The rapid growth of peer-to-peer (P2P) networks in the past few years has brought with it increases in transit cost to Internet Service Providers (ISPs), as peers exchange large amounts of traffic across ISP boundaries. This ISP oblivious behavior has resulted in misalignment of incentives between P2P networks|that seek to maximize user quality|and ISPs|that would seek to minimize costs. Can we design a P2P overlay that accounts for both ISP costs as well as quality of service, and attains a desired tradeoff between the two? We design a system, which we call MultiTrack, that consists of an overlay of multiple kinds of Trackers whose purpose it is to align these goals. We have mTrackers that form an overlay network among themselves, and split demand from users among different ISP domains while trying to minimize their individual costs (delay plus transit cost) in their ISP domain. We design the signals in this overlay of mTrackers in such a way that potentially competitive individual optimization goals are aligned across the mTrackers. The system could also have a tTracker that acts as a gateway into the system, and ensures that users who are from different ISP domains have a fair chance of being admitted into the system, while keeping costs in check. We prove analytically that our system is stable and achieves maximum utility with minimum cost. We validated our system design using Matlab simulations, and implemented the system on ns-2 in order to conduct more realistic experiments. We showed that our system significantly outperforms two types of systems, one in which user delay is the only control dimension (forwarding traffic without considering the transit prices) and a second system in which transit prices are the only control dimension (localized traffic only). Thus, we conclude that our system, that operates in two dimensions: (1) user delay and (2) transit prices, results in minimum cost and maximum utility for fixed capacity of the system.

Il existe de nombreuses méthodes d'optimisation du routage réseau en général. Dans cette thèse nous nous intéressons au développement d'algorithmes distribués permettant une stabilisation, au sens de Nash, des flux réseaux. Nous rappelons tout d'abord brièvement le contexte général d'Internet aujourd'hui et quelques notions de théorie des jeux. Nous présentons un jeu de tarification simple à deux joueurs, que la méthode des joueurs fictifs permet de faire converger. Puis nous présentons un jeu de routage plus complexe, à n joueurs, basé sur le modèle de Wardrop, ainsi qu'un algorithme de comportement distribué qui permet au système de converger vers un équilibre de Wardrop (équilibre social). Ces équilibres sont confondus avec les équilibres de Nash dans le cas limite où un joueur représente une partie infinitésimale du trafic. Nous présentons ensuite un raffinement de notre représentation initiale du problème, qui permet une diminution de sa complexité, en terme de dimension des espaces de stratégies et de temps de calcul. Nous montrons qu'il s'agit d'une bonne heuristique d'approximation de la première méthode trop coûteuse, sa qualité dépend d'un unique paramètre. Enfin, nous concluons par la présentation de résultats de simulation qui montrent que notre méthode distribuée est effectivement capable d'apprendre les meilleurs équilibres du système. / There are several approaches for optimizing network routing in general. In this document, we are interested in developping distributed algorithms able to stabilize the network flows in the sense of Nash. We introduce the general context of the Internet today along with a few key-notions in game theory. We show a simple two-player tarification game that the fictitious player dynamics is able to solve. Then, we introduce a more complex routing game with n players based on the Wardrop model and a distributed learning algorithm that allows the system to converge towards Wardop equilibria (social equilibrium). These equilibria also are Nash equilibria in the limit case where a player is an infinitesimal part of the network flow. We present a refinement of our initial representation of the problem that narrows down its complexity, in terms of the size of the strategy space and computation time. We show that it is a good heuristic for approximating the previous method, its quality relies upon only one parameter. Finally, we conclude with simulations results, showing that our distributed method is able to learn the best equilibriua of the system.

Cette thèse a deux parties. La première traite des jeux stratégiques non-atomiques, la seconde propose des applications de la théorie des jeux aux réseaux de télécommunications. Dans la première partie, les modèles de jeux non-atomiques proposés par Schmeidler (1973) et par Mas-Colell (1984) sont décrits et comparés. Nous montrons alors que ces jeux non-atomiques sont de bonnes approximations de jeux avec un nombre finis de joueurs et dans lesquels l'influence de chacun sur le paiement des autres joueurs est évanescente. Nous proposons ensuite une extension et des variations du modèle de Mas-Colell afin d'obtenir un cadre unificateur pour diverses applications des jeux non-atomiques, telles les jeux de routage, les jeux de foule et les jeux évolutionnaires. Ces trois types de jeu sont étudiés. Enfin nous étendons le concept de stratégie évolutionnairement stable au modèle de Schmeidler, ce qui donne un critère de sélection des équilibres. La deuxième partie traite de problèmes de routage dans les réseaux. Tout d'abord nous modélisons des situations où deux types de joueur partagent un réseau, des joueurs ayant une influence certaine sur la répartition des paquets dans le réseau et des joueurs n'en ayant pas. Puis, nous étudions la convergence de dynamiques de meilleures réponses dans des réseaux d'architecture simple. Finalement, nous modélisons le problème du routage mutipoint-à-multipoint.

Il existe de nombreuses méthodes d'optimisation du routage réseau en général. Dans cette thèse nous nous intéressons au développement d'algorithmes distribués permettant une stabilisation, au sens de Nash, des flux réseaux. Nous rappelons tout d'abord brièvement le contexte général d'Internet aujourd'hui et quelques notions de théorie des jeux. Nous présentons un jeu de tarification simple à deux joueurs, que la méthode des joueurs fictifs permet de faire converger. Puis nous présentons un jeu de routage plus complexe, à n joueurs, basé sur le modèle de Wardrop, ainsi qu'un algorithme de comportement distribué qui permet au système de converger vers un équilibre de Wardrop (équilibre social). Ces équilibres sont confondus avec les équilibres de Nash dans le cas limite où un joueur représente une partie infinitésimale du trafic. Nous présentons ensuite un raffinement de notre représentation initiale du problème, qui permet une diminution de sa complexité, en terme de dimension des espaces de stratégies et de temps de calcul. Nous montrons qu'il s'agit d'une bonne heuristique d'approximation de la première méthode trop coûteuse, sa qualité dépend d'un unique paramètre. Enfin, nous concluons par la présentation de résultats de simulation qui montrent que notre méthode distribuée est effectivement capable d'apprendre les meilleurs équilibres du système.

The present doctoral thesis has been realized in accordance with the research line of Economy and Regulation in Telecommunications under the doctoral programme in Telecommunications of Universitat Politècnica de València. It has been developed on the basis of various research projects, especially the "Cooperation and Opportunity for Wireless Heterogeneous Networks Project" (TIN2010-21378-C02-02), which acted as my funding agent and the "S2EuNet-Security Project" . Mobile communications have undergone notable growth from their beginning up to the present day regarding devices and bandwidth available. Service providers have now to take the challenge of such increase. New technologies are being implemented to address the challenge and all of them belong to the world of mobile communications. This thesis will focus on the solutions provided by heterogeneous nets (HetNets) and, more speci¿cally, we will look at the Small Cells technology. It is starting to be widely deployed lately and allows for a visible increase in network capacity and a resulting enhancement in availability and coverage on the user side. Abundant research has proved that the integration of these technologies within markets is technically feasible. A marketing model is however still necessary which is able to prove its economic viability. A business model was laid out where a provider sets out to deploy small cells technology and stands as an incumbent service provider. The Theory of Games was used for the analysis of such models as it allows an insight of the decisions in equilibrium when entering into a competition among themselves and try the decisions of users need to be predicted. In this way we will manage to know the effect of such decisions over the pro¿ts of all the agents in the model. A clear picture will be thus obtained of the advantages of the implementation of the new technology in the market as well as of its effects over the incumbent service providers. This thesis intends to be a contribution towards the implementation of new technologies in the market of mobile technologies through the analysis of the competence between new service providers of Small Cells and an incumbent service providers along with the behaviour of the users of mobile communications. The result show that: users get a better service, the SSP pro¿ts are guaranteed and the entrance of the SSP improves the user comfort and social welfare. / Esta tesis se ha creado en el marco de la línea de investigación de Economía y Regulación de las Telecomunicaciones del programa de doctorado de Telecomunicaciones de la Universitat Politècnica de València, y se ha desarrollado en diferentes proyectos de investigación, en especial, el proyecto de "Cooperación yOportunismo enRedesde Acceso Inalámbricas y Heterogéneas" (TIN2010-21378-C02-02) y el proyecto S2EuNet-Security (FP7PEOPLE-2009- IRSES, 247083). Desde sus inicios las comunicaciones móviles han experimentado un gran crecimiento, tanto de dispositivos móviles como de cantidad de ancho de banda demandado, lo que ha provocado que los proveedores se encuentren con el desafío de hacer frente a este crecimiento. Para ello, se están implementando diferentes técnicas y tecnologías que se integran con el modeloactualdecomunicacionesmóviles.Enestatesisnoscentraremosenla solución que aportan las redes heterogéneas, especialmente en la tecnología de Small cells que se desplegado rápidamente en los últimos años y permite incrementar la capacidad de la red, así como obtener mejor disponibilidad y cobertura para los usuarios, pero falta un modelo de negocio claro donde se muestre su viabilidad económica. En esta tesis se plantea un modelo de negocio para un proveedor de servicio que despliega small cells y que compite como el proveedor de servicios incumbente. Para el análisis de este modelo se ha utilizado la Teoría de Juegos la cual ha permitido conocer las decisiones en equilibrio que toman los proveedores de servicio cuando compiten entre sí, así como las decisiones en equilibrio de los usuarios; de esta manera se ha obtenido el efecto de estas decisiones sobre los bene¿cios de todos los agentes del modelo y se han identi¿cado las ventajas y los inconvenientes que tiene la implementación de una nueva tecnología en el mercado. Esta tesis pretende ser una contribución al estudio de implementación de nuevas tecnologías en el mercado de comunicaciones móviles, más concretamente planteando modelos económicos que estudien su viabilidad a través del análisis de la competencia entre un nuevo proveedor se servicio de Small cells y el proveedor de servicio existente, y el comportamiento de los usuarios de comunicaciones móviles. Los resultados obtenidos muestran que los usuarios obtienen una mejor utilidad , el SSP siempre tiene unos bene¿cios garantizados, el MSP se ve obligado a competir y sus bene¿cios se ven perjudicados, además que la entrada del SSP mejora el bienestar de los usuarios y el bienestar social. / Aquesta tesi s'ha creat en el marc de la línia de recerca d'Economia i Regulació de les Telecomunicacions del programa de doctorat de Telecomunicacions de la Universitat Politècnica de València, i s'ha desenvolupat en diferents projectes de recerca, especialment, el projecte de Çooperació i Oportunisme en Xarxes d'Accés Sense ¿ls i Heterogènies"(TIN2010-21378-C02-02) i el projecte S2EuNet-Security (FP7PEOPLE-2009- IRSES, 247083). Des dels seus inicis les comunicacions mòbils han experimentat un gran creixement, tant de dispositius mòbils com de quantitat d'amplada de banda demandada, la qual cosa ha provocat que els proveïdors es troben amb el desa¿amentdeferfrontaaquestcreixement.Peraaixò,s'estanimplementant diferents tècniques i tecnologies que s'integren amb el model actual de comunicacions mòbils. En aquesta tesi ens centrarem en la solució que aporten les xarxes heterogènies, especialment a la tecnologia de Small cells que s'ha desplegat ràpidament en els últims anys i permet incrementar la capacitat de la xarxa, així com obtenir millor disponibilitat i cobertura per als usuaris, però falta un model de negoci clar on es mostre la seua viabilitat econòmica. En aquesta tesi es planteja un model de negoci per a un proveïdor de servei que desplega Small cells i que competeix com el proveïdor de serveis incumbent. Per a l'anàlisi d'aquest model s'ha utilitzat la Teoria de Jocs la qual ha permès conéixer les decisions en equilibri que prenen els proveïdors de servei quan competeixen entre si, així com les decisions en equilibri dels usuaris; d'aquesta manera s'ha obtingut l'efecte d'aquestes decisions sobre els bene¿cis de tots els agents del model i s'han identi¿cat els avantatges i els inconvenients que té la implementació d'una nova tecnologia al mercat. Aquesta tesi pretén ser una contribució a l'estudi d'implementació de noves tecnologies al mercat de comunicacions mòbils, més concretament plantejant models econòmics que estudien la seua viabilitat a través de l'anàlisi de la competència entre un nou proveïdor se servei de Small cells i el proveïdor de servei existent, i el comportament dels usuaris de comunicacions mòbils. Els resultats obtinguts mostren que els usuaris obtenen una millor utilitat, el SSP sempre té uns bene¿cis garantits, el MSP es veu obligat a competir i els seus bene¿cis es veuen perjudicats, a més que l'entrada del SSP millora el benestar dels usuaris i el benestar social. / Romero Chavarro, JC. (2017). Contribución al modelado y al análisis mediante Teoría de Juegos de la competencia entre operadores móviles en escenarios con tecnología "small cell" [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/85681 / TESIS

[ES] Esta tesis se ha desarrollado dentro del marco de la línea de investigación de Economía y Regulación de las Telecomunicaciones. En el programa de Doctorado de Telecomunicaciones por la Universitat Politècnica de València. Como parte del proceso de investigación se participó en los siguientes proyectos de investigación: Plataforma de servicios para ciudades inteligentes con redes M2M densas (TIN2013-47272-C2-1-R), Entrepreneurship in Heterogeneous Wireless Networks (COHWAN, TIN2010-21378 C02-02) y ATLAS-Dynamic network slicing in 5G Radio Access. Así como, se realizó una estancia doctoral en el IMT Atlantique en Rennes- Francia. Como resultado de estas actividades se publicaron varios artículos científicos que permiten sustentar los modelos de negocio para Operadores Móviles Virtuales (Mobile Virtual Network Operators-MVNOs) presentados en este documento. En este estudio, se plantean modelos de negocio que se sustentan en el desarrollo de las características técnicas de Redes de Cuarta Generación (Fourth-Generation Networks-4G) y Redes de Quinta Generación (Fifth-Generation Networks-5G), que facilitan la compartición de infraestructura de los Operadores Móviles de Red (Mobile Network Operators-MNOs). Al respecto, en este documento analiza el estado del arte que permite sustentar la viabilidad técnica de los modelos basados en la compartición de infraestructura, que ha permitido disminuir las barreras de entrada al mercado y el desarrollo de nuevos modelos de negocio para los MVNOs. Sin embargo, los nuevos modelos que permite la compartición de infraestructura deben ser analizados desde el aspecto económico para determinar la viabilidad de los mismos. Específicamente, en el primer modelo se analiza la viabilidad económica de un MVNO que brinda el servicio a su base de usuarios y divide su tráfico de red a dos MNOs, los que alquilan su capacidad de red al MVNO. En el análisis del modelo se consideran tanto las características del sistema como las económicas. En cuanto a las características del sistema, un MVNO proporciona servicio a los usuarios finales utilizando el soporte de infraestructura de dos MNOs. El servicio proporcionado por el MVNO, se modelada mediante una cola M/M/1, donde cada usuario genera paquetes de forma independiente siguiendo un proceso de Poisson. Los tiempos de servicios de los paquetes, se distribuyen exponencialmente. En el sistema propuesto la métrica de calidad más relevante, es el tiempo medio de servicio. El acuerdo entre el MVNO y los MNOs, es tal que, el MVNO dividirá el tráfico de la red entre los dos MNOs y pagará a cada MNO por el tráfico servido a través de su infraestructura. En cuanto a las características económicas, los incentivos se modelan a través de las utilidades de los usuarios y los beneficios de los operadores. En el segundo modelo, se analiza la viabilidad económica de dos escenarios para un modelo de negocio en el que, un MNO alquila su infraestructura de red al MVNO y cada operador sirve a su propia base de usuarios. El primer escenario denominado monopólico, el MNO presta servicio a las dos bases de usuarios (MNO y MVNO). En el segundo escenario denominado estratégico, el MNO presta servicio a su base de usuarios, así como, alquila su infraestructura al MVNO para que preste servicio a su base de usuarios. Para los dos escenarios, la red se ha modelado por una cola con prioridad, utilizando una disciplina de servicio Compartición Discrimitatoria del Servidor (Discriminatory Processor Sharing-DPS). En el análisis de compartición de infraestructura, se considera un pago al MNO por cada usuario que accede al servicio de MVNO. Finalmente, para determinar la viabilidad económica de los diferentes escenarios propuestos para los modelos de negocio, se utilizan conceptos de microeconomía, teoría de juegos y teoría de colas, la cuales han permitido conocer las decisiones en equilibrio que toman los operadores, así como las decisiones en equilibrio de los usuarios; de esta manera se ha obtenido el efecto de estas decisiones sobre los beneficios de todos los agentes del modelo y se han identificado las condiciones bajo las cuales estos nuevos modelos de negocio son viables en entornos de redes 4G y 5G. Como resultado del análisis de los modelos de negocio para los diferentes escenarios propuestos, se observa que la asociación entre MNOs y MVNOs a través de la compartición de infraestructura es viable económicamente para los modelos propuestos. En relación a los usuarios, su comportamiento es sustancial para determinar la viabilidad económica de los diferentes modelos de negocio propuestos, por lo tanto, resulta imprescindible explorar diferentes funciones de utilidad que expresen el comportamiento de los usuarios en estudios futuros. En cuanto a los operadores, en el primer modelo de negocio se demuestra que, la provisión de capacidad de red es un mecanismo válido para optimizar los beneficios de los operadores. Así como, en el segundo modelo de negocio, se demuestra que, la compartición de infraestructura entre un MNO y un MVNO es deseable desde el punto de vista de los usuarios para el modelo de negocio estratégico, ya que permite un mayor número de usuarios. Mientras que, desde el punto de vista económico el modelo de negocio monopólico es más deseable debido a que ofrece un incentivo mayor a los operadores. En resumen, en esta tesis se demuestra la viabilidad económica de modelos de negocio de compartición de infraestructura entre MNOs y MVNOs, soportados técnicamente por las características tecnológicas de las redes móviles de ultima generación. / [CA] Aquesta tesi s'ha desenvolupat dins del marc de la línia d'investigació d'Economia i Regulació de les Telecomunicacions. En el programa de Doctorat de Telecomunicacions per la Universitat Politècnica de València. Com a part del procés d'investigació es va participar en els següents projectes d'investigació: Plataforma de servicios para ciudades inteligentes con redes M2M densas (TIN2013-47272-C2-1-R), Entrepreneurship in Heterogeneous Wireless Networks (COHWAN, TIN2010-21378-C02-02) i ATLAS -Dynamic network slicing in 5G Radio Access. També es va realitzar una estada doctoral en l'IMT Atlantique en Rennes-França. Com a resultat d'aquaquests activitats es van publicar diversos articles científics que permeten sustentar els models de negoci per a MVNOs presentats en el present document. En aquest estudi, es plantegen models de negoci que se sustenten en el desenrotllament de les característiques tècniques de 4G i 5G, que faciliten la compartició d'infraestructura dels MNOs. També s'analitza l'estat de l'art que permet sustentar la viabilitat tècnica dels models basats en la compartició d'infraestructura, que ha permès disminuir les barreres d'entrada al mercat i el desenvolupament de nous models de negoci per als MVNOs. No obstant això, els nous models que permeten la compartició d'infraestructura han de ser analitzats des-de l'aspecte econòmic per a determinar la viabilitat dels mateixos. Específicament, en el primer model s'analitza la viabilitat econòmica d'un MVNO que brinda el servei a la seua base d'usuaris i divideix el seu tràfic de xarxa a dos MNOs, els que lloguen la seua capacitat de xarxa al MVNO. En l'anàlisi del model es considerentant les característiques del sistema com les econòmiques. Respecte a les característiques del sistema, un MVNO proporciona servei als usuaris finals utilitzant el suport d'infraestructura de dos MNOs. El servei proporcionat pel MVNO, es modelada per mitjà d'una cua M/M/1, on cada usuari genera paquets de forma independent seguint un procés de Poisson. Els temps de servei dels paquets es distribueixen exponencialment. En el sistema proposat, la mètrica de qualitat més rellevant és el temps mitjà de servei, que comprén tant el temps d'espera com el temps mitjà de servei. L'acord entre el MVNO i els MNOs, és tal que el MVNO dividirà el tràfic de la xarxa entre els dos MNOs i pagarà a cada MNO pel tràfic servit a través de la seua infraestructura. Respecte a les característiques econòmiques, els incentius es modelen mitjançant les utilitats dels usuaris i els beneficis dels operadors. En el segon model, s'analitza la viabilitat econòmica de dos escenaris per a un model de negoci en què un MNO lloga la seua infraestructura de xarxa al MVNO i cada operador serveix a la seua pròpia base d'usuaris. El primer escenari denominat monopòlic, el MNO dona servei a les dos bases d'usuaris (MNO i MVNO). En el segon escenari denominat estratègic, el MNO dona servei a la seua base d'usuaris, a més a més, lloga la seua infraestructura al MVNO per a que aquest puga prestar servei a la seua base d'usuaris. Per als dos escenaris, la xarxa s'ha modelat per una cua amb prioritat, utilitzant una disciplina de servei DPS. En l'anàlisi de compartició d'infraestructura, es considera un pagament al MNO per cada usuari que accedeix al servei de MVNO. Finalmente, para determinar la viabilidad económica de los diferentes escenarios propuestos para los modelos de negocio, se utilizan conceptos de microeconomía, teoría de juegos y teoría de colas, la cuales han permitido conocer las decisiones en equilibrio que toman los operadores, así como las decisiones en equilibrio de los usuarios; de esta manera se ha obtenido el efecto de estas decisiones sobre los beneficios de todos los agentes del modelo y se han identificado las condiciones bajo las cuales estos nuevos modelos de negocio son viables en entornos de redes 4G y 5G. Como resultado del análisis de los modelos de negocio para los diferentes escenarios propuestos, se observa que la asociación entre MNOs y MVNOs a través de la compartición de infraestructura es viable económicamente para los modelos propuestos. En relación a los usuarios, su comportamiento es sustancial para determinar la viabilidad económica de los diferentes modelos de negocio propuestos, por lo tanto, resulta imprescindible explorar diferentes funciones de utilidad que expresen el comportamiento de los usuarios en estudios futuros. En cuanto a los operadores, en el primer modelo de negocio se demuestra que, la provisión de capacidad de red es un mecanismo válido para optimizar los beneficios de los operadores. Así como, en el segundo modelo de negocio, se demuestra que, la compartición de infraestructura entre un MNO y un MVNO es deseable desde el punto de vista de los usuarios para el modelo de negocio estratégico, ya que permite un mayor número de usuarios. Mientras que, desde el punto de vista económico el modelo de negocio monopólico es más deseable debido a que ofrece un incentivo mayor a los operadores. En resumen, en esta tesis se demuestra la viabilidad económica de modelos de negocio de compartición de infraestructura entre MNOs y MVNOs, soportados técnicamente por las características tecnológicas de las redes móviles de ultima generación. / [EN] This thesis has been developed within the framework of the research line of Economics and Regulation of Telecommunications. In the PhD program of Telecommunications by the Universitat Politècnica de València. As part of the research process, we participated in the following research projects: Service Platform for Smart Cities with Dense M2M Networks (TIN2013-47272-C2-1-R), Entrepreneurship in Heterogeneous Wireless Networks (COHWAN, TIN2010-21378-C02-02) and ATLAS-Dynamic network slicing in 5G Radio Access. A doctoral stay at the ITM Atlantique in Rennes, France, was also arranged. As a result of these activities, several scientific articles were published which support the business models for MVNOs presented in this document. In this study, business models based on the development of the technical characteristics of 4G and 5G are proposed, which facilitate the sharing of the infrastructure of MNOs. In this regard, this document analyzes the state of the art that supports the technical feasibility of models based on infrastructure sharing, which has lowered barriers to market entry and the development of new business models for MVNOs. However, the new models that infrastructure sharing allows, must be analyzed from an economic aspect to determine their viability. Specifically, the first model analyses the economic viability of an MVNO that provides the service to its user base and splits its network traffic between two MNOs, which rent their network capacity to the MVNO. The analysis of the model considers both the characteristics of the system and the economic ones. In terms of system characteristics, one MVNO provides service to end-users using the infrastructure support of two MNOs. The service provided by the MVNO is modelled through an M/M/1 queue, where each user generates packets independently following a Poisson process. The service times of the packages are distributed exponentially. In the proposed system, the most relevant quality metric is the average service time, which comprises both the waiting time and the average service time. The agreement between the MVNO and the MNOs is such that the MVNO will split the network traffic between the two MNOs and pay each MNO for the traffic served through its infrastructure. In terms of economic features, incentives are modelled through user profits and operator profits. In the second model, we analyze the economic viability of two scenarios for a business model in which, an MNO rents its network infrastructure to the MVNO, and each operator serves its user base. In the first scenario, called monopoly, the MNO serves both user bases (MNO and MVNO). In the second scenario, called strategic, the MNO serves its user base, as well as leases its infrastructure to the MVNO to serve its user base. For both scenarios, the network has been modelled by a priority queue, using a DPS discipline. In the infrastructure sharing analysis, a payment to the MNO is considered for each user that accesses the MVNO service. Finally, to determine the economic viability of different scenarios proposed for the business models, concepts of microeconomics, game theory and queuing theory are used, which have allowed us to know the equilibrium decisions made by the operators, as well as the equilibrium decisions made by the users. In this way, the effect of these decisions on the profits of all the agents in the model has been obtained, and the conditions under which these new business models are viable in 4G and 5G network environments have been identified. As a result of the analysis of the business models for the different scenarios proposed, it is observed that the association between MNOs and MVNOs through infrastructure sharing is economically viable for the proposed models. In relation to users, their behavior is substantial to determine the economic viability of the different proposed business models; therefore, it is essential to explore different utility functions that express user behavior in future studies. As for the operators, the first business model demonstrates that the provision of network capacity is a valid mechanism for optimizing operators’ profits. As well as, in the second business model, it is demonstrated that, the sharing of infrastructure between an MNO and an MVNO is desirable from the users’ point of view for the strategic business model since it allows a greater number of users. Whereas, from an economic point of view, the monopolistic business model is more desirable because it provides a greater incentive for operators. In summary, this thesis demonstrates the economic viability of business models of infrastructure sharing between MNOs and MVNOs, technically supported by the technological characteristics of the latest generation mobile networks. / Sacoto Cabrera, E. (2020). Análisis basado en teoría de juegos de modelos de negocio de operadores móviles virtuales en redes 4G y 5G [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/158595 / TESIS

Cette thèse est dédiée à l'étude des problèmes de transport optimal, alternatifs au problème de Monge-Kantorovich : ils apparaissent naturellement dans des applications pratiques, telles que la conception des réseaux de transport optimal ou la modélisation des problèmes de circulation urbaine. En particulier, nous considérons des problèmes où le coût du transport a une dèpendance non linèaire de la masse : typiquement dans ce type de problèmes, le côut pour déplacer une masse $m$ pour une longueur $\ell$ est $\varphi(m)\, \ell$, où $\varphi$ est une fonction assignée, obtenant ainsi un coût total de type $\sum\varphi(m) \ell$. \par Deux cas importants sont abordés en détail dans ce travail : le cas où la fonction $\varphi$ est subadditive (transport branché), de sorte que la masse a intérêt à voyager ensemble, de manière à réduire le coût total; le cas où $\varphi$ est superadditive (transport congestionné), où au contraire, la masse tend à diffuser autant que possible. \par Dans le cas du transport branché, nous introduisons deux nouveaux modèles: dans le premièr, le transport est décrit par des courbes de mesures de probabilité que minimisent une fonctionnelle de type géodésique (avec un coefficient que pénalise le mesures qui ne sont pas atomiques). Le second est plus dans l'esprit de la formulation de Benamou et Brenier pour les distances de Wasserstein : en particulier, le transport est décrit par paires de ``courbe de mesures--champ de vitesse'', liées par l'équation de continuité, qui minimisent une énergie adéquate (non convexe). Pour les deux modèles, on démontre l'existence de configurations minimales et l'équivalence avec d'autres formulations existantes dans la littèrature. \par En ce qui concerne le cas du transport congestionné, nous passons en revue deux modèles déjà existants, afin de prouver leur équivalence: alors que le premier de ces modèles peut être considéré comme une approche Lagrangienne du problème et il a des liens intéressants avec des questions d'équilibre pour la circulation urbaine, le second est un problème d'optimisation convexe avec contraintes de divergence. \par La preuve de l'équivalence entre les deux modèles constitue le corps principal de la deuxième partie de cette thèse et contient différents éléments d'intérêt, y compris: la théorie des flots des champs de vecteurs peu réguliers (DiPerna-Lions), la construction de Dacorogna et Moser pour les applications de transport et en particulier les résultats de régularité (que nous prouvons ici) pour une équation elliptique très dégénérés, qui ne semble pas avoir été beaucoup étudiée.

[ES] La tesis doctoral se enmarca en la línea de investigación de Economía y Regulación de las Telecomunicaciones, dentro del programa de Doctorado en Telecomunicaciones por la Universitat Politècnica de València. A lo largo del desarrollo de la tesis, se participó en los siguientes proyectos de I+D: Slicing dinámico en redes de acceso radio 5G - ATLAS (PGC2018-094151B-I00) y Evolución de la red de acceso hacia 6G para servicios masivos y de baja latencia (PID2021-123168NB-I00). Asimismo, se realizó una estancia doctoral en el IMT Atlantique en Rennes, Francia. Los resultados obtenidos se publicaron en una revista científica de ámbito internacional. En esta tesis, se estudia dos modelos de negocios y dos modelos de red para la compartición de recursos en redes de quinta generación (5G), enfocándose en servicios como Comunicaciones Ultra Confiables de Baja Latencia (URLLC), Banda Ancha Móvil Mejorada (eMBB) y Comunicaciones Masivas de Tipo Máquina (mMTC), y utilizando Network Slicing (NS). Se proponen dos escenarios. El escenario Red Compartida (SN) es una red 5G sin NS y el escenario Segmentación de red (NS) es una red 5G con NS. El escenario SN es modelado por una cola M/M/1 sin prioridad de servicio y el escenario NS es modelado por una cola M/M/1 con dos prioridades de servicio, asignando una prioridad alta al servicio URLLC por sus características con relación a la Calidad de Servicio (QoS). Además, se investigan las métricas clave de QoS como tiempo de transmisión de paquetes, sensibilidad al retardo y prioridad de servicio. Asimismo, la tesis evalúa la viabilidad económica de los modelos de negocio para operadores de redes 5G, considerando los escenarios planteados. Los modelos de negocio planteado son: el Integrado, en el cual un único operador de red ofrece ambos servicios, y el Especializado, donde dos operadores distintos ofrecen un servicio cada uno. Por otro lado, se realiza el análisis de los modelos de negocio desde el enfoque del sistema y la económica. La decisión de suscripción de los usuarios al operador se basa en su percepción de QoS y el precio, mientras que el concepto del equilibrio de Wardrop es utilizado para realizar el análisis. Asimismo, la teoría de juegos es aplicado en cada modelo de negocio para la evaluación de su viabilidad económica. La evaluación consiste en un juego de dos etapas, donde el juego se resuelve a través de la inducción hacia atrás, de manera que, se optimizan las funciones de utilidad del usuario y los beneficios de los operadores en base a la resolución de las funciones de Mejor respuesta (BR) y a diferentes valores de parámetros, consiguiendo el equilibrio de Nash. Además, se ha planteado el óptimo social, que es una situación que incorpora la participación de una entidad reguladora de servicios 5G en el mercado, quien tiene el objetivo de maximizar el bienestar social. Los resultados del óptimo social se comparan con los resultados de los dos modelos de negocio en función del bienestar social. Asimismo, se emplea conceptos de microeconomía, teoría de juegos y teoría de colas para evaluar la viabilidad económica de los diferentes modelos planteados. Esto permite entender las decisiones en equilibrio tomadas por los operadores y los usuarios, y analizar el impacto de estas decisiones en los beneficios de todos los actores involucrados. Además, se identifican los requisitos mínimos para la viabilidad de cada modelo. Los resultados muestran que, una red 5G con NS, los servicios URLLC y eMBB/mMTC pueden compartir recursos sin afectar la QoS de URLLC. Mientras que, una red 5G sin NS, la QoS de URLLC se ve afectada. Además, los operadores pueden fijar un precio más alto para URLLC debido a su QoS. Concluyendo que, la mejor opción para ofrecer los servicios URLLC y eMBB/mMTC es sobre una red 5G con NS y por un único operador. En resumen, la incorporación de NS en una red 5G, junto con un modelo de negocio Integrado, es la opción más favorable en cuanto al bienestar social. / [CA] La tesi doctoral s'emmarca en la línia d'investigació d'Economia i Regulació de les Telecomunicacions, dins del programa de Doctorat en Telecomunicacions per la Universitat Politècnica de València. Al llarg del desenvolupament de la tesi, es va participar en els següents projectes d'I+D: Slicing dinàmic en xarxes d'accés radie 5G - ATLES (PGC2018-094151B-I00) i Evolució de la xarxa d'accés cap a 6G per a servicis massius i de baixa latència (PID2021-123168NB-I00). Així mateix, es va realitzar una estada doctoral en el IMT Atlantique en Rennes, França. Els resultats obtinguts es van publicar en una revista científica d'àmbit internacional. En esta tesi, s'estudia dos models de negocis i dos models de xarxa per a la compartició de recursos en xarxes de quinta generació (5G), enfocant-se en servicis com a Comunicacions Ultres De confiança de Baixa Latència (URLLC), Banda Ampla Mòbil Millorada (eMBB) i Comunicacions Massives de Tipus Màquina (mMTC), i utilitzant Network Slicing (NS). Es proposen dos escenaris. L'escenari Xarxa Compartida (SN) és una xarxa 5G sense NS i l'escenari Segmentació de xarxa (NS) és una xarxa 5G amb NS. L'escenari SN és modelat per una cua M/M/1 sense prioritat de servici i l'escenari NS és modelat per una cua M/M/1 amb dos prioritats de servici, assignant una prioritat alta al servici URLLC per les seues característiques en relació amb la Qualitat de Servici (QoS). A més, s'investiguen les mètriques clau de QoS com a temps de transmissió de paquets, sensibilitat al retard i prioritat de servici. Així mateix, la tesi avalua la viabilitat econòmica dels models de negoci per a operadors de xarxes 5G, considerant els escenaris plantejats. Els models de negoci plantejat són: l'Integrat, en el qual un únic operador de xarxa oferix tots dos servicis, i l'Especialitzat, on dos operadors diferents oferixen un servici cadascun. D'altra banda, es realitza l'anàlisi dels models de negoci des de l'enfocament del sistema i l'econòmica. La decisió de subscripció dels usuaris a l'operador es basa en la seua percepció de QoS i el preu, mentres que el concepte de l'equilibri de Wardrop és utilitzat per a realitzar l'anàlisi. Així mateix, la teoria de jocs és aplicat en cada model de negoci per a l'avaluació de la seua viabilitat econòmica. L'avaluació consistix en un joc de dos etapes, on el joc es resol a través de la inducció cap arrere, de manera que, s'optimitzen les funcions d'utilitat de l'usuari i els beneficis dels operadors sobre la base de la resolució de les funcions de Millor resposta (BR) i a diferents valors de paràmetres, aconseguint l'equilibri de Nash. A més, s'ha plantejat l'òptim social, que és una situació que incorpora la participació d'una entitat reguladora de servicis 5G en el mercat, qui té l'objectiu de maximitzar el benestar social. Els resultats de l'òptim social es comparen amb els resultats dels dos models de negoci en funció del benestar social. Així mateix, s'empra conceptes de microeconomia, teoria de jocs i teoria de cues per a avaluar la viabilitat econòmica dels diferents models plantejats. Això permet entendre les decisions en equilibri preses pels operadors i els usuaris, i analitzar l'impacte d'estes decisions en els beneficis de tots els actors involucrats. A més, s'identifiquen els requisits mínims per a la viabilitat de cada model. Els resultats mostren que, una xarxa 5G amb NS, els servicis URLLC i eMBB/mMTC poden compartir recursos sense afectar la QoS de URLLC. Mentres que, una xarxa 5G sense NS, la QoS de URLLC es veu afectada. A més, els operadors poden fixar un preu més alt per a URLLC a causa del seu QoS. Concloent que, la millor opció per a oferir els servicis URLLC i eMBB/mMTC és sobre una xarxa 5G amb NS i per un únic operador. En resum, la incorporació de NS en una xarxa 5G, juntament amb un model de negoci Integrat, és l'opció més favorable quant al benestar social. / [EN] The doctoral thesis is framed within the research line of Economics and Regulation of Telecommunications within the PhD program in Telecommunications at the Universitat Politècnica de València. Throughout the development of the thesis, we participated in the following R&D projects: Dynamic Slicing in 5G radio access networks - ATLAS (PGC2018-094151B-I00) and Evolution of the access network towards 6G for massive and low latency services (PID2021-123168NB-I00). A doctoral stay at the IMT Atlantique in Rennes, France, was also carried out. The results obtained were published in an international scientific journal. In this thesis, two business models and two network models for resource sharing in fifth-generation (5G) networks are studied, focusing on services such as Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC), Enhanced Mobile Broadband (eMBB), and Massive Machine Type Communications (mMTC), and using Network Slicing (NS). Two scenarios are proposed. The Network Sharing (SN) scenario is a 5G network without NS, and the Network Slicing (NS) scenario is a 5G network with NS. The SN scenario is modeled by an M/M/1 queue with no service priority, and the NS scenario is modeled by an M/M/1 queue with two service priorities, assigning a high priority to the URLLC service for its Quality of Service (QoS) characteristics. Furthermore, key QoS metrics such as packet transmission time, delay sensitivity, and service priority are investigated. Furthermore, the thesis evaluates the economic viability of business models for 5G network operators, considering the scenarios proposed. The business models proposed are Integrated, in which a single network operator offers both services and Specialised, where two different operators offer one service each. On the other hand, the business models are analyzed from a system and economic perspective. The users' subscription decision to the operator is based on their perception of QoS and price, while the Wardrop equilibrium concept is used to perform the analysis. Furthermore, game theory is applied to each business model for the evaluation of its economic viability. The evaluation consists of a two-stage game, where the game is solved through backward induction so that the user's utility functions and the operators' profits are optimized based on the resolution of the Best Response (BR) functions and different parameter values, achieving the Nash equilibrium. In addition, the social optimum has been considered, which is a situation that incorporates the participation of a 5G service regulator in the market, who has the objective of maximizing social welfare. The results of the social optimum are compared with the results of the two business models in terms of social welfare. Furthermore, concepts from microeconomics, game theory, and queueing theory are used to assess the economic viability of the different models proposed. This allows us to understand the equilibrium decisions made by operators and users and to analyze the impact of these decisions on the benefits of all the actors involved. In addition, the minimum requirements for the viability of each model are identified. The results show that a 5G network with NS, URLLC, and eMBB/mMTC services can share resources without affecting URLLC QoS. On the other hand, in a 5G network without NS, the QoS of URLLC is affected. In addition, operators can set a higher price for URLLC due to its QoS. Conclusion: The best option to offer URLLC and eMBB/mMTC services is over a 5G network with NS and by a single operator. In summary, the incorporation of NS in a 5G network, together with an Integrated business model, is the most favorable option in terms of social welfare. / Moreno Cardenas, EY. (2024). Análisis de Modelos de Negocio para Operadores de Redes 5G Soportados por Network Slicing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/206184

Cette thèse est dédiée à l'étude mathématique de quelques modèles de trafic routier congestionné. La notion essentielle est l'équilibre de Wardrop. Elle poursuit des travaux de Carlier et Santambrogio avec des coauteurs. Baillon et Carlier ont étudié le cas de grilles cartésiennes dans $\RR^2$ de plus en plus denses, dans le cadre de la théorie de $\Gamma$-convergence. Trouver l'équilibre de Wardrop revient à résoudre des problèmes de minimisation convexe. Dans le chapitre 2, nous regardons ce qui se passe dans le cas de réseaux généraux, de plus en plus denses, dans $\RR^d$. Des difficultés nouvelles surgissent par rapport au cas initial de réseaux cartésiens et pour les contourner, nous introduisons la notion de courbes généralisées. Des hypothèses structurelles sur ces suites de réseaux discrets sont nécessaires pour s'assurer de la convergence. Cela fait alors apparaître des fonctions qui sont des sortes de distances de Finsler et qui rendent compte de l'anisotropie du réseau. Nous obtenons ainsi des résultats similaires à ceux du cas cartésien. Dans le chapitre 3, nous étudions le modèle continu et en particulier, les problèmes limites. Nous trouvons alors des conditions d'optimalité à travers une formulation duale qui peut être interprétée en termes d'équilibres continus de Wardrop. Cependant, nous travaillons avec des courbes généralisées et nous ne pouvons pas appliquer directement le théorème de Prokhorov, comme cela a été le cas dans \cite{baillon2012discrete, carlier2008optimal}. Pour pouvoir néanmoins l'utiliser, nous considérons une version relaxée du problème limite, avec des mesures d'Young. Dans le chapitre 4, nous nous concentrons sur le cas de long terme, c'est-à-dire, nous fixons uniquement les distributions d'offre et de demande. Comme montré dans \cite{brasco2013congested}, le problème de l'équilibre de Wardrop est équivalent à un problème à la Beckmann et il se réduit à résoudre une EDP elliptique, anisotropique et dégénérée. Nous utilisons la méthode de résolution numérique de Lagrangien augmenté présentée dans \cite{benamou2013augmented} pour proposer des exemples de simulation. Enfin, le chapitre 5 a pour objet l'étude de problèmes de Monge avec comme coût une distance de Finsler. Cela se reformule en des problèmes de flux minimal et une discrétisation de ces problèmes mène à un problème de point-selle. Nous le résolvons alors numériquement, encore grâce à un algorithme de Lagrangien augmenté. / This thesis is devoted to the mathematical analysis of some models of congested road traffic. The essential notion is the Wardrop equilibrium. It continues Carlier and Santambrogio's works with coauthors. With Baillon they studied the case of two-dimensional cartesian networks that become very dense in the framework of $\Gamma$-convergence theory. Finding Wardrop equilibria is equivalent to solve convex minimisation problems.In Chapter 2 we look at what happens in the case of general networks, increasingly dense. New difficulties appear with respect to the original case of cartesian networks. To deal with these difficulties we introduce the concept of generalized curves. Structural assumptions on these sequences of discrete networks are necessary to obtain convergence. Sorts of Finsler distance are used and keep track of anisotropy of the network. We then have similar results to those in the cartesian case.In Chapter 3 we study the continuous model and in particular the limit problems. Then we find optimality conditions through a duale formulation that can be interpreted in terms of continuous Wardrop equilibria. However we work with generalized curves and we cannot directly apply Prokhorov's theorem, as in \cite{baillon2012discrete, carlier2008optimal}. To use it we consider a relaxed version of the limit problem with Young's measures. In Chapter 4 we focus on the long-term case, that is, we fix only the distributions of supply and demand. As shown in \cite{brasco2013congested} the problem of Wardrop equilibria can be reformulated in a problem à la Beckmann and reduced to solve an elliptic anisotropic and degenerated PDE. We use the augmented Lagrangian scheme presented in \cite{benamou2013augmented} to show a few numerical simulation examples. Finally Chapter 5 is devoted to studying Monge problems with as cost a Finsler distance. It leads to minimal flow problems. Discretization of these problems is equivalent to a saddle-point problem. We then solve it numerically again by an augmented Lagrangian algorithm.

Braess' paradox is a counter-intuitive phenomenon which can occur in congesting networks. It refers to those cases where the introduction of a new link in the network results in the total travel time on the network increasing. The dissertation starts by introducing the traffic assignment problem and the concept of equilibrium in traffic assignment. The concept of equilibrium is based on Wardrop's first principle that all travellers will attempt to minimize their own travel time regardless of the effect on others. A literature review includes details of a number of papers that have been published investigating theoretical aspects of the paradox. There is also a brief description of Game Theory and the Nash Equilibrium. It has been shown that the equilibrium assignment is an example of Nash Equilibrium. The majority of work that has been published deals with networks where the delay functions that are used to compute the travel times on the links of the network do not include explicit representation of the capacity of the links. In this dissertation a network that is similar in form to the one first presented by Braess was constructed with the difference being that the well-known BPR function was used in the delay functions. This network was used to show that a number of findings that had been presented previously using simpler functions also applied to this network. It was shown that when it occurs, Braess' paradox only occurs over a range of values at relatively low levels of congestion. Real-world networks were then investigated and it was found that similar results occurred to those found in the simpler test networks that are often used in discussions of the paradox. Two methodologies of eliminating the paradox were investigated and the results are presented. / Decision Sciences / M.Sc.