Game-Theoretic Frameworks for the Techno-Economic Aspects of Infrastructure Sharing in Current and Future Mobile Networks

Le phénomène de partage d'infrastructure dans les réseaux mobiles a prévalu au cours des deux dernières décennies. Il a pris de l'ampleur en particulier pendant les deux dernières migrations technologiques, à savoir de la 2G à la 3G et de la 3G à la 4G et il sera encore plus crucial à très court terme avec l'avènement de la 5G. En permettant aux Opérateurs de Réseaux Mobiles (ORM) de faire face à la demande croissante des utilisateurs et à la baisse des revenus. Il n'est pas rare non plus que le partage d'infrastructure s'accompagne du partage du spectre, une ressource essentielle et de plus en plus rare pour les réseaux mobiles. Dans ce milieu, la communauté des chercheurs, parmis d'autres, a étudié les multiples aspects techniques du partage d'infrastructure parfois associés au partage du spectre. Entre autres, ces aspects techniques comprennent l'évaluation des performances en termes de métriques de réseau, de gestion de ressources et d'habilitateurs et d'architectures adaptées. Les aspects économiques ont également été abordés, mais généralement en se concentrant étroitement sur l'estimation des économies de coûts des dfférentes alternatives de partage d'infrastructure. Cependant, lorsqu'on considère le problème du partage d'infrastructure, et le cas échéant aussi du partage du spectre du point de vue d'un ORM, qui est une entité intéressée à maximiser le profit, il est important d'évaluer non seulement la réduction des coûts de cette infrastructure, et le cas échéant aussi le partage du spectre, mais aussi leur impact sur les performances du réseau et par conséquent sur les revenus de l'ORM. De ce point de vue, la viabilité du partage d'infrastructure ne doit pas être prise pour acquise ; afin d'étudier le problème stratégique d'un ORM concluant un accord de partage avec un ou plusieurs autres ORM, les aspects techniques et économiques doivent être pris en compte. Cette étude constitue le premier objectif de ce projet de recherche doctorale. Plus précisément, nous avons considéré plusieurs variantes résultant de deux cas où chaque variante a été abordée par un modèle mathématique approprié. Ces variantes répondent à un scénario 4G commun dans lequel il existe un ensemble de ORM avec des parts de marché données qui coexistent dans une zone géographique urbaine dense ; chaque ORM doit décider s'il faut déployer une couche de petites cellules dans la zone et, le cas échéant, s'il doit le faire lui-même ou en concluant un accord de partage en créant un réseau partagé avec certains, ou la totalité, des autres ORM, auquel cas une coalition est créée. Une caractéristique commune importante de ces variantes est le modèle de tarification de l'utilisateur défini comme une fonction linéaire du taux moyen perçu par l'utilisateur en fonction de la coalition dont fait partie l'ORM de l'utilisateur.