 것으로 설정하였다. 즉, 개입 게임에서 사용자들이 a의 확률로 四을 선택하게 하면서 관리자가 얻을 수 있는 최대 보수는 a)o(a) = supf{y0(J, a)-.
자원관리자는 주어진 개입 장치를 최선으로 활용하기 위하여 개입 규칙을 설계한다. 이러한 상황에 초점을 맞추어 개입 장치가 사용자들의 행동을 완전하게 모니터링할 수 있는 상황과 불완전하게 모니터링할 수 있는 상황을 간단한 통신 시나리오에서 살펴본 연구결과를 소개하였다. 개입 게임은 모니터링 능력과 개입 능력이 있는 개입 장치가 있을 경우 어떠한 상황에도 적용이 가능하며, 개입 장치의 능력에 따라 달성 가능한 결과가 결정된다.

가설 설정

1) 관리자는 개입 규칙 T e 万를 선택한다
제시되어 있다. 개입 장치가 전혀 개입하지 않는 개입 규칙을 下로 표기하면, 의 게임 以 의 보수 행렬은[표 2]와 같이 나타낼 수 있으며, 이때 게임1} 는 죄수의 딜레마(Prisoner' s Dilemma) 게임에 해당하는 것으로 가정하였다. 그렇다면 어떠한 개입도 없는 경우 각 사용자는 높은 사용량을 선택하는 것이 우월한 전략이 되기 때문에 결국 비효율적인 내쉬 균형이 나타나게 된다.
자원을 공유하는 무선 네트워크 시나리오로 두명 이상의 사용자와 개입 장치가 서로 간섭하는 상황을 가정한다. 여기서 개입 장치는 type-2 개입을 이용하여 개입 장치의 사용량을 통해 사용자들이 얻는 서비스 품질에 영향을 미친다.

제안 방법

두 명의 사용자가 서로 간섭하며 불완전한 모니터링 능력을 가진 개입 장치가 존재하는 무선 네트워크를 고려한다. 각 사용자는 자원 사용량에 따른 두 개의 순수 행동 (3)(적은 자원 사용량)과 <如(많은 자원 사용량)를 가지고 있으며 이는 0 < 危 < £也 를 만족한다.
지금까지 보다 바람직한 자원배분을 달성하기 위해 제시된 다양한 경제학 및 공학에서의 접근 방법의 개념과 개입 게임과의 차이점을 살펴 보았다. 이어지는 皿장에서는 개입 게임의 구체적인 수학적 모델링을 살펴본다.

성능/효과

2) 사용자는 관리자가 선택한 개입 규칙, 를 아는 상황에서, 그들의 행동 a € ILeNAG%)을 동시에 선택한다.
2) 사용자들은 개입 장치가 사용하는 개입 규칙을 아는 상태에서 행동을 취한다.
3) 순수 행동 조합 a는 a의 확률 분포를 따르면서 결정되고, 신호 y e Y는 p(a)의 확률 분포를 따르면서 결정된다.
먼저, P가증가할수록 개입이 존재할 때의 성능이 최대값인 ■爲에 가까워지면서 향상되는 것을 볼 수 있다. 그리고 시스템의 최대 성능과 개입이 있을 때의 최대 성능의 차는 p가 1에 가까워질수록 작아지고, 이탈에 따른 이득에 따라 증가한다.

후속연구

개입 게임은 모니터링 능력과 개입 능력이 있는 개입 장치가 있을 경우 어떠한 상황에도 적용이 가능하며, 개입 장치의 능력에 따라 달성 가능한 결과가 결정된다. 본고에서는 간단한 무선통신 자원공유의 예를 살펴보았지만, 더 나아가 개입 게임은 전력 제어(Power Control)나 흐름 제어(Flow Control), 인지 무선(Cognitive Radio), P2P등에 적용될 수 있다.
이러한 개입 장치를 이용함으로써[그림 2]에서 도식적으로 나타내듯이 비협력적 상태에서의 자원배분보다 향상된 자원 배분을 이끌어낼 수 있다. 직관적으로 개입 장치가 수집할 수 있는 정보량이 많을수록, 또한 개입할 수 있는 범위가 클수록 보다 효율적인 자원배분을 달성할 것으로 기대할 수 있다. 이러한 다양한 개입 장치를 이용함으로써[그림 2]와 같이 기존의 비효율적인 자원공유보다 나은 성능의 자원공유를 이끌어낼 수 있다.

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