Joint Downlink Scheduling for File Placement and Delivery in Cache-Assisted Wireless Networks with Finite File Lifetime
在本文中，流行的文件的下行传输调度优化与无线缓存节点的协助。具体来说，每个文件的请求，这是进一步划分成若干段，建模为泊松点过程在其有限的生命周期。考虑两种下行链路传输模式：（1）基站反应性地向请求用户和所选择的缓存节点多播文件片段;（2）基站主动地向所选择的缓存节点多播一些文件片段而无需请求。具有解码的文件段的高速缓存节点可以帮助经由其他频谱卸载业务。在没有主动多播的情况下，我们将下行链路传输资源最小化表示为具有随机阶段数的动态规划问题，该问题可以通过具有固定阶段数的有限时域马尔可夫决策过程（MDP）来近似。为了解决巨大的状态空间，我们提出了一个低复杂度的调度策略，通过线性近似的价值函数的MDP，其中的近似误差的界限。此外，我们提出了一个基于学习的算法来评估近似的价值函数未知的地理分布的请求用户。最后，在上述反应式多播策略的基础上，提出了一种主动式多播策略来利用阴影效应的时间多样性。仿真结果表明，所提出的低复杂度的反应式组播策略可以显著降低基站的资源消耗，而主动式组播策略可以进一步提高性能。
2019-02-24 cs.IT math.IT
Mixed-Timescale Precoding and Cache Control in Cached MIMO Interference Network
考虑MIMO干扰网络中的媒体流，其中多个基站（BS）使用固定数据率同时向其相关联的用户递送媒体。性能从根本上受到交叉链路干扰的限制。我们提出了一个缓存引起的机会协作MIMO（CoMP）的干扰缓解。通过缓存媒体文件的一部分，BS机会性地采用CoMP来将交叉链路干扰转换为空间复用增益。研究了在速率约束下，以最小化发射功率为目标的MIMO预编码和缓存控制的混合时间尺度优化问题。缓存控制是为了创造更多的CoMP机会，并适应媒体文件的长期流行。预编码是为了保证速率要求，并且是自适应的信道状态信息和缓存状态在BS。联合随机优化问题被分解为短期预编码和长期缓存控制问题。我们提出了一个预编码算法，收敛到一个稳定点的短期问题。在此基础上，我们利用长期问题的隐藏凸性，并提出了一个低复杂性和鲁棒性的解决方案，使用随机次梯度。该解决方案在各种基线上具有显著的增益，并且不需要媒体流行度的明确知识。
2013-11-08 cs.IT math.IT
Caching at Base Stations with Multi-Cluster Multicast Wireless Backhaul via Accelerated First-Order Algorithm
云无线接入网（C-RAN）已被公认为是下一代无线系统的有前途的架构，以满足\textcolor{black}{support}对更高数据率的快速增长的需求。然而，C-RAN的性能受到回程容量的限制，特别是对于无线部署。虽然具有固定BS缓存的C-RAN已经被证明可以减少回程消耗，但是进一步优化具有多集群多播回程的BS处的缓存分配更具挑战性，其中集群间干扰引起缓存优化问题的额外非凸性。尽管面临挑战，我们提出了一个加速的一阶算法，它实现了更高的内容下载总速率比二阶算法运行相同的时间。仿真结果表明，通过将所需内容同时传送到不同的组播簇，该算法获得了比时分单簇传输方案更高的下载总速率.此外，它被发现，所提出的算法分配较大的高速缓存大小的较近的集群内的较远的BS，这提供了洞察所提出的高速缓存分配的优越性。
2020-01-21 cs.IT math.IT
Secure and Energy-Efficient Transmissions in Cache-Enabled Heterogeneous Cellular Networks: Performance Analysis and Optimization
本文研究了由宏基站和多个小基站（SBS）组成的支持缓存的异构蜂窝网络的物理层安全。我们研究了一个联合设计的缓存位置和文件传输实现安全和节能的传输对随机分布的窃听。我们提出了一种新的混合“最流行的内容”和“最大的内容多样性”缓存放置策略来分发不同流行的文件。根据所请求的文件的可用性和位置，我们采用三种合作传输方案，即分布式波束成形，频域正交传输，最佳SBS中继，分别。我们推导出解析表达式的连接中断概率和保密中断概率为每个传输方案。之后，我们设计了最佳的传输速率和缓存分配，以实现最大的整体保密吞吐量和保密能量效率，分别。数值结果验证了理论分析的正确性，并证明了混合缓存策略的优越性.
2018-09-22 cs.IT math.IT
Dynamic Coded Caching in Wireless Networks
我们认为分布式和动态缓存的编码内容在小型基站（SBS）在一个宏基站（MBS）服务的区域。具体地，内容使用最大距离可分离代码进行编码，并根据生存时间（TTL）缓存驱逐策略进行缓存，该策略允许定期从缓存中移除编码的分组。请求特定内容的移动用户从通信范围内的SBS下载编码分组。如果需要额外的数据包来解码文件，则从MBS下载这些数据包。我们制定了一个优化问题，可以通过数值方法有效解决，提供TTL缓存策略，最大限度地减少整体网络负载。我们证明了分布式编码缓存使用TTL缓存策略可以提供显着减少网络负载时，请求到达突发。我们展示了如何利用TTL缓存策略的分布式编码缓存问题可以作为一个特定的单缓存，凸优化问题进行分析。我们的问题包括静态缓存和单个缓存作为特殊情况。我们证明，有趣的是，静态缓存是最佳的泊松请求过程下，对于一个单一的缓存的优化问题有一个令人惊讶的简单的解决方案。
2020-12-22 cs.IT math.IT
Edge Caching in Dense Heterogeneous Cellular Networks with Massive MIMO Aided Self-backhaul
研究了密集异构蜂窝网络（HetNets）中的边缘缓存问题，在HetNets中，缓存容量有限的小型基站（SBS）存储流行内容，而当SBS需要非缓存内容时，大规模多输入多输出（MIMO）辅助的宏基站提供无线自回程。我们的目标是解决小区负载和命中概率对成功内容交付（SCD）的影响，并给出避免任意小小区中的接入过载和任意宏小区中的回程过载所需的最小基站密度。推导了无需下行信道估计的大规模MIMO回程可达速率，计算了回程时间，并对此类网络的时延进行了评估。分析结果证实，命中概率需要适当地选择，以实现SCD。明确量化了缓存大小和SCD之间的相互作用。理论上证明，当请求非缓存内容时，如果缓存内容交付的平均访问速率低于自回传内容交付的平均访问速率，则非缓存内容交付的平均延迟可以与大规模辅助MIMO自回传的缓存内容交付相当。仿真结果验证了我们的分析。
2018-07-10 cs.IT cs.NI math.IT
A Low-Complexity Cache-Aided Multi-antenna Content Delivery Scheme
我们研究了在单小区网络中的下行链路波束成形与多天线基站（BS）服务缓存使能的用户。对于系统中文件的给定公共速率，我们首先将在BS处具有波束成形的最小发射功率公式化为非凸优化问题。这对应于一个多播问题，其中一个固定的解决方案，可以有效地通过连续凸逼近（SCA）。据观察，问题的复杂性随着在每个时隙中传递给每个用户的子文件的数量而呈指数增长，子文件本身随着系统中的用户数量而呈指数增长。因此，我们引入了一个低复杂度的替代方案，通过分时，限制了用户在每个时隙可以接收的子文件的数量。数值仿真结果表明，与联合传输所有子文件相比，降低复杂度的波束形成方案具有最小的性能差距，并且在具有足够空间自由度的所有SNR和速率值下，以及在空间自由度数量有限的高SNR/高速率情况下，其性能优于现有技术的低复杂度方案。
2019-05-16 cs.IT math.IT
Cache-Aided Full-Duplex Small Cells
在网络边缘缓存流行内容可以在几个方面积极影响无线网络的性能和未来的可持续性，例如，端到端接入延迟减少和峰值速率增加。在本文中，我们的目的是表明，不可忽视的性能增强，可以观察到的网络干扰足迹以及。为此，我们考虑一个全双工小小区网络组成的非合作缓存辅助基站，同时与下行链路用户和无线回程节点进行通信。我们提出了一种新的缓存模型，试图模仿地理政策的基础上，本地文件的流行程度，并计算相应的缓存命中概率。随后，我们研究了所考虑的网络的吞吐量增益方面的性能，其无缓存半双工对应。数值结果证实了我们的理论研究结果，并突出了显着的性能增益时，从无缓存到缓存辅助全双工小细胞网络。
2017-03-20 cs.IT math.IT
Storage-Latency Trade-off in Cache-Aided Fog Radio Access Networks
研究了雾无线接入网（F-RAN），其中$K_T$边缘节点（EN）通过正交前传链路连接到云服务器，通过无线高斯干扰信道为$K_R$用户提供服务。EN和用户都具有有限容量的高速缓存存储器，在用户需求被揭示之前，这些高速缓存存储器被填满。虽然集中式布局阶段用于模拟静态基站的EN，但是分散式布局用于移动用户。提出了一种可实现的传输方案，该方案在传输阶段采用干扰对齐、迫零和干扰消除技术的组合，并分析了捕获最坏情况延迟的\textit{normalized delivery time}（NDT）。
2018-02-06 cs.IT math.IT
Degrees of Freedom of Cache-Aided Wireless Cellular Networks
本文研究了下行缓存辅助蜂窝网络的自由度，其中基站的位置被建模为网格拓扑，网格小区内的用户只能与四个附近的基站进行通信。我们采用了一个缓存放置方法与未编码的预取量身定制的网络部分连通性。根据BS间缓存内容的重叠程度，针对不同的缓存大小，分别提出了无BS协作、部分BS协作和全BS协作的传输方案。具体地，BS之间的公共缓存内容被用于通过干扰中和来消除一些不期望的信号，而干扰对准被用于协调不同缓存内容的信号。我们的可实现的结果表明，蜂窝网络的每个用户的自由度的倒数分段线性下降的归一化缓存大小$μ$在每个BS，和BS缓存的增益是更显着的小缓存区域。在给定的缓存放置方案下，我们还提供了每个用户的自由度的上限，并表明，我们可实现的自由度是最佳的$μ\in\left[\frac{1}{2},1\right]$时，和$\frac{4}{39}$的最佳时，$μ\in\left[\frac{1}{4},\frac{1}{2}\right)$的添加剂间隙内。
2020-02-14 cs.IT math.IT
How Much Cache is Needed to Achieve Linear Capacity Scaling in Backhaul-Limited Dense Wireless Networks?
密集无线网络是满足5G无线系统中巨大容量需求的有前途的解决方案。然而，存在两个实现问题，即干扰和回程问题。为了解决这些问题，我们提出了一种新的网络架构，称为回程有限的高速缓存密集无线网络（C-DWN），其中物理层（PHY）缓存方案在基站（BS），但只有一小部分的BS有线有效载荷回程。PHY缓存可以取代有线回程的作用，以实现缓存引起的MIMO协作增益和缓存辅助的多跳增益。两个基本问题得到解决。我们能否利用PHY缓存来实现有限有效负载回程的线性容量扩展？如果是，需要多少缓存？我们表明，回程限制的C-DWN的容量确实与BS的数量成线性比例，如果BS缓存大小大于取决于内容流行度的阈值。我们还量化的吞吐量增益，由于高速缓存引起的MIMO合作传统的缓存方案（纯粹利用缓存辅助多跳）。有趣的是，实现显著的高速缓存引起的MIMO协作增益所需的最小BS高速缓存大小与实现线性容量缩放所需的相同。
2016-05-09 cs.IT math.IT
Content Placement in Cache Networks Using Graph-Coloring
小型小区密集化是解决蜂窝网络中对更高容量的需求的有效想法之一。这种网络面临的主要问题是无线回程链路及其有限的容量。将大部分流行文件缓存在小小区基站（SBS）的存储器中是解决这个问题的有效方法。缓存的主要挑战之一是选择要存储在SBS内存中的文件。在本文中，我们描述的缓存问题作为一个图形模型。该图分为四个子图，包括放置图、访问图、SBS图和交付图。通过对SBS图进行一些修改，我们将其转换为可以着色的图。对生成的图进行着色是NP难的，我们采用了一种在图着色领域提出的算法对生成的图进行着色，为了克服上述着色技术的复杂性，我们提出了一种简单的基于Matern核I型和II型两点过程的图着色方法。我们用一个新的加权图来建模我们的网络，这个图可以简单地着色，然后相应地缓存文件。我们通过模拟评估我们提出的方法的性能。我们的研究结果表明，通过采用所提出的方法在一个典型的考虑SBS网络中，宏基站上的负载可以减少约$25 \%$，在文件的流行度的分布参数等于$0.6$，与传统的策略，其中缓存最流行的内容的每一个地方。
2017-12-30 cs.IT math.IT
Cellular Offloading via Downlink Cache Placement
在本文中，在有限的生命周期内的下行文件传输的无线缓存节点的协助下进行了优化。具体来说，一个文件的生命周期内的请求数被建模为泊松点过程。基站向下行用户和选定的缓存节点组播文件，使得缓存节点可以在下一个文件请求中帮助转发文件。因此，我们将下行链路传输公式化为具有随机数目的阶段的马尔可夫决策过程，其中每次传输的传输功率和时间是控制策略。由于文件传输次数是随机的，我们首先提出了一个修正的Bellman方程，其中可以导出最优控制策略。为了解决巨大的状态空间，我们还引入了一个低复杂度的次优解的基础上的值函数的线性近似。近似值函数可以解析计算，从而可以消除常规的数值迭代。此外，近似值函数和实值函数之间的差距是有界的解析。仿真结果表明，采用近似MDP方法，该算法可以显著降低基站的资源消耗。
2017-11-09 cs.IT eess.SP math.IT
Energy Efficiency of Downlink Networks with Caching at Base Stations
在基站（BS）处缓存流行内容可以减少回程成本并提高网络吞吐量。然而，在BS处的本地缓存是否可以提高能量效率（EE），这是第五代蜂窝网络的主要目标，仍然不清楚。由于干扰水平、回程容量、BS密度、功耗参数、BS休眠、内容流行度和缓存容量等各种因素对EE的纠缠影响，另一个重要问题是哪些关键因素对缓存的EE增益贡献更大。在本文中，我们试图探索的缓存启用的无线接入网络的EE的潜力，并确定关键因素。通过推导近似EE的封闭表达式，给出了EE从缓存中获益的条件，找到了使网络EE最大化的最优缓存容量，并分析了缓存带来的最大EE增益。我们表明，在BS的缓存可以提高网络EE时，使用高能效的缓存硬件。当本地缓存有EE增益超过不缓存，缓存更多的内容在BS可能不会提供更高的EE。数值和模拟结果表明，缓存EE增益是大的回程容量是严格的，干扰水平低，内容流行度是偏斜的，当缓存在微微BS，而不是宏BS。
2016-04-06 cs.IT cs.NI math.IT
Joint Optimization of File Placement and Delivery in Cache-Assisted Wireless Networks with Limited Lifetime and Cache Space
本文研究了在缓存空间有限的情况下，缓存节点辅助下的单小区下行文件传输调度问题。具体地，请求用户随机到达，并且基站（BS）反应性地向请求用户和所选择的缓存节点多播文件。后者可以从BS卸载其覆盖区域中的业务。我们考虑联合优化上述文件的放置和交付在有限的生命周期内的高速缓存空间的约束。在生存期内，在BS处用于每个文件传输的多播功率和符号数的分配被公式化为具有随机阶段数的动态规划问题。请注意，目前还没有解决这个问题的方案。我们开发了一个渐近最优解的框架，通过将原问题转化为一个等价的有限时域马尔可夫决策过程（MDP）与固定的阶段数。提出了一种新的近似方法来解决维数灾难问题，给出了近似价值函数的解析表达式。我们还得到了精确价值函数和逼近误差的解析界。近似价值函数取决于某些系统统计，例如，请求用户分发。一个强化学习算法提出的情况下，这些统计是未知的。
2020-01-08 cs.IT math.IT
Modeling and Analysis of Content Caching in Wireless Small Cell Networks
利用小小区基站的网络致密化是满足未来数据业务需求的有前景的解决方案。然而，仅仅增加小型蜂窝基站密度并不能确保更好的用户体验质量，并且会导致高昂的运营支出。因此，已经提出了在不同网络元件上的内容缓存作为通过在网络边缘缓存战略内容来卸载回程的手段，从而减少延迟。在本文中，我们研究缓存使能的小小区，我们的模型和特征的中断概率，定义为不满足用户的请求在一个给定的覆盖区域的概率。我们解析地推导出中断概率作为信号干扰比、缓存大小、小小区基站密度和阈值距离的函数的封闭形式的表达式。通过假设基站的分布为泊松点过程，我们推导出在阈值距离内找到特定内容的概率以及实现给定目标缓存命中概率的最佳小小区基站密度。仿真结果验证了分析模型的正确性。
2015-07-01 cs.IT cs.NI math.IT
A Transfer Learning Approach for Cache-Enabled Wireless Networks
在网络边缘本地缓存内容构成了$5$ G无线网络中最具破坏性的方法之一。边缘缓存的好处取决于解决无数的挑战，例如如何，什么以及何时策略性地缓存受存储约束，流量负载，未知时空流量需求和数据稀疏性影响的内容。受此启发，我们提出了一种新颖的基于迁移学习的缓存过程，在每个小小区基站处执行。这是通过利用丰富的上下文信息（即，用户的内容观看历史、社会关系等）从设备到设备（D2D）交互中提取，称为源域。该先验信息被合并在所谓的目标域中，其中目标是根据存储、估计的内容流行度、业务负载和回程容量在小小区处最优地高速缓存战略内容。结果表明，所提出的方法克服了臭名昭著的数据稀疏性和冷启动问题，在用户的体验质量（QoE）和回程卸载方面产生显着的增益，在由四个小小区基站组成的设置中，增益高达$22\%$。
2015-09-29 cs.IT cs.NI math.IT
Cache Size Allocation in Backhaul Limited Wireless Networks
在基站缓存流行内容是对现有有限回程链路的有力补充，用于适应指数增长的移动数据业务。考虑到有限的缓存预算，我们研究了蜂窝网络中的缓存大小分配问题，以最大限度地提高用户成功概率（USP），考虑无线信道统计，回程容量和文件流行度分布。USP被定义为一个用户可以从本地缓存或通过回程链路成功下载其请求的文件的概率。我们首先考虑一个单细胞的情况下，并得出一个封闭形式的表达式的USP，这有助于揭示各种参数的影响，如文件流行度分布。更具体地，对于高度集中的文件流行度分布，所需的高速缓存大小与文件的总数无关，而对于不太集中的文件流行度分布，所需的高速缓存大小与文件的总数成线性关系。此外，我们研究了多单元场景，并提供了一种二分搜索算法来找到最佳的缓存大小分配。最佳的缓存大小分配通过模拟验证，它被证明发挥更显着的作用时，文件流行度分布不太集中。
2016-02-28 cs.IT math.IT
Cache-enabled Small Cell Networks: Modeling and Tradeoffs
我们考虑一个网络模型，其中小基站（SBS）具有缓存能力，以减轻回程负载，满足用户的需求。SBS根据泊松点过程（PPP）随机分布在平面上，并且（i）通过有限速率回程从互联网带来内容或（ii）通过从本地缓存服务它们来服务它们的用户。我们推导出封闭形式的表达式的中断概率和平均交付率的信号干扰噪声比（SINR），SBS密度，目标文件比特率，存储大小，文件长度和文件的流行程度的函数。然后我们分析了关键操作参数对系统性能的影响。结果表明，一定的中断概率可以通过增加基站的数量或总的存储大小来实现。我们的研究结果和分析提供了关键的见解缓存启用的小小区网络（SCN），这被视为未来异构蜂窝网络的一个有前途的解决方案的部署。
2015-01-07 cs.IT cs.NI math.IT
Collaborative Multi-Agent Multi-Armed Bandit Learning for Small-Cell Caching
本文研究了在用户偏好未知的情况下，小小区网络（SCN）中基于学习的缓存。目标是优化每个小基站（SBS）中的缓存位置，以最小化系统的长期传输延迟。我们建模这个顺序多智能体决策问题的多智能体多臂强盗（MAMAB）的角度来看。而不是估计用户的喜好，然后优化缓存策略，我们提出了几个MAMAB为基础的算法，直接学习缓存策略在静态和非静态环境中在线。在静态环境中，我们首先提出了两个高复杂度的基于代理的协同MAMAB算法的性能保证。然后，我们提出了一个低复杂度的分布式MAMAB忽略SBS协调。为了在SBS协调增益和计算复杂性之间取得更好的平衡，我们提出了一种基于边的协作MAMAMAB，并采用了协调图边奖励分配方法.在非平稳环境中，我们提出了一个实用的初始化方法和设计新的扰动项，以适应动态环境中提出的MAMAB为基础的算法在平稳环境中进行修改。仿真结果验证了算法的有效性。讨论了不同参数对缓存性能的影响。
2020-01-14 cs.IT cs.NI math.IT
Joint Content Delivery and Caching Placement via Dynamic Programming
在本文中，流行内容的下行链路传输的无线缓存节点的协助下进行了优化。具体而言，将文件请求建模为有限生存期的泊松点过程，考虑两种下行传输模式：（1）基站向请求用户和选定缓存节点多播文件片段;（2）基站主动向选定缓存节点多播文件片段，无需用户请求。因此，具有解码文件的高速缓存节点可以帮助经由其他空中接口（例如WiFi）在下一个文件请求时卸载业务。在没有主动缓存放置的情况下，我们将下行链路流量卸载表示为具有随机阶段数的马尔可夫决策过程，并提出了修正的Bellman方程来获得最优控制策略。为了解决巨大的状态空间，我们还引入了一个低复杂度的次优解的基础上的线性近似的价值函数，近似的价值函数和真正的之间的差距是有界的分析。近似的价值函数可以从给出请求用户的空间分布的解析表达式计算。此外，我们提出了一个基于学习的算法来评估近似的价值函数未知分布的请求用户。最后，一个积极主动的缓存放置算法被引入到利用阴影效应的时间多样性。仿真结果表明，基于近似价值函数的低复杂度算法可以显著降低基站的资源消耗，而主动缓存布局可以进一步提高性能。
2018-01-03 cs.IT math.IT
Secure Collaborative Computation Offloading and Resource Allocation in Cache-Assisted Ultra-Dense IoT Networks With Multi-Slope Channels
本文针对缓存辅助超密集物联网MEC网络，提出一种结合OFDMA、NOMA与基站分簇的安全计算卸载方案，并开发FIHAS算法以在严格时延和成本约束下最小化设备能耗。
2024-10-21 cs.IT math.IT
Optimal Caching and User Association in Cache-enabled Heterogeneous Wireless Networks
异构无线网络（Hetnet）提供了一种强大的方法来满足流量需求的大规模增长，但也对回程提出了重大挑战。在小型基站（BS）处的高速缓存和无线小型小区回程已经被提出作为解决该新挑战的有吸引力的解决方案。在本文中，我们考虑最佳的缓存和用户关联，以最小化的总时间，以满足平均需求的缓存启用Hetnets与无线回程。我们制定这个问题作为一个混合离散连续优化给定的带宽和缓存资源。首先，我们描述了最优解的结构。具体来说，我们表明，最佳的缓存是存储最流行的文件在每个微微基站，和最佳的用户关联有一个阈值的形式。我们还获得了封闭形式的最优解的均匀的情况下的微微小区。然后，我们分析了带宽和缓存资源的最小总时间，以满足平均需求的影响。最后，通过数值模拟，验证了分析结果。
2016-04-20 cs.IT math.IT
Modeling and Performance of Uplink Cache-Enabled Massive MIMO Heterogeneous Networks
通过诸如社交媒体的应用将用户生成的内容上传到互联网给无线网络带来了重大负担。为了应对这一移动数据海啸，我们开发了一种新的MIMO网络架构，随机定位的基站（BS）的大量天线采用缓存使能的\textit{uplink}传输。特别是，我们制定了一个场景，用户上传他们的内容到他们最强的基站（BS），这是泊松点过程（PPP）分布。此外，BS利用大规模MIMO的好处，通过有限速率回程将其内容上传到核心网络。在提出缓存策略后，我们提出了{修改}冯米塞斯分布作为流行度分布函数，我们通过利用确定性等价（DE）和随机几何分析的工具推导出中断概率和平均交付率。数值结果调查现实的性能增益的建议异构缓存使能的上行链路在网络上的基本操作参数。例如，暴露关于BS存储大小的见解。此外，关键参数，如文件流行度分布，和目标比特率的影响进行了研究。具体而言，中断概率降低，如果存储大小增加，而平均交付率增加。此外，定义存储在中间结点的文件数量（流行度）的集中度参数直接影响所提出的度量。更高的目标速率导致更高的中断，因为更少的用户服从此约束。此外，我们证明了一个更密集的网络减少了中断，并增加了交付率。因此，在系统设计的上行链路处引入高速缓存改善了网络性能。
2018-11-12 cs.IT math.IT
On Meta Distribution and Local Delay for Cache-Enabled Networks with Random DTX: Analysis and Optimization
对启用缓存的网络进行细粒度分析对于系统设计至关重要。在本文中，我们专注于Meta分布的信号干扰比（SIR）的缓存使能网络中的基站（BS）的位置被建模为泊松点过程（PPP）。在随机缓存和随机不连续传输（DTX）机制的基础上，利用随机几何方法推导了条件成功传输概率（STP）的矩、精确Meta分布及其beta近似。局部延迟的均值和方差的封闭形式表达式（即，网络抖动）。然后，我们考虑最大化的平均STP和最小化的平均系统传输延迟，通过联合优化缓存概率和BS的活动概率。最后，数值结果表明，所提出的优化方案优于现有的缓存策略，并揭示了缓存启用网络的平均STP，STP方差，Meta分布，平均本地延迟和网络抖动方面的关键网络参数的影响。
2021-02-07 cs.IT math.IT
Mixed-Timescale Online PHY Caching for Dual-Mode MIMO Cooperative Networks
近来，已经提出物理层（PHY）缓存以利用由基站（BS）处的缓存引起的动态边信息来支持协调多点（CoMP）并实现巨大的自由度（DoF）增益。由于缓存存储容量有限，PHY缓存的性能在很大程度上取决于缓存内容放置算法。在现有的算法中，缓存内容放置是离线方式适应长期的流行度分布。我们提出了一个在线PHY缓存框架，它适应缓存内容的放置微观空间和临时流行的变化，充分利用PHY缓存的好处。具体而言，在线缓存内容放置和内容交付的联合优化被公式化为混合时标漂移最小化问题，以增加CoMP机会并降低缓存内容放置成本。我们提出了一个低复杂度的算法，以获得一个吞吐量最佳的解决方案。此外，我们提供了一个封闭的形式表征的最大总和自由度的稳定区域，并研究了关键系统参数的稳定区域上的影响。仿真结果表明，所提出的在线PHY缓存框架实现了较大的增益超过现有的解决方案。
2018-10-17 cs.IT math.IT
Optimal Content Placement for Offloading in Cache-enabled Heterogeneous Wireless Networks
在基站（BS）处进行缓存是一种很有前途的方式来卸载流量并消除异构网络（HetNet）中的回程瓶颈。在本文中，我们研究了最佳的内容放置最大限度地提高成功卸载概率的高速缓存启用HetNet中的一层多天线宏BS（MBS）覆盖一层的助手与高速缓存。基于概率缓存框架，借助随机几何理论推导出成功卸载概率的封闭形式，并建立了缓存概率优化问题，该问题一般不是凹的.在用户-助手密度比高和低的两种极端情况下，得到了最优缓存概率，并分析了两层基站密度、发射功率以及信干噪比（SINR）阈值对缓存概率的影响。在一般情况下，我们得到了最佳的缓存概率，最大化成功卸载概率的下限，并分析了用户密度的影响。仿真和数值结果表明，当MBS与助手密度、MBS与助手发送功率和用户与助手密度之比以及SINR阈值较大时，最优缓存策略倾向于在所有位置缓存最流行的文件。
2016-04-12 cs.IT math.IT
Analysis on Cache-enabled Wireless Heterogeneous Networks
缓存流行的多媒体内容是释放无线网络最终潜力的一种有前途的方法。在本文中，我们有助于提出和分析基于缓存的内容交付在一个三层异构网络（HetNet），其中包括基站（BS），中继和设备到设备（D2D）对。我们提倡在网络非高峰时，将热门内容主动缓存在中继和部分有缓存能力的用户中。高速缓存的内容可以被重新用于频繁访问以卸载蜂窝网络业务。首先将节点位置建模为相互独立的泊松点过程（PPP），并开发了相应的内容访问协议。然后对下行链路的平均遍历速率和中断概率进行了理论分析。基于\emph{multiclass processor-sharing queue}模型和连续时间马尔可夫过程，我们进一步推导了吞吐量和延迟。根据HetNet中稳态的临界条件，研究了最大流量负载和全局吞吐量增益。此外，一些关键网络特性的影响，例如，多媒体内容的异构性、节点密度和有限的缓存容量对系统性能的影响被详细阐述以提供有价值的见解。
2015-08-12 cs.IT math.IT
Caching Meets Millimeter Wave Communications for Enhanced Mobility Management in 5G Networks
克服毫米波（mmW）通信的不确定性和动态信道变化的最有希望的方法之一是部署集成mmW和微波（$μ$ W）频率两者的双模基站。如果设计得当，这种双模基站可以增强高度移动无线环境中的移动性和切换。提出了一种新的联合$μ$ W-mmW网络移动性分析和管理方法。所提出的方法利用设备级缓存以及双模基站的功能，以最大限度地减少切换失败，减少频率间测量能耗，并在新兴的密集异构网络中提供无缝的移动性。首先，基本结果的缓存能力，包括缓存概率和缓存持续时间推导出建议的双模网络场景。第二，平均可实现的缓存速率为移动用户。第三，建议的缓存使能的移动性管理问题制定为一个动态的匹配游戏之间的移动用户设备（MUE）和小型基站（SBS）。这个游戏的目标是找到一种分布式切换机制，该机制受到HOF和有限缓存大小的网络约束，允许每个MUE在执行到目标SBS的HO、连接到宏小区基站（MBS）或通过使用缓存的内容执行透明HO之间进行选择。制定的匹配游戏允许捕获的动态的移动性管理问题所造成的HOF。为了解决这个动态匹配问题，提出了一种新的算法，并证明了其收敛到双边动态稳定的HO策略。数值结果证实了分析推导，并表明，所提出的解决方案将提供显着减少的HOF和能源消耗的MUE。
2017-03-22 cs.GT cs.IT math.IT
Online Learning to Cache and Recommend in the Next Generation Cellular Networks
针对下一代蜂窝网络的缓存与推荐联合优化问题，采用概率转移矩阵建模推荐对需求的影响，提出贝叶斯估计与精灵辅助点估计两种在线学习方法，推导遗憾界并拓展至多小基站异构网络，仿真验证算法在缓存命中率等方面的优势。
2023-07-20 cs.IT math.IT
Analysis of QoS in Heterogeneous Networks with Clustered Deployment and Caching Aware Capacity Allocation
在蜂窝网络中，连接设备和基站的密集化导致了不断增长的流量强度，而通过智能管理缓存流行内容是缓解这种后果的一种有前途的方法。我们的研究扩展了以前提出的三层缓存启用异构网络（HetNets）的分析。主要贡献有三个方面。我们考虑更现实的假设，即小基站的分布是泊松-泊松集群过程，这反映了地理限制，用户密集区，覆盖空洞的真实情况。我们提出的下行链路数据传输容量的分配，根据请求的内容的情况下，无论是缓存或非缓存在附近的节点和阐明的流量效率的分配下的集群部署的小基站的影响。基于区分性处理器共享（DPS）队列的近似逗留时间，推导出分配系统的吞吐量和延迟。我们提出了一个更好的缓存解决方案，未来的蜂窝网络的挑战，实现的效率和这样的系统的性能的结果。
2021-03-24 cs.IT math.IT math.PR
Secure Video Streaming in Heterogeneous Small Cell Networks with Untrusted Cache Helpers
本文研究了支持缓存的小小区网络中的安全视频流，其中一些支持缓存的小小区基站（BS）帮助视频传输是不可信的。不利的是，缓存提高了这些不可信助手的窃听能力，因为它们可以拦截缓存的和传送的视频文件。为了解决这个问题，我们提出了联合缓存和可伸缩视频编码（SVC）的视频文件，使安全的合作多输入多输出（MIMO）传输，并在同一时间，利用缓存存储器的可信和不可信的BS提高系统性能。考虑到发送端的信道状态信息（CSI）不完善，提出了一个两时标非凸混合整数鲁棒优化问题，以最小化保证视频流传输过程中的服务质量（QoS）和保密性所需的总发送功率.我们开发了一个迭代算法的基础上修改广义Benders分解（GBD），以最佳地解决这个问题，其中缓存和合作传输的政策，分别通过离线（长时间尺度）和在线（短时间尺度）的优化，确定。在此基础上，受最优算法的启发，提出了一种基于贪婪启发式的低复杂度次优算法。仿真结果表明，所提出的方案实现了显着的增益，在功率效率和保密性能相比，几个基线方案。
2018-01-29 cs.IT math.IT
Dynamic Content Update for Wireless Edge Caching via Deep Reinforcement Learning
这封信研究了一个基本的无线缓存网络，其中一个源服务器连接到一个支持缓存的基站（BS），服务于多个请求用户。如何在动态内容流行度下提高缓存命中率是一个关键问题。为了解决这个问题，这项工作的主要贡献是开发一种新的动态内容更新策略的帮助下，深度强化学习。考虑到BS不知道内容流行度，所提出的策略根据时变请求和BS缓存的内容动态地更新BS缓存。为此，我们将缓存更新问题建模为马尔可夫决策过程，并提出了一种基于长短期记忆网络和外部记忆的有效算法，以提高BS的决策能力。仿真结果表明，该算法不仅能获得比深度Q网络更高的平均回报，而且能获得比最近最少使用、先进先出和基于深度Q网络的缓存替换策略更高的缓存命中率。
2019-10-19 cs.IT math.IT
Delay Analysis and Optimization in Cache-enabled Multi-Cell Cooperative Networks
在基站（BS）处的缓存已经被广泛采用以减少递送延迟并减轻BS与核心网络之间的回程业务。在本文中，我们考虑了支持缓存的多小区协作网络中BS之间的协作内容缓存方案，其中可以从关联BS、其他协作BS或核心网络获取所请求的内容。新颖的是，我们的随机请求流量模型，并推导出一个封闭的形式表示的平均延迟每请求的基础上多类处理器共享排队理论。然后，我们制定了一个合作的缓存优化问题，最大限度地减少在有限的缓存大小的约束下，在BS的平均延迟，并表明它至少是NP-完全的。此外，我们证明了它等价于一个单调的子模函数的最大化受拟阵约束，使我们能够采用常见的贪心算法与1/2的性能保证。一个启发式的贪婪缓存策略也被开发，实现了更好的性能比传统的贪婪解决方案。仿真结果验证了分析结果的准确性，并证明了我们提出的缓存方案所获得的性能增益。
2016-05-03 cs.IT math.IT
Throughput-Outage Analysis and Evaluation of Cache-Aided D2D Networks with Measured Popularity Distributions
在用户设备上缓存视频文件，结合通过设备到设备（D2 D）通信的文件交换，是用于增加无线网络吞吐量的有前景的方法。以前的理论研究表明，吞吐量可以增加的数量级，但假设一个Zipf分布建模的流行度分布，这是基于{ \em有线}网络中的观察。因此，高速缓存辅助的D2 D视频分发是否可以在实践中提供现有理论文献所承诺的益处的问题仍然是开放的。为了回答这个问题，我们专门为移动用户的视频请求的流行度分布提供了新的结果。基于广泛的真实世界数据集，我们采用广义分布，称为Mandelbrot-Zipf（MZipf）分布。我们首先证明了这种流行度分布可以很好地拟合实际数据。使用这种分布，我们分析了缓存辅助D2 D网络的吞吐量-中断权衡，并表明当MZipf分布充分偏斜时，缩放定律与Zipf流行度分布的情况相同，这意味着文献中先前承诺的好处确实可以在实践中实现。为了支持该理论，提供了使用数值实验的实际评估，并且表明高速缓存辅助的D2 D可以优于来自基站的常规单播。
2019-02-12 cs.IT math.IT
Physical-Layer Security in Cache-Enabled Cooperative Small Cell Networks Against Randomly Distributed Eavesdroppers
本文探讨了在随机分布窃听者存在的情况下，具有协作缓存使能的小基站（SBS）的小小区网络（SCN）的物理层安全性。我们提出了一个联合设计的缓存放置和物理层传输，以提高安全的内容交付概率（SCDP）。我们首先提出了一种混合缓存放置策略，在每个SBS的缓存单元的比例被分配用于存储最流行的文件（MPFs），而其余的是用来缓存不相交的子文件（DSFs）在不同的SBS作为一种手段，以提高传输的保密性和内容多样性。然后，我们介绍了两个协调多点（CoMP）技术，即，联合传输（JT）和正交传输（OT），分别提供MPF和DSFs。我们推导出的SCDP在每个传输方案的解析表达式，同时考虑非串通和串通窃听的情况下。基于所获得的分析结果，我们共同设计的最佳传输速率和最佳的缓存分配最大限度地提高整体SCDP。进一步提供了对最佳传输和缓存设计的各种见解。数值结果也验证了我们的理论研究结果，并证明所提出的缓存和传输策略的优越性。
2018-06-21 cs.IT math.IT
Content-Centric Multicast Beamforming in Cache-Enabled Cloud Radio Access Networks
多播传输和无线缓存是减少无线网络中空中和回程业务负载的有效方法。本文提出了将这两个关键的想法，内容为中心的多播传输在云无线接入网络（RAN），其中多个基站（BS）连接到一个中央处理器（CP）通过有限容量的回程链路。每个BS具有有限存储大小的高速缓存，并且配备有多个天线。BS协作地向网络中的多个用户发送内容，所述内容存储在本地缓存中或者从CP获取。请求相同内容的用户形成多播组，并且由相同的BS集群协作地使用多播波束成形来服务。假设固定的缓存放置，本文研究了联合设计的组播波束成形和内容为中心的BS集群制定的优化问题，最大限度地减少总网络成本下的服务质量（QoS）的约束，为每个组播组。网络成本包括传输功率和回程成本。我们使用波束成形向量的混合$\ell_0/\ell_2$范数对回程成本进行建模。为了解决这个非凸问题，我们首先近似它使用半定松弛（SDR）方法和凹光滑函数。然后，我们提出了一个差分凸函数（DC）规划算法，以获得次优解，并显示三个光滑函数的连接。仿真结果验证了组播的优势，并显示了不同的缓存大小和缓存策略在云RAN中的效果。
2015-08-11 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Resource Allocation for Cache-Assisted Mobile Edge Computing
在本文中，我们共同考虑通信，缓存和计算在多用户缓存辅助移动边缘计算（MEC）系统，包括一个基站（BS）的缓存和计算能力和多个用户的计算密集型和延迟敏感的应用程序。我们提出了一个联合缓存和卸载机制，涉及任务上传和执行的任务与未缓存的计算结果，以及计算结果下载的所有任务在BS，并有效地利用多用户的多样性和组播的机会。然后，我们制定的平均总能量最小化问题的缓存和最后期限的限制，以最佳分配的存储资源在BS缓存计算结果以及上传和下载的持续时间。该问题是一个具有挑战性的混合离散-连续优化问题。我们证明了强对偶性，并使用对偶方法获得了最优解。为了降低计算复杂性，我们进一步提出了一个低复杂度的次优解。最后，数值结果表明，所提出的次优解优于现有的比较方案。
2017-08-16 cs.IT math.IT
Cache-Aided Interference Channels
在过去的十年中，大部分无线流量已经从语音转向内容。这种转变创造了将部分内容缓存在更接近最终用户的存储器中的机会，例如在基站中。大多数现有文献集中于由于高速缓存而减少回程和核心网络中的负载，即，关于高速缓存为源服务器和高速缓存之间的有线通信链路提供的益处。在本文中，我们感兴趣的是缓存可以提供的缓存和最终用户之间的无线通信链路的好处。为了量化这种无线链路的缓存的收益，我们考虑干扰信道中，每个发射机都配备了一个隔离的缓存存储器。通信分两个阶段进行，内容放置阶段之后是内容交付阶段。目标是设计放置和交付阶段，以最大限度地提高交付阶段的速率，以满足任何可能的用户需求。专注于三个用户的情况下，我们表明，通过仔细的联合设计，这些阶段，我们可以从缓存中获得三个不同的好处：一个负载均衡增益，干扰消除增益，和干扰对齐增益。在我们提出的方案中，负载均衡是通过一个特定的文件分割和放置，产生一个特定的模式的内容重叠在缓存。这种重叠允许实现干扰消除。此外，它允许我们创建几个虚拟发射机，每个发射机传输所请求内容的一部分，这增加了干扰对齐的可能性。
2017-06-10 cs.IT math.IT
Throughput Maximization of Network-Coded and Multi-Level Cache-Enabled Heterogeneous Network
支持多级缓存（MLCE）的网络的最大优势之一是将内容推到网络边缘附近，并在多个发射机处主动缓存它们（即，小型基站（SBS）、无人驾驶飞行器（UAV）和启用高速缓存的设备到设备（CE-D2 D）用户）。因此，减轻了核心网络与大量发射机之间的前传拥塞。为了这个目标，我们利用网络编码（NC）调度一组用户到同一个发射机。针对这一点，我们考虑吞吐量最大化问题，优化联合网络编码的用户调度和功率分配，受到前传容量，发射功率和NC约束。鉴于问题的棘手性，我们将其解耦为两个独立的子问题。在第一个子问题中，我们考虑了网络编码的用户调度问题，对于给定的功率分配，而在第二子问题中，我们使用NC产生的用户调度优化的功率水平。我们设计了一个创新的\textit{two-layered rate-aware NC (RA-IDNC)}图来解决第一个子问题，并使用迭代函数评估（IFE）的方法来评估第二子问题。仿真结果描绘的吞吐量增益所提出的方法在现有的解决方案。
2021-02-05 cs.IT math.IT
Content-Centric Sparse Multicast Beamforming for Cache-Enabled Cloud RAN
本文提出了一种以内容为中心的传输设计在云无线接入网络（云RAN），结合组播和缓存。请求相同内容的用户形成多播组，并且由相同的基站（BS）集群协作地服务。每个BS具有本地高速缓存，并且其经由回程链路从其本地高速缓存或从中央处理器（CP）获取所请求的内容。我们研究了动态内容为中心的BS集群和多播波束成形的信道条件和缓存状态。首先，我们制定了一个混合整数非线性规划问题的回程成本和发射功率的加权和最小化的服务质量约束下的每个组播组。理论分析表明，无论信道条件如何，缓存所请求内容的所有BS都可以被包括在该内容的BS簇中。然后，我们重新制定一个等效的稀疏多播波束形成（SBF）问题。采用光滑$\ell_0$ -范数逼近等技术，将SBF问题转化为凸规划差分问题，并采用凹凸过程算法进行有效求解。仿真结果表明，所提出的内容为中心的传输显着的优势。三个启发式缓存策略的效果也进行了评估。
2016-06-06 cs.IT math.IT
The 5G Cellular Backhaul Management Dilemma: To Cache or to Serve
随着将缓存能力引入到小小区网络（SCN）中，需要开发新的回程管理机制以防止由小基站（SBS）下载的要缓存的预测文件危害需要经由回程服务的紧急请求。此外，这些机制必须考虑回程的异质性，回程将涵盖各个频带的无线回程链路和有线回程组件。在本文中，异构回程管理问题制定为少数民族的游戏中，每个SBS必须定义的预测文件下载的数量，而不影响当前请求所需的传输速率。对于制定的游戏，它表明，一个唯一的公平适当的混合纳什均衡（PMNE）存在。提出了一种自组织强化学习算法，并证明了该算法收敛于一个唯一的Boltzmann-Gibbs平衡点，该平衡点逼近期望的PMNE。仿真结果表明，该方法的性能可以接近理想的最优算法，而它优于集中式贪婪的方法，在缓存的数据量，而不会危及当前请求的服务质量。
2017-05-03 cs.IT math.IT
Cache-Enabled Opportunistic Cooperative MIMO for Video Streaming in Wireless Systems
我们提出了一个高速缓存使能的机会合作MIMO（CoMP）框架的无线视频流。通过使用新颖的MDS编码的随机缓存方案在中继站（RS）处缓存视频文件的一部分，基站（BS）和RS机会性地采用CoMP来实现空间复用增益而无需昂贵的有效载荷回程。我们研究了两个时间尺度的联合优化的电源和缓存控制，以支持实时视频流。缓存控制是为了创造更多的CoMP机会，并适应视频文件的长期流行。功率控制是为了保证服务质量的要求，是自适应的信道状态信息（CSI），缓存状态在RS和队列状态信息（QSI）在用户。将联合问题分解为内部功率控制问题和外部缓存控制问题。我们首先从近似的Bellman方程推导出一个封闭形式的功率控制策略。在此基础上，将外问题转化为凸随机优化问题，并提出了一种随机次梯度算法来求解，最后证明了该算法在高信噪比和小时隙时是渐近最优的。通过仿真验证了其在各种基线上的优越性能。
2013-11-08 cs.IT cs.MM math.IT
Caching or No Caching in Dense HetNets?
在异构蜂窝网络（HetNet）中缓存更靠近用户设备（UE）的内容提高了用户感知的服务质量（QoS），同时降低了运营商回程使用/成本。尽管如此，在目前促进积极致密化的网络战略下，尚不清楚启用缓存的HetNet是否保持了声称的成本效益和潜在优势。这是由于1）高速缓存的集体成本，其可能不可避免地超过密集HetNet中的回程的昂贵成本，以及2）过度干扰，其影响信号接收而不管内容放置。我们分析了这些重要的，但被忽视的问题，表明虽然致密化减少了回程负载，提高了高速缓存启用密集网络的频谱效率，它同时降低了缓存命中概率，增加了网络成本。然后，我们引入了一个缓存效率指标，每单位花费成本的面积频谱效率，并发现它足以在smallcell基站的缓存中缓存仅约3%的内容库大小。此外，我们表明，范围扩展，这是已知的无线网络中的实质性价值，几乎是无能为力的，以遏制缓存效率低下。令人惊讶的是，与推荐从宏小区到小小区的业务卸载的传统智慧不同，在启用高速缓存的HetNet中，完全排除卸载或相反地做通常更有益。
2019-01-30 cs.IT math.IT
Cache-Enabled Millimetre-Wave Fluid Antenna Systems: Modeling and Performance
本文研究了配备流体天线系统的毫米波异构蜂窝网络的缓存性能，通过推导成功内容交付概率和延迟表达式，证明FAS能显著提升系统性能。
2024-03-25 cs.IT eess.SP math.IT
Layered Group Sparse Beamforming for Cache-Enabled Green Wireless Networks
移动数据流量的指数增长正在推动密集无线网络的部署，这不仅会带来沉重的回程负担，而且还会产生相当大的功耗。将缓存引入无线网络边缘是解决这些挑战的潜在且经济高效的解决方案。在本文中，我们将探讨的问题，最大限度地减少网络功耗的缓存使能的无线网络，包括基站（BS）和回程的功耗。我们的目标是开发有效的算法，统一自适应BS选择，回程内容分配和多播波束成形，同时考虑到用户的QoS要求和回程容量的限制。为了解决网络功率最小化问题的NP-困难性，我们首先提出了一个广义分层组稀疏波束形成（LGSBF）建模框架，这有助于揭示波束形成器中的分层稀疏结构。通过采用重新加权的$\left.\ell_{1}\right/\ell_{2}$ -范数技术，我们进一步开发了一个凸近似过程的LGSBF问题，其次是一个三阶段的迭代LGSBF框架，以诱导所需的稀疏结构的波束形成器。仿真结果验证了所提算法在降低网络功耗方面的有效性，并表明缓存在用户密度较高、回程链路功率效率较低的网络中发挥更大的作用。
2017-07-19 cs.IT math.IT
Analysis and Optimization of Cache-Enabled mmWave HetNets with Integrated Access and Backhaul
在接入与回程集成的毫米波异构网络（mABHetNets）中，回程链路占用了相当一部分频谱资源，限制了接入链路的性能。为了克服这种回程“频谱占用”，我们在mABHetNet中引入缓存。在小型基站（SBS）处缓存流行文件可以卸载回程业务并将频谱从回程链路转移到接入链路。为了实现缓存启用mABHetNets的最佳性能，我们首先分析的信号干扰噪声比（SINR）的分布，并推导出平均潜在吞吐量（APT）的表达式随机几何工具。然后，基于我们的分析工作，我们制定了一个联合优化问题的缓存决策和频谱划分，以最大限度地提高APT。受块坐标下降（BCD）方法的启发，我们提出了一种联合缓存决策，频谱划分和功率分配（JCSPA）算法来寻找最优解。仿真结果表明了该算法的收敛性和增强性。此外，我们在不同参数下验证了APT，发现缓存的引入有利于回程频谱到接入链路的转移。在SBS上联合部署适当的缓存容量和执行指定的频谱划分可以在mABHetNet中带来约90%的APT增益。
2022-01-04 cs.IT cs.NI math.IT
Dynamic Edge Caching with Popularity Drifting
在无线缓存站（WCS）等网络边缘设备处进行缓存是5G网络中的关键技术。内容流行度的时空多样性要求将不同的内容缓存在不同的WCS中，并定期更新以适应时间变化。在本文中，我们研究了流行漂移速度如何影响所需的广播传输的MBS的数量，然后设计编码传输方案，利用广播的优势下的索引编码框架。关键的想法是，已经缓存在WCS中的文件，虽然目前可能是不受欢迎的，可以作为边信息，以促进编码的广播传输的缓存更新。我们的算法扩展了现有的索引编码为基础的计划，从一个单一的请求的情况下，多个请求的情况下，通过“动态着色”的方法。仿真结果表明，采用我们的方案可以实现显着的带宽节省。
2018-09-12 cs.IT math.IT
Analysis and Optimization of Caching and Multicasting in Large-Scale Cache-Enabled Heterogeneous Wireless Networks
异构无线网络（HetNet）提供了一种强大的方法来满足急剧增长的移动流量，但也对回程提出了重大挑战。在宏基站和微微基站（BS）处的缓存和多播是支持大规模内容递送和减少HetNet中的回程负载的两种有前途的方法。在本文中，我们共同考虑在一个大规模的缓存启用HetNet回程约束的缓存和组播。我们提出了一种混合缓存设计，包括相同的缓存在宏层和随机缓存在微微层，和相应的组播设计。通过仔细处理不同类型的干扰器，并采用适当的近似，我们推导出易于处理的表达式，成功的传输概率在一般区域以及高信噪比（SNR）和用户密度区域，利用工具从随机几何。然后，我们考虑成功传输概率最大化通过优化设计参数，这是一个非常具有挑战性的混合离散-连续优化问题，由于成功传输概率的复杂结构。通过使用优化技术和探索的结构特性，我们得到了一个接近最优的解决方案，具有优越的性能和可管理的复杂性。在较弱的条件下，该解在一般区域内的性能优于任何渐近最优解。分析和优化的结果提供了有价值的设计见解，实际的缓存启用的HetNet。
2016-04-08 cs.IT math.IT
Cache-Enabled Physical Layer Security for Video Streaming in Backhaul-Limited Cellular Networks
在本文中，我们提出了一种新的无线缓存方案，以提高在有限的回程容量的蜂窝网络中的视频流的物理层安全性。通过经由高速缓存和回程加载两者跨基站（BS）的子集主动地共享视频数据，可以根据高速缓存状态、信道条件和回程容量来动态地启用若干BS的安全协作联合传输。假设发射端的信道状态信息（CSI）不完全，提出了一个两阶段的非凸混合整数鲁棒优化问题，在保证视频传输的服务质量（QoS）和通信保密性的同时最小化总发射功率，其中缓存和协作传输策略分别在离线视频缓存阶段和在线视频传输阶段进行优化.虽然制定的优化问题原来是NP难的，低复杂度的多项式时间算法，其解决方案在一定条件下是全局最优的，提出了缓存训练和视频传输控制。高速缓存被证明是有益的，因为它减少了施加在容量受限的回程链路上的数据共享开销，引入了额外的安全自由度，并且实现了功率高效的通信系统设计。仿真结果表明，该缓存方案同时实现了较低的秘密中断概率和较高的功率效率。此外，由于所提出的鲁棒优化，不完善的CSI知识所造成的性能损失，可以显着降低时，高速缓存容量变得很大。
2017-11-07 cs.IT math.IT
Cache-Enabled Physical-Layer Security for Video Streaming in Wireless Networks with Limited Backhaul
在本文中，我们调查的第一次无线网络的物理层安全（PLS）的无线缓存的好处。特别地，提出了一种用于具有受限回程容量的蜂窝视频流的实现功率高效PLS的高速缓存方案。通过经由高速缓存和回程加载两者跨基站（BS）的子集共享视频数据，根据高速缓存状态、信道条件和回程容量来动态地启用若干BS的安全协作传输。因此，高速缓存减少了容量受限的回程链路上的数据共享开销。更重要的是，缓存引入了额外的安全自由度，并实现了高能效设计。我们调查的最佳缓存和传输策略，以最大限度地减少总发射功率，同时提供服务质量（QoS），并保证视频传输过程中的保密性。提出了一个两阶段非凸混合整数优化问题，分别对离线视频缓存阶段的缓存策略和在线视频分发阶段的协作传输策略进行优化.由于该问题是NP-难的，针对低复杂度的缓存训练和分发控制分别提出了次优多项式时间算法。最优性的充分条件下，所提出的计划获得全局最优解，也提供了。仿真结果表明，所提出的方案具有较低的秘密中断概率和较高的功率效率。
2016-12-04 cs.IT math.IT
Joint Long-Term Cache Updating and Short-Term Content Delivery in Cloud-Based Small Cell Networks
移动数据需求的爆炸式增长可能会给基于云的小蜂窝网络（C-SCN）的前传链路带来沉重的流量负担，从而降低用户的服务质量（QoS）并需要大量功耗。提出了一种有效的最大距离可分离（MDS）编码缓存框架，用于支持缓存的C-SCN，旨在降低长期功耗的同时满足用户在短期传输中的QoS要求。为了实现这一目标，需要通过考虑用户的内容偏好、SBS协作和无线链路的特性来合理地更新小小区基站（SBS）中的缓存资源。具体来说，在不假设任何先验知识的内容流行度，我们制定了一个混合的时间尺度问题，共同优化缓存更新，多播波束形成器在前传和边缘链路，SBS集群。然而，这个问题是反因果的，因为最优的高速缓存更新策略取决于未来的内容请求和信道状态信息。为了解决这一问题，通过适当地利用历史观测，我们提出了一个两阶段的更新方案，使用Frobenius-Norm惩罚和不精确块坐标下降方法。此外，我们推导出一个基于学习的设计，它可以获得有效的准确性和计算复杂度之间的折衷。仿真结果验证了所提出的两阶段框架的有效性。
2020-01-24 cs.IT eess.SP math.IT
Cache-enabled HetNets With Millimeter Wave Small Cells
在本文中，我们考虑了一种新的高速缓存使能的异构网络（HetNet），其中宏基站（BS）与传统的子6 GHz的覆盖密集毫米波（毫米波）微微BS。这些两层BS，这是建模为两个独立的同质泊松点过程，缓存多媒体内容的流行程度排名。在宏BS和核心服务器之间利用高容量回程。与之前文章中分析的简化平顶天线方向图相比，我们在所有毫米波BS处采用具有均匀线性阵列的实际天线模型。为了评估我们系统的性能，我们引入了两种不同的用户关联策略：1）最大接收功率（Max-RP）方案;和2）最大速率（Max-Rate）方案。借助于这两种方案，我们推导出了新的成功概率和面积谱效率（ASE）的理论方程。考虑到一个特殊的情况下，实际的路径损耗法律，覆盖概率的几个封闭形式的表达式推导出获得一些见解。蒙特卡罗模拟验证了分析结论。我们证明：1）所提出的HetNet是干扰受限系统，并且其在成功概率方面优于传统的HetNet; 2）存在有助于最大ASE的最佳预定速率阈值;以及3）Max-Rate比Max-RP实现更高的成功概率和ASE，但是其需要干扰效应的额外信息。
2018-07-12 cs.IT math.IT
On Edge Caching in the Presence of Malicious Users
在本文中，我们调查的问题，最佳的缓存放置在异构网络中的恶意移动用户的存在，其中小小区基站配备缓存，以减少整体回程负载。特别地，恶意用户旨在最大化回程处的文件拥塞，即，以最大化平均回程速率。对于该对抗模型，我们推导出异构网络可实现的平均回程速率。此外，我们从博弈论的角度研究了系统性能，自然地考虑了宏小区基站和恶意用户之间的零和Stackelberg游戏。然后，我们彻底调查的系统性能存在的对手，我们分析的系统参数，如网络拓扑结构和小小区基站的能力，在Stackelberg均衡的边缘缓存的整体性能的影响。我们的研究结果突出了恶意用户对网络整体缓存性能的影响，并进一步表明了在小小区基站上放置具有对抗意识的内容的重要性。
2016-05-24 cs.IT cs.NI math.IT
