Spatially Scalable Lossy Coded Caching
我们应用编码缓存方案提出的Maddah-Ali和Niesen的多点多播视频范例。在无线设备上部分缓存视频文件提供了通过向用户发送多播编码消息来减少高峰时段的数据业务负载的机会。在本文中，我们提出了一个两跳无线网络的视频多播，其中共同编码的多播消息通过不同的单天线边缘节点（EN）发送到多个天线用户。每个用户可以决定使用迫零接收机解码任何EN。受可伸缩视频编码（SVC）的启发，我们考虑连续细化信源编码，以便在每个用户接收器处提供解码EN的数量与信源失真之间的“更软”权衡。由此产生的编码方案可以被看作是每个源编码层的Maddah-Ali和Niesen编码缓存以及多描述编码的级联。使用随机几何，我们调查之间的权衡交付时间和每个用户的平均源失真。所提出的系统是空间可扩展的，在这个意义上，对于给定的用户和EN的空间密度，所实现的失真传递时间性能是独立的覆盖区域（在大面积的限制）。
2021-06-12 cs.IT cs.NI cs.SY
Multi-Connectivity for Multicast Video Streaming in Cellular Networks (Extended Abstract)
本文探讨在蜂窝网络多播视频流中使用多连接（MC）以解决无缝连接问题，证明最优资源分配为NP难问题，并提出近似因子为$(1-1/e)$的贪婪近似算法，显著提升服务性能。
2023-05-24 cs.NI
Device-to-Device Communications Enabled Multicast Scheduling with the Multi-Level Codebook in mmWave Small Cells
随着移动数据的指数增长，在毫米波（mmWave）频带中部署小小区以增强传统的同构宏小区网络以及利用设备到设备（D2 D）通信以提高支持基于内容的移动应用的多播服务的效率的兴趣越来越大。为了补偿毫米波波段的高传播损耗，必须采用高增益的定向天线，而优化多播服务是提高网络性能的关键。在本文中，提出了一种高效的多播调度方案，用于在毫米波频带中的小小区，称为MD 2D，其中，利用紧密接近的D2 D通信和多级天线码本。具体地，提出了用户划分和多播路径规划算法，将多播组中的用户划分为子集，并为每个子集确定发送节点，以实现D2 D通信和多级天线码本的最佳利用。然后，多播调度算法调度每个子集的传输。此外，为了优化网络性能，用户划分阈值的最佳选择进行了分析。性能评估表明，MD 2D实现了最好的性能，在网络吞吐量和能源效率方面，与其他现有的计划。与次优方案相比，MD 2D使网络吞吐量提高了约27%.
2018-11-26 cs.NI
Exploiting the Unexploited of Coded Caching for Wireless Content Distribution: Detailed Theoretical Proofs
最近的研究表明，编码缓存技术可以促进无线内容分发，通过减轻无线业务速率在高峰流量时间，其中的内容被部分预取到本地缓存的移动设备在非高峰时间。剩余的内容，然后联合编码，并在多播中交付，当许多内容请求在高峰流量时间发起。请求的内容可以从本地预取和多播数据中恢复，请求者经历较少的干扰。然而，编码缓存方案的好处仍然估计不足，其中适当的缓存分布的潜在收益未被充分利用。在本文中，我们提出了一个理论模型，以最大限度地减少编码缓存所需的平均无线流量速率，优化的缓存分布与内容流行度分布考虑在内。为了提高计算效率，以确定适当的缓存分布，我们将目标函数从平均无线流量速率的平均大小的未预取的内容。我们从理论上证明了原始模型和松弛模型所得结果的阶最优性。仿真结果表明，该缓存分布可以进一步提高编码缓存的性能。
2014-07-05 cs.IT cs.NI math.IT
Device-to-Device Communications Enabled Energy Efficient Multicast Scheduling in mmWave Small Cells
为了跟上移动业务需求的快速增长，毫米波（mmWave）频带中的小型小区的密集部署已经成为下一代无线通信系统的有希望的候选。随着毫米波通信的巨大带宽极大地增加了数据率，应该减轻能量消耗以获得更高的能量效率。由于内容的流行性，许多基于内容的移动应用程序可以由多播服务支持。毫米波通信利用定向天线来克服高路径损耗，并且可以实现并发传输以获得更好的多播服务。另一方面，应当利用物理邻近的设备到设备（D2D）通信来提高多播性能。在本文中，我们提出了一种节能的多播调度方案，简称为EMS，它利用D2D通信和并发传输，以实现高能效。在EMS中，D2D路径规划算法建立多跳D2D传输路径，并且并发调度算法将D2D路径上的链路分配到不同的配对中。然后通过功率控制算法调整链路的发射功率。此外，我们从理论上分析了D2D通信和并发传输在降低能耗中的作用。在各种系统参数下的大量仿真表明，EMS在能耗方面的优越性能相比，国家的最先进的计划。此外，我们还研究了干扰阈值的选择，以优化网络性能。
2017-12-14 cs.NI
Reliable Multicasting for Device-to-Device Radio Underlaying Cellular Networks
本文提出了负责领导者（LiC），一种用于设备到设备（D2D）无线电底层蜂窝网络的可靠多播架构。邻近的多播请求用户设备（UE）形成D2D集群以通过协作接收多播分组。除了从eNB接收多播分组之外，UE共享它们在UE之间的短程链路（即D2D链路）上从多播接收的内容，以更有效的方式利用无线资源。因此，我们表明，利用蜂窝网络中的D2D链路通过模拟增加了多播会话的吞吐量。我们还讨论了LiC集成到当前蜂窝网络中所面临的一些实际问题。特别是，我们提出了有效的延迟控制机制，以减少平均和最大延迟所经历的LiC用户，这是进一步证实了仿真结果。
2012-03-04 cs.MM cs.NI
QoE-Aware Proactive Caching of Scalable Videos Over Small Cell Networks
移动视频流量的爆炸式增长对当前蜂窝网络提出了巨大的挑战。为了减轻回程链路上的压力并提高视频流服务的体验质量（QoE），引入具有缓存能力的小小区基站（SBS）来辅助内容交付。在本文中，我们提出了第一个研究的最佳缓存策略的可伸缩视频编码（SVC）流在小蜂窝网络中的信道多样性和视频可伸缩性的考虑。我们制定了一个整数规划问题，以最大限度地提高平均SVC QoE的约束下，在每个SBS的缓存大小。通过建立QoE和每个视频的缓存状态之间的联系，我们简化了SVC的主动缓存的多选择背包问题（MCKP），并提出了一个低复杂度的算法，使用动态规划。我们的主动缓存策略揭示了缓存分配到每个视频的基础上，他们的流行配置文件的结构属性。仿真结果表明，具有缓存能力的SBS可以显著提高SVC流媒体服务的平均QoE，与其他传统缓存策略相比，本文提出的缓存策略获得了显著的性能提升。
2016-04-26 cs.NI
Optimal Threshold Scheduler for Cellular Networks
传统的单播和多播无线接入系统只能实现多用户分集或广播增益，而不能同时实现这两种功能。为了实现最佳的系统吞吐量，我们需要一个调度器，同时利用多用户分集增益和多播增益。首先，我们提出了一个新的medianthreshold调度器，选择所有用户的瞬时信噪比高于中位数值的传输。提出的调度器的系统速率方程也来自。然后，我们优化的中值阈值，使其在整个SNR范围内表现良好，借助仿真结果，我们比较了性能的调度器，如单播，多播和其他多播调度器（OMS），这是最好的调度器在吞吐量方面，并表明，所提出的优化阈值方案优于所有他们。
2013-03-01 cs.NI
Yodel: A Layer 3.5 Name-Based Multicast Network Architecture For The Future Internet
本文提出Yodel，一种可在现有互联网基础设施上运行的基于名称的3.5层多域组播架构，以克服应用层方案复杂且偏离高效组播目标的问题。
2024-03-01 cs.NI
Energy Prioritized Caching for Cellular D2D Networks
多媒体内容传输对网络资源造成沉重负担，并在容量和能耗方面给无线系统带来了巨大负担。在这种情况下，设备到设备（D2D）范例具有通过利用具有较少能量成本的短距离传输来减轻网络负担的实用价值。为了实现适当的D2D联网，设备中的缓存是必不可少的。此外，缓存需要有效地运行，以实现网络范围的能源改善。为此，我们研究了蜂窝D2D网络中的多媒体缓存，并提出了一种能量优先的D2D缓存（EPDC）算法在这项工作中。我们还调查了系统设置中的最佳缓存策略。通过关注诸如D2D和基站传输的不同操作模式来研究设备容量和D2D传输范围对能耗的影响。仿真结果表明，EPDC算法比常用的最近最少使用（LRU）算法和基于内容的缓存算法PDC和SXO具有更高的能效。对于更大的D2D传输范围，这种改进变得更加明显。
2021-06-18 cs.NI
Content-Aware User Clustering and Caching in Wireless Small Cell Networks
本文研究了无线小小区网络中的内容感知用户分簇和内容缓存问题。特别是，制定了服务延迟最小化问题，旨在最佳缓存内容在小小区基站（SCBS）。为了解决优化问题，我们将其解耦为两个相互关联的子问题。首先，提出了一种聚类算法，将具有相似内容流行度的用户分组，以便在可能的情况下将相似用户关联到相同的SCBS。其次，提出了一种强化学习算法，使每个SCBS学习其用户组所请求的内容的流行度分布，并相应地优化其缓存策略。仿真结果表明，通过关联不同用户的不同流行模式，所提出的计划是能够最小化服务延迟的42%和27%，同时实现更高的卸载增益高达280%和90%，分别相比，随机缓存和非聚类学习计划。
2014-09-11 cs.NI
MobiCacher: Mobility-Aware Content Caching in Small-Cell Networks
已经提出了小小区网络以满足不断增长的移动数据业务的需求。小小区网络面临的突出挑战之一是缺乏足够的回程容量来将小小区基站（small-BS）连接到核心网络。我们利用有效的应用层语义的空间和时间的局部性，以减少回程流量。具体地，小型BS配备有存储设施以缓存用户所请求的内容。随着{ \em缓存命中率}的增加，大多数用户的请求可以在本地得到满足，而不会在回程上产生流量。为了做出明智的缓存决策，必须仔细考虑用户的移动性模式，因为用户可能频繁地从一个小小区迁移到另一个小小区。我们研究的问题，移动感知的内容缓存，这是制定成一个优化问题的目标，以最大限度地提高缓存效用。由于该问题是NP-完全的，我们提出了一个多项式时间的启发式求解方法，称为{ \em KCacher}，具有有界的逼近比。我们还进行了基于跟踪的模拟，以评估性能的{ \em缓存器}，这表明，{ \em缓存器}产生更好的缓存效用比现有的解决方案。
2014-07-04 cs.NI
Decentralized Collaborative Video Caching in 5G Small-Cell Base Station Cellular Networks
我们考虑了一组通过高容量短延迟回程链路相互连接并通过长延迟连接连接到远程服务器的5G小小区基站（SBS）的视频缓存问题。即使最小化整体视频传输延迟的问题是NP难的，我们提出的协作缓存算法（CCA）可以有效地计算出接近最优的解决方案，其中次优的程度取决于最坏情况下的视频缓存大小比。该算法自然适合于分布式实现，其需要SBS之间的零显式协调，并且以$O(N + K \log K)$时间运行，其中$N$是SBS（高速缓存）的数量，而$K$是视频的最大数量。我们将CCA扩展到在线设置，其中视频流行度不是先验已知的，而是通过SBS之间的有限数量的定期信息共享随着时间的推移进行估计。我们证明，我们的算法接近最佳的整体缓存解决方案的缓存大小的增加。此外，通过对真实视频访问轨迹进行模拟，我们表明，我们的算法有效地使用SBS缓存，以减少视频传输延迟和节省远程服务器的带宽，它优于其他两个参考缓存方法适应我们的系统设置。
2021-09-01 cs.NI
BIER-Star: Stateless Geographic Multicast for Scalable Satellite-Terrestrial Integration
University of Victoria（维多利亚大学）
BIER-Star是一种用于卫星-地面集成网络的无状态地理多播协议，通过H3格网方案优化多播效率，减少控制开销并提升动态拓扑适应性。
2025-12-11 cs.NI
Caching Scalable Videos in the Edge of Wireless Cellular Networks
通过将流行视频预取到边缘节点的本地缓存中，无线边缘缓存提供了减少重复内容交付的有效手段。为了满足多媒体用户的各种观看质量要求，可伸缩视频编码（SVC）与边缘缓存相结合，其中可伸缩视频的组成层被灵活地缓存并传输给用户。在这篇文章中，我们讨论了可伸缩视频的不同内容流行度和各种观看要求所带来的挑战，并提出了不同类型的缓存内容以及相应的传输方案。我们提供了现有的缓存方案的概述，并总结了缓存决策的标准。然后，提出了一个案例研究，其中的传输延迟被量化，并作为性能指标。仿真结果证实，承认最终用户的现实要求是能够显着降低内容传输延迟，相比现有的缓存方案，没有SVC操作。实验结果也验证了所提出的随机缓存方案的传输延迟低于只提供本地缓存增益的缓存方案。
2022-07-28 cs.NI
A Swiss Army Knife for Dynamic Caching in Small Cell Networks
我们考虑一个密集的蜂窝网络，其中一个有限大小的缓存是在每个基站（BS）。协调不同缓存之间的内容分配可以显著提高性能，但即使在有关网络和请求过程的完整信息可用时，这也是一个难题。在本文中，我们提出了qLRU- $Δ$，一个通用的动态缓存策略，可以定制，以优化不同的性能指标，也存在协调多点传输技术。该策略既不需要BS之间的直接通信，也不需要内容流行度的先验知识，并且在静态请求过程下，具有可证明的性能保证。
2021-04-23 cs.NI
Optimal Geographic Caching in Cellular Networks with Linear Content Coding
我们的状态和解决的问题，在蜂窝网络中，线性组合的内容存储在基站的缓存的内容的最佳地理缓存。我们考虑一个一般的内容流行度分布和一个一般的分布，覆盖在网络中的典型位置的站的数量。我们正在寻找一个政策的内容缓存最大限度地提高服务的覆盖站的缓存的典型内容请求的概率。该问题具有单调子模集函数极大化的特殊形式。利用动态规划，我们找到了一个确定性的策略来解决这个问题。我们还考虑两个自然的贪婪缓存政策。我们评估我们的政策，考虑两个流行的随机几何覆盖模型：布尔和信号干扰噪声比，假设Zipf流行分布。我们的数值结果表明，建议的确定性政策一般不差于文献中考虑的一些随机化政策，并可以进一步提高总命中概率在适度高的覆盖率制度。
2017-04-27 cs.NI
Cooperative Caching and Transmission Design in Cluster-Centric Small Cell Networks
小小区网络（SCN）中的无线内容缓存最近被认为是减少新兴异构蜂窝网络（HetNet）中的回程的业务和能量消耗的有效方式。在本文中，我们考虑了一个以集群为中心的SCN与合作的缓存和传输策略相结合的设计。小型基站（SBS）被分组为不相交的集群，其中集群内的缓存空间被用作一个实体。我们提出了一种组合缓存方案，其中保留一部分可用缓存空间用于缓存每个SBS中最受欢迎的内容，而剩余空间用于协作缓存不同SBS中不太受欢迎的内容的不同分区，作为增加本地内容的一种手段。内容多样性。根据所请求内容的可用性和放置，使用具有联合传输（JT）或并行传输（PT）的协作多点（CoMP）技术来向所服务的用户递送内容。使用泊松点过程（PPP）的SBS的位置分布和一个六边形网格模型的集群，我们提供了成功的内容交付的概率为位于集群中心的用户的传输方案的分析结果。我们的分析表明，传输分集和内容多样性在我们的组合缓存传输设计之间的固有权衡。我们还研究了两个目标函数的最优缓存空间分配：最大化的缓存服务性能和能源效率。仿真结果表明，该方案通过利用缓存级和信号级的合作，并适应网络环境和用户的QoS要求，实现了性能增益。
2016-01-03 cs.NI
Geocast into the Past: Towards a Privacy-Preserving Spatiotemporal Multicast for Cellular Networks
本文介绍了时空多播（STM）的新概念，这是一个问题，发送消息到移动设备已经驻留在一个特定的区域在过去的某个时间跨度。可以设想这种概念的各种应用，包括犯罪调查，疾病控制和社会应用。这些应用程序的一个重要方面是需要保护其用户的隐私。在这篇文章中，我们提出了一个广泛的应用程序和目标的STM服务完成的概述。此外，我们提出了第一个基于密码的时空多播（CSTM）方法，并提供了详细的讨论其隐私功能。最后，我们评估我们的计划在大规模的模拟设置的性能。
2013-01-28 cs.CR cs.NI
Optimal Caching and Routing in Hybrid Networks
混合网络由移动自组织网络节点和蜂窝基础设施组成，最近被提出来提高军事网络的性能。先前的工作已经证明了在有线互联网环境中网络内内容缓存的好处。我们调查的问题，发展最佳的路由和缓存策略，在混合网络中支持网络缓存的目标是最大限度地减少整体内容访问延迟。在这里，所需的内容可以始终通过蜂窝基础设施在后端服务器处访问;或者，内容也可以通过MANET内配备高速缓存的“集群”节点访问。为了访问内容，MANET节点因此必须决定是否路由到内MANET集群节点或后端服务器通过蜂窝基础设施;内MANET集群节点必须另外决定缓存哪些内容。我们将蜂窝路径建模为i）对移动不敏感的固定延迟路径或ii）对移动敏感的M/M/1队列路径。我们证明了在固定的、独立的请求的假设下，采用静态缓存（即，以保持高速缓存的内容随时间固定）。我们还表明，这是最佳的路由到在MANET缓存的内容缓存在那里，但路由请求剩余的内容通过蜂窝基础设施的业务不敏感的情况下，并在MANET缓存和蜂窝基础设施的业务敏感的情况下，拆分之间的流量。我们开发了一个简单的分布式算法的联合路由/缓存问题，并通过仿真证明其有效性。
2014-07-07 cs.NI
Energy- and Spectral- Efficiency Tradeoff for D2D-Multicasts in Underlay Cellular Networks
底层带内设备到设备（D2D）多播通信（其中相同内容经由组中的直接链路传播）具有提高蜂窝网络的频谱和能量效率的潜力。然而，大多数现有的解决这个问题的方法只解决频谱效率（SE）或能量效率（EE）。我们研究了在单个小区D2D集成蜂窝网络中SE和EE之间的权衡，其中多个D2D多播组（MG）可以与多个蜂窝用户（CU）共享上行链路信道。我们制定的EE最大化问题的约束SE和最大可用传输功率。提出了一种功率分配算法来解决这个问题，并通过大量的数值仿真证明了其有效性。SE和EE之间的权衡作为D2D MG的密度和MG的最大传输功率的函数被表征。
2017-12-12 cs.IT cs.NI math.IT
Energy-Efficient Proactive Caching with Multipath Routing
针对移动网络缓存与能效结合不足的问题，提出支持多路径路由的节能缓存方案，通过ILP建模与贪心模拟退火算法，在资源受限下能耗降低达80%。
2022-01-13 cs.NI
Improved Approximation of Storage-Rate Tradeoff for Caching with Multiple Demands
在网络边缘处的高速缓存已经成为一种可行的解决方案，用于通过以本地化内容存储和递送的形式利用网络负载平衡来缓解现代以内容为中心的无线网络中的严重容量紧缩。在这项工作中，我们考虑一个缓存辅助网络的缓存存储阶段是由一个中央服务器和用户可以要求在每个传输间隔多个文件的协助。为了服务于这些需求，我们考虑两种递送模型- $(1)$集中式内容递送，其中在每个传输间隔处的用户需求由中央服务器经由多播传输来服务;以及$(2)$设备到设备（D2 D）辅助分布式递送，其中用户彼此多播以便服务文件需求。对于这样的缓存辅助网络，我们提出了新的结果的基本缓存存储与传输速率的权衡。具体来说，我们开发了一种新的技术，用于表征信息理论的下限上的存储速率的权衡，并表明，新的下限严格严格比从文献中的割集界。此外，使用新的下限，我们建立了最佳的存储速率权衡内一个常数乘法间隙。我们发现，对于每个用户的多个需求，可实现的计划的基础上重复的计划，单一的需求是订单最优的两种交付模式。
2016-06-14 cs.IT cs.NI math.IT
Distributed Resource Allocation for D2D Multicast in Underlay Cellular Networks
针对底层蜂窝网络中 D2D 多播受同信道干扰且大规模集中优化困难的问题，提出一种低开销、高可扩展性的分布式资源分配方案，并通过仿真验证其吞吐量增益。
2023-09-25 cs.IT cs.NI math.IT
An Optimized Multi-Layer Resource Management in Mobile Edge Computing Networks: A Joint Computation Offloading and Caching Solution
如今，数据缓存正被用作移动边缘计算网络中的高速数据存储层，其以指数速率采用流控制方法。这项研究表明，如何发现最佳的回程网络的缓存能力，使用分布式卸载技术的架构。本文使用连续功率流分析来实现最佳负载约束，其中具有各种缓存容量的宏基站的功率由智能电网网络或可再生能源系统提供。这项工作提出了在小区边缘的用户之间的无处不在的连接性，并卸载宏小区，以便提供宏小区本身无法应对的特征，例如所需的用户数据速率和能量效率的极端变化。然后将卸载框架改造为神经加权框架，该框架考虑了Karush Kuhn Tucker优化限制下移动边缘计算的收敛性和Lyapunov不稳定性要求，以获得精确的解。在边界和中心点的细胞层的性能进行了分析。分析和仿真结果表明，该方法优于其他节能技术。此外，在文献中研究的其他解决方案相比，所提出的方法表明，两个小区边缘用户的吞吐量和每个集群的总吞吐量增加了两到三倍。
2022-11-11 cs.NI
Multiple D2D Multicasts in Underlay Cellular Networks
用于传播流行数据的多播是用于提高蜂窝网络的能量和频谱效率的有趣的解决方案。为了提高这种网络的可实现的性能，移动设备到设备（D2D）多播通信提供了一种实用的解决方案。然而，尽管有提供更高吞吐量和更低延迟的巨大潜力，但是实现D2D多播通信提出了若干挑战，诸如蜂窝用户（CU）和D2D多播组（MG）之间的相互干扰，以及用于提供信道状态信息的开销信令，这可能限制潜在的增益。我们研究多个D2D多播组可以共享CU的上行链路信道的场景。我们制定了一个优化问题，以最大化可实现的系统吞吐量，同时满足每个CU和D2D MG的服务质量（QoS）要求，受到其相应的最大发射功率约束。公式化的优化问题是混合整数非线性规划（MINLP）问题的一个实例，一般来说，这是计算上难以处理的。因此，为了找到一个可行的解决方案，我们提出了一个实用的两步过程的信道分配和功率分配。在第一步中，我们提出了一个信道分配算法，它确定的MG的子集，可以共享一个信道的标准的基础上两个不同的参数：干扰和中断概率。然后，我们提出了一种算法来分配功率到这些MG子集，最大化系统吞吐量，同时满足发射功率约束。数值结果表明，所提出的方法在更高的可实现的总吞吐量和更好的频谱效率方面的各种现有的计划的有效性。
2019-09-09 cs.IT cs.NI math.IT
Caching as a Service: Small-cell Caching Mechanism Design for Service Providers
无线网络虚拟化已经被公认为通过解耦系统的功能并实现基础设施和频谱即服务来提高无线网络的灵活性的方式。最近的研究表明，缓存提供了一个更好的性能，以满足移动用户的内容请求。在本文中，我们提出了移动网络中的\emph{caching can be applied as a service}，即，不同的服务提供商（SP）将它们的内容缓存在由移动网络运营商（MNO）拥有的无线设施的存储器中。具体而言，我们专注于\emph{small-cell networks}的场景，其中启用缓存的小小区基站（SBS）是缓存内容的设施。针对多个服务提供商之间的存储竞争问题，设计了一种基于多目标拍卖的存储竞争机制，该机制充分考虑了系统参数的时变性和内容替换的频繁性。仿真结果表明，我们的解决方案导致一个令人满意的结果。
2016-07-17 cs.GT cs.NI
Subpacketization-Rate Trade-off in Multi-Antenna Coded Caching
编码高速缓存可以通过将编码数据块多播波束成形到仔细选择的用户组并使用用户高速缓存中的现有文件片段来解码每个用户处的期望文件而应用于无线多天线通信中。然而，一个文件应该被分割成的数据包的数量（称为子包化）随着网络规模呈指数级增长。我们提供了一个新的方案，它使子分组化的水平，根据基本的网络参数，如天线和用户数之间的一组预定义的值自由选择。一个简单的效率指数也提出了在不同的子分组化水平的性能指标。数值例子表明，较大的子分组通常会导致更好的效率指数和更高的对称速率，而较小的子分组会导致可达速率的显着损失。这实现了更高效的缓存方案，适合于可用的计算和功率资源。
2019-05-10 cs.IT cs.NI math.IT
D2D Multicast in Underlay Cellular Networks with Exclusion Zones
底层设备到设备（D2D）多播通信具有改善蜂窝网络性能的潜力。然而，蜂窝用户（CU）和D2D多播组（MG）之间的同信道干扰限制了这种通信的增益。允许CU在其周围具有任何MG的接收器都不可能存在的排除区，是减少蜂窝传输对D2D多播接收的同信道干扰的现实且实用的方法。我们使用一个随机几何为基础的方法来模拟这种情况。具体地，我们分别用齐次泊松点过程（PPP）和泊松孔过程（PHP）对CU和D2D MG接收器的位置进行建模。我们制定了一个联合MG信道和功率分配问题的约束蜂窝和MG用户的最大传输和可接受的服务质量的网络总吞吐量最大化的问题。我们建立的MG信道分配问题具有计算复杂性，这是指数的MG的数量和可用的蜂窝信道的数量。然后，我们将此问题分解为两个子问题：子集选择问题和子集信道分配问题。基于观察和见解，从数值分析的最佳解决方案的子集选择问题在各种各样的情况下，我们提出了一个计算效率高的计划，实现几乎最佳性能的子集选择问题。我们还提供了一个计算效率高的算法，实现几乎最佳性能的子集信道分配问题。最后，结合这两种方案，我们提供了一种计算效率高且几乎是最优的方案来解决信道分配问题，以及关于最优系统性能相对于不同系统参数的变化的各种结果和见解
2019-05-06 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Resource Allocation in Multicast Device-to-Device Communications Underlaying LTE Networks
在本文中，我们提出了一种用于蜂窝网络下的多播设备到设备（D2D）通信的资源分配的框架。目标是最大化小区中的活动蜂窝用户（CU）和可行D2D组的总吞吐量，同时满足CU和D2D组两者的特定信号干扰噪声比（SINR）约束。我们将功率和信道分配的问题公式化为混合整数非线性规划（MINLP）问题，其中一个D2D组可以重用多个CU的信道，并且每个CU的信道可以由多个D2D组重用。与文献中现有的方法不同，我们的制定和解决方案的方法提供了一种有效和灵活的手段，利用蜂窝网络中的无线电资源，并与组播组共享它们，而不会造成有害的相互干扰。广义Bender分解（GBD）的一个变种被应用到最佳解决MINLP问题。一个贪心算法和低复杂度的启发式解决方案，然后设计。所有计划的性能进行了评估，通过广泛的模拟。数值结果表明，所提出的贪心算法可以获得接近最优的性能，而启发式算法虽然性能不如贪婪算法，但复杂度要低得多。
2015-03-12 cs.NI math.OC
Stochastic Content-Centric Multicast Scheduling for Cache-Enabled Heterogeneous Cellular Networks
在小型基站（SBS）处的高速缓存已经证明了在减轻异构蜂窝网络（HetNet）中的回程需求方面的显著益处。虽然许多现有的作品集中在什么内容缓存在每个SBS，一个同样重要的问题是什么内容提供，以满足动态用户的需求给定的缓存状态。在本文中，我们研究了最佳的内容交付缓存启用HetNets考虑到无线介质的固有组播能力。我们考虑随机内容多播调度，共同最小化平均网络延迟和功率成本下的多址接入约束。我们建立了一个以内容为中心的请求队列模型，并将此随机优化问题表示为一个无限时域平均成本马尔可夫决策过程（MDP）。利用\emph{relative value iteration}和请求队列动力学的特殊性质，我们刻画了MDP的价值函数的一些性质。基于这些性质，我们证明了最优多播调度策略是阈值型的。然后，我们提出了一个结构感知的优化算法，以获得最优的政策。我们还提出了一个低复杂度的次优策略，它具有类似的结构属性的最优策略，并开发了一个低复杂度的算法来获得这个政策。
2016-06-17 cs.IT cs.NI math.IT
Effect of Retransmissions on Optimal Caching in Cache-enabled Small Cell Networks
在小型小区的存储中缓存流行内容被认为是一种有效的技术，以补充超密集异构蜂窝网络中小型小区的有限回程。小型小区的有限存储容量使得确定要放置在每个小型小区上的最佳文件集（高速缓存）变得重要。与以前的作品最佳缓存，在这项工作中，我们研究了静态和移动用户场景的最佳缓存放置策略的重传效果。随着被建模为Zipf分布和最大n次传输的文件的流行，即，n-1次重传，允许接收每个文件，我们确定最大化命中概率的文件的最佳缓存概率。我们的封闭形式的最优解具体表明，最佳缓存概率是非常敏感的重传次数。
2017-03-23 cs.IT cs.NI math.IT
Many-to-Many Matching Games for Proactive Social-Caching in Wireless Small Cell Networks
在本文中，我们从博弈论的角度来解决小小区网络中的缓存问题。特别是，我们制定的缓存问题作为一个多对多的匹配游戏之间的小型基站和服务提供商的服务器。服务器存储一组视频，并旨在将这些视频缓存在小型基站处，以减少最终用户所经历的延迟。另一方面，小型基站根据视频在本地的流行度来缓存视频，以减少回程链路上的负载。我们提出了一个新的匹配算法的多对多的问题，并证明它达到了成对稳定的结果。仿真结果表明，在所提出的缓存算法的小基站的满意请求的数量可以达到三倍的随机缓存策略的满意度。此外，所有视频的预期下载时间可以显著减少。
2014-05-21 cs.GT cs.NI
Adaptive Coded Caching for Fair Delivery over Fading Channels
现有的编码缓存方案的性能是敏感的最差的信道质量，这是一个问题，在衰落信道通信时加剧。在本文中，我们解决这个限制，在以下方式：在短期内，我们允许传输到具有良好的信道质量的用户子集，避免用户衰落，而在长期内，我们确保用户之间的公平性。我们的在线方案结合了（i）经典的分散编码缓存方案\cite{maddah2013decentralized}与（ii）联合调度和功率控制的衰落广播信道，以及（iii）拥塞控制，以确保最佳的长期平均性能。我们证明了我们的在线交付计划最大化的阿尔法公平效用之间的所有计划限制到分散的位置。通过调整α的值，所提出的方案可以实现不同的操作点上的平均输送率区域和调整性能，根据运营商的选择。我们证明，通过模拟，我们的计划优于两个基线计划：（a）标准编码缓存与多播传输，最差的信道用户还利用全球缓存增益的限制;（b）机会主义调度与单播传输利用衰落多样性，但仅限于本地缓存增益。
2020-02-10 cs.IT cs.NI math.IT
Modeling, Analysis, and Optimization of Caching in Multi-Antenna Small-Cell Networks
在传统的高速缓存使能的小小区网络（SCN）中，由于内容中心基站关联，用户可能遭受强干扰。这可能会降低多个小型基站（SBS）之间的协作内容缓存（包括概率缓存和编码缓存）的优势。在这项工作中，我们通过在每个SBS部署多个天线进行干扰管理来解决这个问题。考虑两种类型的波束成形。一个是匹配滤波器（MF），以加强有效的信道增益的期望信号，另一个是迫零（ZF），以消除在选定的SBS合作组内的干扰。我们将这两种波束形成技术应用于概率缓存和编码缓存，并使用随机几何进行性能分析。我们得到精确的和近似的紧凑的积分表达式的系统性能测量的平均分数卸载流量（AFOT）和平均遍历频谱效率（AESE）。基于这些表达式，我们然后优化AFOT或AESE最大化的缓存参数。对于概率缓存，最佳的缓存解决方案。对于编码缓存，提出了一种有效的基于贪婪的算法。数值结果表明，多天线可以提高概率缓存和编码缓存的优势，传统的最流行的缓存与波束形成的适当使用。
2019-08-19 cs.IT cs.NI math.IT
Wireless Device-to-Device Caching Networks: Basic Principles and System Performance
由于无线视频传输是数据流量增长最快的形式，因此频谱高效的视频点播无线流传输方法对服务提供商和用户都至关重要。视频点播的一个关键属性是异步内容重用，使得少数主导视频占流量的很大一部分，但用户在不同时间观看。结合D2 D通信在设备上缓存内容允许利用该属性，并且提供显著超过从基站单播的常规方法和用于常规数据业务的传统D2 D网络两者的网络吞吐量。本文以半教程的简明形式介绍了一些最新的结果与高速缓存和异步内容重用的无线网络的吞吐量缩放定律，对比D2 D方法与竞争的方法的基础上组合的高速缓存设计和网络编码传输从基站（BS），称为编码组播。有趣的是，前者的空间重用增益和后者的编码多播增益在某种程度上令人惊讶地产生了相同的接近最优的吞吐量行为，在相关的制度中，库中的视频文件的数量小于流媒体用户的数量。基于我们最近的理论结果，我们提出了一个整体的D2 D系统设计，它结合了传统的微波（2 GHz）以及毫米波D2 D链路;到基站的直接连接可以用来提供那些在本地缓存中找不到的罕见视频请求。我们提供了广泛的模拟各种系统设置下，并比较我们的计划与其他现有的计划由BS。我们表明，尽管类似的行为的缩放定律，所提出的D2 D方法提供了非常显着的吞吐量增益相对于BS的唯一的计划。
2014-04-24 cs.IT cs.MM cs.NI
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
Beamforming in Wireless Coded-Caching Systems
Ericsson AB（爱立信公司）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Ericsson Research（爱立信研究院）
本文研究集成波束赋形与编码缓存的无线传输网络架构，提出基于遗传算法的波束优化方案，有效提升多播机会、抑制干扰并显著降低峰值回程流量。
2023-09-11 cs.IT cs.LG cs.NI
Optimal Dynamic Multicast Scheduling for Cache-Enabled Content-Centric Wireless Networks
在基站处的高速缓存和多播是支持通过无线网络的大规模内容递送的两种有前途的方法。然而，现有的调度设计没有充分利用这两种方法的优点。在本文中，我们认为最佳的动态多播调度，共同最大限度地减少平均延迟，功率和获取成本的缓存启用内容为中心的无线网络。我们制定这个随机优化问题作为一个无限的地平线平均成本马尔可夫决策过程（MDP）。众所周知，由于维数灾难，这是一个困难的问题，并且通常只存在数值解。利用相对值迭代算法和请求队列动力学的特殊结构，分析了均匀信道和非均匀信道下MDP的价值函数和状态-动作代价函数的性质.基于这些性质，我们证明了最优策略，这是自适应的请求队列状态，有一个开关结构的情况下，在均匀和部分开关结构的情况下，在非均匀的。此外，在两个内容的一致的情况下，我们证明了开关曲线是单调非递减的。然后，利用这些结构的最优策略的属性，我们提出了两个低复杂度的最优算法。受最优策略的开关结构的启发，为了进一步降低复杂度，我们还提出了一种低复杂度的次优策略，它具有与最优策略相似的结构特性，并开发了一种低复杂度的算法来计算该策略。
2016-02-24 cs.IT cs.NI math.IT
Physical-Layer Schemes for Wireless Coded Caching
我们调查的潜力，在无线网络中应用编码缓存范式。为了做到这一点，我们调查的物理层计划从多天线发射机的下行链路传输到几个缓存启用用户。作为基线方案，我们考虑采用编码缓存的最大-最小公平多播，这是远远不是最佳的高信噪比值。我们提出的第一个方案，这是接近最佳的自由度，是多服务器编码缓存高斯信道的自然扩展。正如我们所证明的，其有限的SNR性能是不令人满意的，因此，我们提出了一种新的方案，其中的消息的线性组合是在有限域域中实现的，和单次预编码的MISO下行链路是在复数域中实现的。虽然这种修改导致相同的接近最佳的自由度性能，我们表明，这导致显着的性能改善在有限的SNR。最后，我们将我们的计划扩展到以前考虑的高速缓存启用干扰信道，而且，我们提供了遍历速率分析我们的计划。我们的研究结果传达了一个重要的信息，即虽然直接将网络编码思想转化为无线网络的方案可能在高SNR值下工作良好，但需要考虑仔细修改以获得可接受的有限SNR性能。
2018-01-29 cs.IT cs.NI math.IT
Hybrid Coded-Uncoded Caching in Multi-Access Networks with Non-uniform Demands
本文针对超密集蜂窝网络中非均匀内容流行度和用户可接入不同数量缓存的场景，提出多接入混合编码-未编码缓存（MAHC）方案，并通过优化与仿真证明其优于传统未编码和现有多接入编码缓存方案。
2024-01-14 cs.IT cs.NI math.IT
On Optimization of Network-coded Scalable Multimedia Service Multicasting
在不久的将来，在下一代网络上提供多媒体组播服务很可能成为未来蜂窝网络的主要支柱之一。在这个扩展的摘要中，我们通过定义一种新的优化范式来解决高效组播分层视频服务的问题，该范式基于随机线性网络编码的不平等错误保护实现，旨在通过使用有限的无线电资源来确保目标服务覆盖。
2015-01-31 cs.IT cs.MM cs.NI
Artificial Intelligence Assisted Collaborative Edge Caching in Small Cell Networks
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Old Dominion University（欧道明大学）；Utah State University（犹他州立大学）
边缘缓存是一种新的模式，在过去的几年中已经被利用来减少核心网络的负载并提高内容交付性能。许多现有的缓存解决方案只考虑同质缓存放置由于异构缓存模型相关联的巨大的复杂性。与这些传统的建模范式，本文认为异构缓存模型在边缘节点的用户的异构内容偏好。此外，在两层异构网络中，为了最大化缓存命中率，我们让边缘节点合作。然而，由于复杂的组合决策变量，制定的问题是很难解决的多项式时间。此外，甚至没有现成的工具或软件来解决这个问题。我们提出了一种改进的粒子群优化算法（M-PSO），有效地解决了复杂的约束问题在合理的时间。通过数值分析和仿真，我们验证了该算法与现有的基准缓存方案相比，显著提高了缓存性能。
2020-09-16 cs.AI cs.NI cs.SY
Joint Caching, Routing, and Channel Assignment for Collaborative Small-Cell Cellular Networks
我们认为联合缓存，路由和信道分配的视频传输在未来互联网的协调小细胞蜂窝系统。我们制定的问题，最大限度地提高系统的吞吐量作为一个线性规划的变量的数量是非常大的。为了解决信道干扰，我们的配方结合了冲突图，当无线链路相互干扰，由于同时传输。我们利用列生成的方法来解决这个问题，将其分解成一个限制主子问题，涉及一个选择子集的变量和一个集合的定价子问题，选择新的变量引入到限制主子问题，如果这导致一个更好的目标函数值。为了进一步控制列生成优化的复杂性，由于从冲突图中产生的独立集的指数数量，我们引入了一种近似算法，该算法以低得多的复杂性计算$ε$内的最优解。我们的框架展示了相当大的收益，在平均传输速率的视频数据可以交付给用户，在国家的最先进的Femtocaching系统，高达46%。系统性能的这些操作增益映射到视频应用质量的类似增益，从而显著增强了用户体验。
2016-05-30 cs.IT cs.NI math.IT
Optimized Caching and Spectrum Partitioning for D2D enabled Cellular Systems with Clustered Devices
在移动设备处缓存和利用设备到设备（D2D）通信是支持通过无线网络的大规模内容递送的两种有前景的方法。高速缓存使能的无线网络的分析通常通过假设设备均匀分布来进行，然而，在社交网络中，移动设备本质上被分组为不相交的集群。在这方面，本文提出了一个时空的数学模型，跟踪服务请求的到来，并考虑到集群设备的几何形状。假设两种设备，具体地，内容客户端和内容提供方。假设内容提供方具有剩余存储器，该剩余存储器被利用来遵循随机概率缓存方案主动缓存来自已知库的内容。内容客户端可以从其附近（集群）的最近内容提供方或者作为最后手段的基站（BS）检索所请求的内容。开发的时空模型被用来制定一个联合优化问题的内容缓存和频谱划分，以最大限度地减少平均服务延迟。由于优化问题的高复杂性，缓存和频谱划分问题是解耦的，并使用块坐标下降（BCD）优化技术迭代求解。为此，带宽划分和概率缓存子问题，分别获得了最优和次优的解决方案。数值结果突出了所提出的计划优于传统的缓存计划下平等和优化的带宽分配。特别是，它示出的平均服务延迟减少了近100%和350%，相比，Zipf和均匀的缓存计划下，相等的带宽分配，分别。
2020-03-24 cs.IT cs.NI math.IT
