在這一節中,我們分析不同類型的無線基地台選擇機制分別屬於何種型態的 賽局。我們已知非合作賽局可依其參與者是否得知所有影響他決定策略的資訊而 分為完整資訊賽局與非完整資訊賽局,也可依照參與者是否同時決定策略而分為 動態賽局與靜態賽局,除此之外,為了更仔細地分析各類無線基地台選擇機制,
我們再將賽局細分為單次 (One-shot) 與重覆 (Repeated) 兩種不同類型。單次賽局 表示 WS 只能有一次選擇 AP 的機會,而重覆賽局則是指 WS 可以重覆進行選擇 AP的動作。圖3.1為此分類之示意圖。
圖圖
圖圖 3.1 無線基地台選擇賽局的分類無線基地台選擇賽局的分類無線基地台選擇賽局的分類無線基地台選擇賽局的分類
完全資訊賽局完全資訊賽局完全資訊賽局完全資訊賽局 VS. 非完全資訊賽局非完全資訊賽局非完全資訊賽局非完全資訊賽局
完全資訊賽局中所有參與者都知道在任一策略組態下本身所獲得之利益為
何,以及其餘參與者之策略偏好、決策順序、決策規則等「完整」資訊。相反地,
若一賽局中參與者僅能獲得「部分」資訊,此賽局即稱為非完全資訊賽局。在無 線基地台選擇賽局中,WS的利益指的是聯結AP後所期望獲得之產出量。因此,
完全資訊無線基地台選擇賽局中所有WS皆需得知用以評估與任一AP聯結後之預 期產出量的所有相關資訊,包括與每部AP聯結的WS個數及這些WS的資料來源 速率和連線速率等。而非完全資訊無線基地台選擇賽局中 WS 只得知部分資訊,
例如與每部AP聯結之WS個數,或是從每部AP所收到之RSSI值。一言以蔽之,
若WS無法估計與任一部AP聯結後所得之利益,通常是本身產出量,即為非完全 資訊無線基地台選擇賽局。
我們透過下面的例子比較完全資訊賽局與非完全資訊賽局選擇AP的差異。如 圖3.2 所示,系統中存在兩部AP及四部WS,每部WS 與AP之連線速率標示於 虛線上方,且每部WS為飽和狀態。我們將以RSSI值做為聯結指標的非完全資訊 賽局與WS得知完整資訊的完全資訊賽局做比較。如表3.1所示,以RSSI值選擇 AP的結果將使得四部WS皆聯結至AP 1,使得整體產出量僅有5.12 Mbps。若以 完全資訊賽局做法,WS 在每回合都力圖聯結至能獲得最大產出量的AP,最終達 到納許平衡的狀態為WS 1、WS 4聯結至AP 1,而WS 2、WS3聯結至AP 2,如 表中所示。對每部 WS 或是整體效能而言,完全資訊賽局的作法都較非完全資訊 賽局獲得更大之產出量。
圖圖圖
圖 3.2 不同基地台選擇機制範例不同基地台選擇機制範例不同基地台選擇機制範例 不同基地台選擇機制範例
表表表
表 3.1 WS 依不同基地台選擇機制之產出量依不同基地台選擇機制之產出量依不同基地台選擇機制之產出量 依不同基地台選擇機制之產出量
WS1 WS2 WS 3 WS4 整體產出量整體產出量整體產出量整體產出量 非完全資訊
非完全資訊 非完全資訊
非完全資訊 1.23 Mbps 1.30 Mbps 1.34 Mbps 1.25 Mbps 5.12 Mbps 完全資訊
完全資訊
完全資訊完全資訊 2.10 Mbps 2.10 Mbps 2.14 Mbps 2.14 Mbps 8.48 Mbps
動態賽局動態賽局動態賽局動態賽局 VS. 靜態賽局靜態賽局靜態賽局靜態賽局
動態賽局與靜態賽局的差別在於參與者是否同時決定策略。靜態無線基地台 選擇賽局中,所有WS「同時」決定與哪一部AP聯結,因此WS沒有辦法藉由觀 察其它 WS 的選擇而決定自己的決策。前述囚徒困境的例子亦為此類型賽局。動 態無線基地台選擇賽局中,WS 並非同時決定所聯結的AP,因此較晚加入網路的 WS可根據較早加入網路的WS的AP選擇來決定要聯結的AP為何。此種決策過 程可以決策樹 (Game Tree) 來呈現。舉例而言,系統中存在AP 1、AP 2兩部AP 且WS 1、WS 2依序加入此系統中,則此賽局之決策樹如圖3.3所示。
圖圖圖
圖 3.3 決策樹決策樹決策樹範例決策樹範例範例 範例
決策樹中的根節點x 為此賽局的起始點1 (Initial point),表示此賽局由x 開1 始。樹中的終端節點 (Terminal nodes) x 、4 x5、x6、x7為賽局的結束點。結束點 的數對表示在此組態中,WS 1與WS 2本身所獲得之產出量。賽局中所有不是結 束點的節點皆稱為決策點 (Decision nodes)。圖中的x 、1 x 及2 x3均為決策點。決策 點代表該節點為WS選擇AP之處,如x 為1 WS 1決定與何AP聯結,而依照WS 1
的選擇,WS 2之可能決策點為x 或2 x3。
單次單次單次單次賽局賽局賽局賽局 VS. 重覆賽局重覆賽局重覆賽局 重覆賽局
參與者僅能執行一次決策稱為單次賽局。在我們的例子中,這表示 WS 選擇 了聯結的AP後即不再改變其選擇。若參與者可重覆進行決策則稱為重覆賽局。在 我們的例子中,這表示WS與某個AP聯結後仍可重新聯結 (Re-associate) 至其它 的AP。根據是否限制重覆決策的次數,重覆賽局又可分為無窮重覆賽局 (Infinitely repeated game)與有限重覆賽局 (Finitely repeated game)。重覆賽局可能會有乒乓效 應的問題。
除了上述的分類之外,WS所擁有的資訊是否對等也是值得注意的一點。若所 有參與者擁有的資訊均相同即為對等資訊賽局。反之即稱為非對等資訊賽局。例 如一ESS中部分WS以RSSI值做為選擇AP指標,而其他WS則是蒐集完整資訊 以極大化本身產出量為目的選擇AP,如此一來將使得使用不同選擇機制的WS所 擁有的資訊不對等 (Information Asymmetry)。這在將無線基地台聯結選擇機制運行 於現實無線網路時是常見的問題。由於舊有機制仍是只以 RSSI 值選擇 AP,因此 新的無線基地台選擇機制需考慮到資訊不對等的WS共存於同一系統中的問題。
在說明各種無線基地台聯結選擇賽局的分類模式後,接著我們將一一探討各 種不同類型的無線基地台聯結選擇賽局及其運作方式。
完全資訊動態完全資訊動態完全資訊動態完全資訊動態單次單次單次單次(CDO)賽局賽局賽局賽局::::
此類賽局中,WS在選擇AP前已先獲得會影響它決定聯結AP的所有必要資 訊,並藉由這些資訊選擇具有最大利益的AP聯結。必要資訊依機制設計的不同可 能包括每部AP已聯結的WS個數、每部WS與AP間的連線速率、各WS的資料 來源速率、各 WS 的訊號強度等。為了讓 WS 能預先取得這些資訊,常見作法是 在網路中架設一部獨立的伺服器負責儲存這些必要資訊,而 WS 可先任意聯結一 部AP,並經由此 AP 獲得伺服器中的必要資訊以進行選擇 AP 的步驟。另一種做 法是讓AP儲存與自己聯結的WS的資訊,並透過有線網路互相交換其他AP的聯
結情況,將這些資訊加入Probe Response或Beacon Frames中,讓WS在Scan階 段得知目前網路中聯結情況。此外,這類型賽局是讓 WS 依序加入系統中,相較 於其他同時決定所有WS所聯結AP的賽局更接近實際情況。因為是動態賽局,第 i部加入系統中的WS也僅能夠得知前i−1部加入系統的WS與AP聯結資訊,無 法預知未來是否還有 WS 加入。因此,雖然所有 WS 都選擇在當下聯結情況中對 本身最有利的AP,但卻無法保證最終之聯結配置為最佳。
完全資訊動態完全資訊動態完全資訊動態完全資訊動態重覆重覆重覆重覆(CDR)賽局賽局賽局賽局::: :
此類型賽局與CDO賽局類似,WS 同樣可事先得知所有相關資訊,且不同時 進行AP的聯結選擇,不同的是此賽局可重覆進行若干次。當進行第i次賽局時,
WS可利用前 i-1 次的經驗或結果作為選擇AP 的參考資訊,透過這些資訊預測其 他WS的選擇,並以預測結果為基礎選擇預期獲得最大利益的AP進行重新聯結。
完全資訊靜態賽局完全資訊靜態賽局完全資訊靜態賽局完全資訊靜態賽局::::
在此賽局中,所有WS均可獲得所有賽局相關資訊,且同時決定與哪部AP聯 結。此類型賽局可再細分為單次賽局 (CSO) 及重覆 (CSR) 賽局兩種。我們假設 WS可根據網路相關資訊自行計算與哪一部AP聯結將獲得最大利益 (產出量)。如 同囚徒困境的例子,每部WS的理性決策並不能保證最終之結果為最佳。
非完全資訊動態賽局非完全資訊動態賽局非完全資訊動態賽局非完全資訊動態賽局::::
此類賽局中,WS只能獲得網路的部分資訊,無法精確得知與每台AP聯結後 所可能獲得的利益 (產出量)。此類型賽局亦可細分為單次賽局及重覆賽局兩種。
在非完全資訊動態單次賽局中,WS依序加入系統中,但WS只能獲得網路中的部 分資訊,由於WS擁有資訊不足,第i部加入的WS只能憑藉前i – 1部WS的部 分資訊選擇「可能」獲得最大產出量之AP。而依照WS所獲得之部分資訊不同,
這些資訊有可能讓WS以為所選擇的AP能使本身獲得較佳之產出量,但實際上卻 並非如此。舉例而言,若WS僅能得知AP之RSSI值,則可能因為負載不均或效 能異常現象的影響而使得 WS 預期獲得之產出量與實際所得產出量差距甚大。而
在非完全資訊動態重覆賽局中,雖然 WS 具有重新聯結的功能,但由於 WS 僅能 獲得部分資訊,這使得重聯功能可能毫無作用。舉例而言,假設一ESS 中WS 只 知每部AP的聯結WS個數,並以此為依據選擇AP。在第i回合時,WS可依據前
i – 1次的聯結情況預測其餘WS的聯結配置,並重新聯結至預期聯結WS個數最
少之AP。上述情況中重聯功能尚有發揮其作用,但若WS僅得知鄰近AP之RSSI
少之AP。上述情況中重聯功能尚有發揮其作用,但若WS僅得知鄰近AP之RSSI