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Analyzing coalitions in wireless heterogeneous networks and their economic aspects

Heidarpour, Behdad (2017). Analyzing coalitions in wireless heterogeneous networks and their economic aspects. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The massive investment that is essential to implement a large area wireless network is one of the significant roadblocks that stops service providers from offering more affordable data services. The fact that the fast evolution of wireless technologies requires frequent updates of hardware and software also leads to higher capital expenditure and operation costs for the providers and subsequently to more expensive data plans for the end users. The implementation of suboptimal pricing schemes in today’s wireless market, which does not consider service level agreements and forces users to pay for both network connectivity and data transfer, is another reason to decrease the overall satisfaction of subscribers. In view of these issues our objective in this thesis is to study the proper pricing methods based on the reality of current market as well as to consider alternative options that can reduce the service costs of wireless providers are our objectives. We study the volume-based pricing which is the dominant method in cellular networks nowadays. We derive the optimal data plan parameters such as the data volume cap, price, and data rate. Considering the cost-reduction possibilities, we prove that a coalition of providers in which they can serve users of each other is a valid alternative that reduces the implementation costs of network expansion. We build our analysis based on the cooperation between heterogeneous providers and we consider the heterogeneity in both technology and service aspects. We avoid the models which consider a coalition of all providers since it forms a monopoly and is prohibited by regulatory entities. Hence, we study models of coalitional structures that include several sets of providers. In this way, users have the option to select their data plan based on the service offered by a coalitional set of providers that can have different technologies in their access network. Concerning the service-oriented heterogeneous networks, we track the directions of payments from the content providers (CP) to the service providers (SP) and finally to the end users and try to modify it based on social fairness. To do so, we analyze several content types based on subscriber usage patterns and we find the ones that can be offered with a different pricing method without causing profit loss to CP or SP. Our goal is to set a coalitional framework between CP and SP that can lead to a free unlimited access to particular content types. We show that such agreements, if set correctly, can increase the profit of CP and SP. Throughout this thesis, the analytical models are verified with numerical examples that are designed to simulate the real world scenarios.

Titre traduit

Analyse des coalitions dans les réseaux hétérogènes sans fil et leurs aspects économiques

Résumé traduit

L’investissement massif qui est essentiel à la mise en oeuvre d’un vaste réseau sans fil est l’un des principaux obstacles qui empêche les fournisseurs de services d’offrir des services de données plus abordables. De plus, l’évolution rapide des technologies sans fil nécessite des mises à jour fréquentes de matériels et de logiciels qui entraînent des dépenses d’investissement et des coûts d’exploitation plus élevés pour le fournisseur et, par la suite, des plans de données plus coûteux pour les utilisateurs finaux. L’application des stratégies de tarification sous-optimales dans le marché sans fil actuel, qui ne tient pas compte des accords de niveau de service et oblige les utilisateurs à payer pour la connectivité au réseau et le transfert de données est une autre raison de diminuer la satisfaction globale des abonnés. Considérant les raisons mentionnées, nos objectifs dans cette thèse sont d’étudier des méthodes de tarification appropriée basées sur la réalité du marché actuel et d’envisager des options alternatives qui peuvent réduire les coûts de service des fournisseurs des réseaux sans fil. Nous étudions la tarification basée sur le volume qui est la méthode dominante dans les réseaux cellulaires de nos jours. Nous retirons les paramètres optimaux du plan de données tels que le plafond de volume des données, le prix et le débit de données. Considérant des possibilités de réduction des coûts, nous prouvons qu’une coalition de fournisseurs dans laquelle ils peuvent servir leurs utilisateurs mutuels est une alternative valable pour réduire les coûts de mise en oeuvre des réseaux en expansion. Nous construisons notre analyse en appuyant sur la coopération entre fournisseurs hétérogènes et considérons l’hétérogénéité tant dans les aspects technologiques que dans les services. Nous évitons les modèles qui considèrent une coalition entre tous les prestataires qui constitue un monopole et qui est interdite par les entités réglementaires. Par conséquent, nous étudions les modèles de structures coalitionnelles qui incluent plusieurs ensembles de fournisseurs. De cette façon, les utilisateurs ont la possibilité de choisir leur plan de données en fonction du service offert par un ensemble de fournisseurs coalisés qui peuvent avoir différentes technologies dans leur réseau d’accès. En ce qui concerne les réseaux hétérogènes axés sur le service, nous suivons les directions des paiements des fournisseurs de contenus (FdC) vers les fournisseurs de services (FdS) et finalement vers les utilisateurs finaux et essayons de le modifier en function de l’équité sociale. Pour ce faire, nous analysons plusieurs types de contenus basés sur les modèles d’utilisation des abonnés et trouvons ceux qui peuvent être offerts avec une method de tarification différente sans entraîner de perte de profit pour les FdC ou les FdS. Notre objectif est d’établir un cadre de coalition entre les FdC et les FdS qui mène à un accès illimité et gratuit à certains types de contenus. Nous montrons que de tels accords, si correctement établis, peuvent accroître le bénéfice des FdC et FdS. Tout au long de cette thèse, les modèles analytiques sont vérifiés avec des exemples numériques qui sont conçus pour simuler les scenarios du monde réel.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the degree of doctor of philosophy". Bibliographie : pages 155-163.
Mots-clés libres: Transmission sans fil Aspect économique. Radiocommunications mobiles Aspect économique. Prix Fixation. Juste valeur. Coût Contrôle. Fournisseurs de services Internet. Alliances stratégiques (Affaires) Théorie des jeux. réseau sans fil, coalition, fournisseur de contenu, neutralité du réseau, économie des réseaux
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Dziong, Zbigniew
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Lau, Wing Cheong
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 21 sept. 2017 15:01
Dernière modification: 21 sept. 2017 15:01
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1932

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