Coded Caching with Heterogenous Cache Sizes
我们研究异构缓存大小下的编码缓存方案。
2015-08-29 cs.IT cs.NI math.IT
Coded Caching Schemes for Two-dimensional Caching-aided Ultra-Dense Networks
编码缓存技术是降低网络传输负载的一种有效方法，近年来在异构网络环境下得到了广泛的研究。在本文中，我们考虑一个新的广泛的缓存系统称为$(K_1,K_2,U,r,M,N)$二维的【形】（2D）缓存辅助超密集网络（UDN）的服务器包含$N$文件，$K_1K_2$缓存节点整齐地排列在网格上的$K_1$行和$K_2$列，和$U$缓存无用户随机分布在缓存节点。每个缓存节点最多可以缓存$M\leq N$文件，并且通过欧氏距离具有一定的服务区域。服务器通过一个无错误的共享链接连接到用户，缓存节点服务区域内的用户可以自由地检索该缓存节点的所有缓存内容。我们的目标是设计一个编码缓存方案的二维缓存辅助UDN系统，以减少在最坏情况下的传输负载，同时满足所有可能的用户的需求。首先，我们根据地理位置将所有可能的用户分为四类。然后基于Maddah-Ali和Niesen格式提出了一阶最优格式。此外，通过对基于最大距离可分码（MDS）的第一种方案的发送信号进行压缩，得到了一种改进的阶数最优方案，该方案具有较小的传输负载。
2022-12-27 cs.IT math.IT
Shared Cache Coded Caching Schemes with known User-to-Cache Association Profile using Placement Delivery Arrays
这项工作认为，编码的缓存问题与共享缓存，用户共享的缓存，每个用户只能访问一个缓存。在放置阶段，假设用户到缓存的关联在服务器上是已知的。我们专注于使用布局交付阵列（PDA）的计划。PDA最初设计用于解决专用缓存设置中编码缓存的子分组化瓶颈。我们观察到，在本文的设置中，排列PDA的列会导致针对同一问题具有不同性能的方案，但子分组化级别保持不变。这与专用高速缓存网络所观察到的情况相反。我们提出了一个程序来确定列的顺序，给出了最好的性能可能为PDA用于给定的问题。此外，一些特定类别的PDA被选择和性能增益实现的列的PDA重新排序示出。
2022-01-27 cs.IT math.IT
Centralized Caching with Unequal Cache Sizes
我们解决一个集中式缓存的问题，不平等的缓存大小。我们考虑一个系统的文件服务器连接通过一个共享的无错误的链接到一组缓存启用的用户，其中一个子组有一个更大的缓存大小比其他。我们提出了一个明确的缓存计划，旨在最大限度地减少负载的最坏情况下的需求，在共享链路的考虑系统。正如数值评估所建议的那样，我们的方案通过具有较低的最坏情况负载来改进现有的最佳显式方案;此外，我们的方案在1.11的乘法因子内执行，该乘法因子可以通过解决参数数量随用户数量呈指数增长的优化问题来获得。
2018-05-15 cs.IT math.IT
Optimal Caching and Scheduling for Cache-enabled D2D Communications
为了最大化启用高速缓存的设备到设备（D2D）通信的卸载增益，应当联合设计内容放置和递送。在这封信中，我们联合优化缓存和调度策略，以最大限度地提高成功卸载概率，定义为用户可以在本地缓存中或通过D2D链路以大于给定阈值的数据率获得所需文件的概率。我们得到的随机调度策略，可以控制干扰的分布式方式，和一个低复杂度的解决方案来计算缓存分布的最佳调度因子。我们表明，卸载增益可以显着提高联合优化。
2017-01-17 cs.IT math.IT
Optimal Cache Placement for Modified Coded Caching with Arbitrary Cache Size
我们认为内容缓存服务提供商和多个缓存启用用户之间，使用最近提出的修改编码缓存方案（MCCS），提供了一个改进的交付策略，随机用户请求。我们开发的MCCS与任意缓存大小的最佳缓存放置解决方案，制定的缓存放置作为一个优化问题，以尽量减少随机用户请求下的交付阶段的平均速率。通过转化，我们证明了该问题是一个线性规划问题。通过探索缓存约束的性质，我们得到了最优的缓存放置解决方案的封闭形式。我们验证，现有的高速缓存放置方案在特定的高速缓存大小是我们的解决方案的一个特例。数值研究表明，如何缓存增益变化的用户人口的增加，作为一个结果，不同的缓存放置模式。
2019-05-17 cs.DC cs.IT math.IT
Coded Caching with Heterogeneous Cache Sizes and Link Qualities: The Two-User Case
集中式编码缓存问题研究了两个用户的情况下，考虑异构缓存容量的用户和私人通道从服务器到用户，除了一个共享的通道。最佳的缓存和交付策略，最大限度地减少了最坏情况下的交付延迟的任意数量的文件。相反的证明遵循文件索引对称缓存和交付代码的充分性，而可扩展性是通过一些特殊的内存容量对之间的内存共享。最佳方案是利用私人链路的能力，通过发送相应的用户的请求在一个未编码的方式。当没有私有链接时，这里给出的结果改进了文献中的两个已知结果，即i）相等的缓存容量和任意数量的文件;和ii）不等的缓存容量和$N=2$文件。结果，然后扩展到异构失真要求的缓存问题。
2019-01-04 cs.IT math.IT
Full Coded Caching Gains for Cache-less Users
在编码缓存的上下文中，工作揭示了具有多个发送器和具有异质性的接收器的缓存大小之间的有趣的连接。我们的工作有效地表明，具有多个发射天线-同时提供完整的复用增益-也可以同时完全消除通常与缓存大小不均匀相关的性能损失。专注于多输入单输出广播信道，工作首先确定的性能极限的极端情况下，高速缓存辅助用户与用户没有高速缓存重合，然后扩展分析的情况下，两个用户组的高速缓存辅助，但异构的高速缓存大小。在第一种情况下，主要的贡献是一个新的算法，采用完美匹配的二分图提供充分的多路复用以及充分的编码缓存增益缓存辅助以及缓存少的用户。一个有趣的结论是，从具有标准化高速缓存大小$γ$的单流集中式编码高速缓存设置开始，然后添加$L$天线允许添加{多达}大约$L/γ$额外的无高速缓存用户，而不增加延迟成本。同样令人惊讶的发现是，{开始}具有单天线混合系统（具有无高速缓存用户和高速缓存辅助用户），然后向发射机添加{ $L-1$ }天线，以及赋予无高速缓存用户累积的归一化高速缓存大小$Γ_2$，将自由度增加了高达$Γ_{2}+L$的\emph{multiplicative}因子。
2020-07-28 cs.IT math.IT
Multiaccess Coded Caching with Private Demands
最近Hachem等人提出了一种多路访问编码缓存模型，该模型由一个通过无差错共享链路连接到$K$用户的中央服务器和$K$缓存节点组成。每个缓存节点配备有本地缓存，并且每个用户可以以循环环绕方式访问$L$相邻缓存节点。在本文中，我们考虑了用户需求的隐私性，即，每个用户只能得到自己需要的文件，而不能得到其他用户的任何需求信息。通过在缓存节点上存储一些私钥，我们提出了一种新的转换方法，将非私有多路访问编码缓存方案转换为私有多路访问编码缓存方案。
2021-06-30 cs.IT math.IT
An Optimal Linear Error Correcting Delivery Scheme for Coded Caching with Shared Caches
经典的编码缓存设置有利于每个用户有一个专用的缓存。这被推广到更一般的共享缓存方案，并且在[E. Parrinello，A. Unsal，P. Elia，“Fundamental Limits of Caching in Heterogeneous Networks with Uncoded Prefetching，”available on arXiv：1811.06247 [cs.IT]，Nov. 2018].针对这种情况，提出了一种最优的线性纠错传输方案，并建立了相应的峰值速率表达式。此外，提出了一种新的交付计划，它给出了一个改进的速率的情况下，需求是不明确的。
2019-01-08 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
Coded Caching with Private Demands and Caches
本文研究同时保护用户需求与缓存隐私的编码缓存，提出利用双服务器 PIR 构造私有方案，并反向由 MAN 方案构造阶最优 PIR，还给出放松缓存隐私时的负载阶增益方案。
2023-11-02 cs.IT math.IT
Probabilistic Caching in Wireless D2D Networks: Cache Hit Optimal vs. Throughput Optimal
从传统的缓存命中优化在启用缓存的无线网络，我们认为一种替代的优化方法的概率缓存放置在随机无线D2D缓存网络考虑到D2D传输的可靠性。使用随机几何的工具，我们提供了一个封闭形式的近似缓存辅助吞吐量，它衡量的密度成功地服务于本地设备缓存的请求，我们得到了最佳的缓存概率与数值优化。与缓存命中最优的情况相比，通过缓存辅助吞吐量优化获得的最优缓存概率在成功服务的用户请求的密度方面显示出显着的增益，特别是在密集的用户环境中。
2016-11-09 cs.IT cs.NI math.IT
Coded Caching with Shared Caches and Private Caches
研究用户同时配备私有和共享缓存的编码缓存问题，在非编码放置下设计了集中式方案，并证明其中部分方案在特定存储区间内最优。
2024-03-24 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
Fundamental Limits of Coded Caching: Improved Delivery Rate-Cache Capacity Trade-off
一个集中式编码缓存系统，包括一个服务器提供N个流行的文件，每个大小F位，K个用户通过一个无错误的共享链接，被认为是。假设每个用户都配备有具有容量MF位的本地高速缓存存储器，并且内容可以在低流量时段内主动地高速缓存到这些高速缓存中;然而，无需了解用户需求。在流量高峰期，每个用户从服务器请求单个文件。目标是在所有用户需求组合中，最小化服务器在共享链路上传输的比特数（称为传输速率）。提出了一种新的缓存容量为M=（N-1）/K的编码缓存方案。当K > N >= 3时，该方案比文献中已有的编码缓存方案具有更小的传输速率。此外，我们认为，所提出的方案的交付率是在一个常数乘法因子2的最佳交付率的缓存容量1/K <= M <=（N-1）/K，当K > N >= 3。
2016-12-13 cs.IT math.IT
A Novel Transformation Approach of Shared-link Coded Caching Schemes for Multiaccess Networks
本文考虑Hachem等人提出的多址编码缓存系统，包括：中央服务器，其包含通过无差错共享链路连接到$K$无高速缓存用户的$N$文件;以及$K$高速缓存节点，每个高速缓存节点配备有$M$文件的高速缓存存储器大小。每个用户都可以访问具有循环环绕拓扑的$L$相邻高速缓存节点。Hachem等人提出的编码缓存方案存在$L$不划分$K$的情况，其中所需的传输次数（也称为load）至多是$L$整除$K$的情况下的load表达式的四倍。我们的主要贡献是提出了一种新的{ \it transformation}的方法，巧妙地扩展计划满足一些条件，众所周知的共享链接缓存系统的多路访问缓存系统。这样，我们就可以得到许多不同的子分组的多址编码缓存系统的编码缓存方案。这些得到的方案具有最大的本地高速缓存增益（即，存储在任何$L$相邻高速缓存节点处的高速缓存内容是不同的，使得每个用户从所连接的高速缓存节点检索分组的数量是最大的）和与原始方案相同的编码高速缓存增益。将变换方法应用于Maddah-Ali和Niesen提出的著名的共享链接编码缓存方案，我们得到了一个新的多路访问编码缓存方案，该方案实现了与Hachem等人的方案相同的负载。但是对于任何系统参数。在这种新的多路访问编码缓存方案中使用的缓存放置的约束下，当$K$足够大时，我们的交付策略是近似最优的。最后，我们还表明，所提出的方案的传输负载可以进一步减少压缩的…
2021-06-05 cs.IT math.IT
Edge Caching for Cache Intensity under Probabilistic Delay Constraint
为了减少数据传送的延迟，技术之一是在基站（BS）处缓存流行内容，即边缘缓存。然而，在边缘处缓存的技术只能减少回程延迟，还需要考虑诸如BS致密化的其他技术来减少前传延迟。在这项工作中，我们研究了在一个典型的用户（UE）的延迟约束下BS致密化和缓存大小之间的权衡。为此，我们使用基于随机几何分析获得的下行链路SINR覆盖概率和吞吐量。在概率时延约束下，将基站和缓存的网络部署归结为基站强度与缓存大小的乘积（即\tit{cache intensity} '的乘积）的最小化问题.我们检查的情况下，当（i）BS强度或高速缓存大小保持固定，和（ii）当BS强度和高速缓存大小都不同。当BS强度和缓存大小都是可变的情况下，该问题成为非凸的，我们转化为一个几何规划，我们解决它的解析。
2018-08-28 cs.IT math.IT
Decentralized Coded Caching with Distinct Cache Capacities
分散式编码缓存研究的内容服务器与$N$文件，每个大小$F$位，服务于$K$活跃用户，每个配备有不同容量的缓存。假设用户的缓存在非高峰流量期间被提前填充，而不知道活跃用户的数量、他们的身份或特定需求。用户需求在流量高峰期显示，并通过无错误的共享链路同时提供服务。一个新的分散编码缓存方案提出了这种情况下，它被证明是改善后的国家的最先进的共享链路上所需的传输速率，当有更多的用户在系统中的文件的数量。数值结果表明，改善变得更加显着的用户的缓存容量变得更加偏斜。
2016-10-12 cs.IT math.IT
Fundamental Structure of Optimal Cache Placement for Coded Caching with Nonuniform Demands
研究了多个缓存启用用户随机请求的缓存系统。在非统一的文件流行度下，我们彻底描述了编码缓存方案（CCS）的最佳未编码缓存放置结构。制定的缓存放置作为一个优化问题，以最大限度地减少平均交付率，我们确定的文件组结构的最佳解决方案。我们表明，无论文件的流行度分布，有\emph{at most three file groups}在最佳的缓存位置{，其中一个组内的文件具有相同的缓存位置}。我们进一步刻画了最优缓存位置的完整结构，并在三个文件组结构中获得了封闭形式的解决方案。一个简单的算法，以获得最终的最佳缓存放置通过比较一组候选人的封闭形式的解决方案并行计算。我们提供了对由最佳缓存放置形成的文件组的深入了解。最优放置解决方案还表明，与现有的次优文件分组方案相比，可以在交付期间探索文件组之间的编码。使用文件组结构的CCS的最佳缓存位置，我们提出了一个新的信息理论的逆界编码缓存，比现有的最好的。此外，我们的特点是在CCS中的文件子打包的最佳缓存位置的解决方案，并表明，在最坏的情况下规模为$\mathcal{O}(2^K/\sqrt{K})$为$K$用户的最大子打包级别。
2022-02-04 cs.IT math.IT
Cache-Aided Modulation for Heterogeneous Coded Caching over a Gaussian Broadcast Channel
编码缓存是一种信息理论方案，通过在低高峰时段部分预取用户本地存储中的文件来减少高峰时段的流量。本文认为异构分散式缓存系统的用户和内容库文件的缓存可能有不同的大小。服务器通过高斯广播信道与用户通信。本文的主要贡献是一种新的调制策略，映射的编码缓存交付阶段产生的多播消息的信号星座的符号，使用户可以利用他们的缓存内容解调所需的符号具有更高的可靠性。为了简单起见，在本文中，我们只专注于未编码调制和逐符号的错误概率。然而，我们的方案结合多级编码调制可以扩展到信道编码在一个更大的块长度。
2020-01-16 cs.IT 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
Caching Policy Toward Maximal Success Probability and Area Spectral Efficiency of Cache-enabled HetNets
在本文中，我们调查的最佳缓存策略分别最大化的成功概率和区域频谱效率（ASE）在一个缓存启用异构网络（HetNet），一层的多天线宏基站（MBS）覆盖一层的助手与缓存。在概率缓存框架下，我们借助随机几何理论推导出成功概率和ASE。找到最佳的缓存策略后，我们分析了关键系统参数的影响，并比较ASE与传统的HetNet的MBS层覆盖的微微BS（PBS）的回程容量有限的一层。分析和数值计算结果表明，最佳的缓存概率是不太偏斜的助手之间，以最大限度地提高成功概率的比例时，MBS-助手密度，MBS-助手的发射功率，用户-助手密度，或速率要求是小的，但更偏斜，以最大限度地提高ASE一般。与传统的HetNet相比，辅助者密度远低于PBS密度，以实现相同的目标ASE。可以通过增加高速缓存大小来降低帮助器密度。在一个区域内给定总的缓存大小，存在最佳的助手节点密度，最大化ASE。
2017-04-28 cs.IT math.IT
Cache-enabled HetNets with Limited Backhaul: A Stochastic Geometry Model
随着移动网络数据量的快速增长，边缘缓存作为一种有效的方法，通过将内容带到用户附近来提高内容分发效率，受到了广泛的关注。在这篇文章中，缓存启用异构网络（HetNets）考虑有限的回程分析的援助的随机几何方法。提出了一种混合缓存策略，将最流行的内容用确定性缓存策略缓存在宏BS层，将不太流行的内容用概率性缓存策略缓存在助手层。相应地，基于接入链路、缓存和回程链路的综合状态，设计了以内容为中心的关联策略。在混合缓存策略下，分别在一般场景、干扰受限场景和平均负载场景下，得到了内容成功分发概率、平均成功分发率和能量效率的新分析结果.仿真结果表明，在回程受限的HetNet中，该缓存策略的性能优于目前最流行的缓存策略。当内容流行度不那么偏斜、缓存容量足够并且帮助器密度相对较大时，性能增益显著提高。此外，它被证实，存在一个最佳的助手密度，以最大限度地提高能源效率的缓存启用的HetNet。
2020-07-29 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
Learning to Cache: Distributed Coded Caching in a Cellular Network With Correlated Demands
分布式缓存机制的设计被认为是一个活跃的研究领域，由于其有前途的解决方案，在减少数据负载的回程链路的蜂窝网络。在本文中，分布式内容缓存的小小区基站（sBS）的无线网络中，最大限度地提高缓存命中性能的问题被认为是。大多数现有的工作集中在静态需求，然而，在这里，每个sBS处的数据被认为是跨时间和sBS相关的。缓存策略被假定为过去的缓存策略的加权组合。一个高概率的泛化保证所提出的缓存策略的性能。理论保证提供了关于获得缓存策略的以下见解：（i）在每个sBS处运行遗憾最小化以获得跨时间的缓存策略的序列，以及（ii）最大化边界的估计以获得取决于差异的缓存策略的权重集合。最后，给出了LRFU缓存策略性能的理论保证。在此基础上，提出了基于联邦学习的启发式缓存算法。最后，通过使用Movie Lens数据集的仿真表明，该算法显着优于LRFU算法。
2020-10-13 cs.IT math.IT
Exploiting Tradeoff Between Transmission Diversity and Content Diversity in Multi-Cell Edge Caching
多小区网络中的高速缓存面临一个众所周知的困境，即，在多个边缘节点（EN）之间缓存相同的内容以实现传输协作/分集，从而获得更高的传输效率，或者缓存不同的内容以实现内容多样性，从而获得更高的缓存命中率。在这项工作中，我们引入了基于分区的缓存，利用传输分集和内容多样性之间的权衡，在一个多小区的边缘缓存网络与单用户。系统的平均中断概率可以看作是缓存命中中断概率和缓存未命中概率之和。我们表明，（i）在低信噪比（SNR）区域，鼓励EN缓存更多的分数的最流行的文件，以便更好地利用最流行的内容的传输分集;（ii）在高信噪比区域，鼓励EN缓存更多的文件，每个文件的分数更少，以便更好地利用内容多样性。
2018-02-20 cs.IT math.IT
Interference Cancellation at Receivers in Cache-Enabled Wireless Networks
在本文中，我们建议利用有限的缓存数据包作为边信息，以消除传入的干扰在接收器侧。我们考虑一个随机网络中的随机位置的基站和用户使用泊松点过程建模。缓存方案，以获得本地缓存增益和干扰消除增益的用户开发基于两个因素：不同的用户子集的密度和相应的子集中缓存的数据包。分组丢失率（PLR）进行了分析，这取决于缓存的数据包和信道状态信息（CSI）在接收器处可用。理论分析结果表明，在缓存资源和无线资源之间进行权衡。不同的缓存方案的性能进行了分析，并得出了分布式缓存的最小可实现PLR。
2016-11-14 cs.IT math.IT
Decentralized and Online Coded Caching with Shared Caches: Fundamental Limits with Uncoded Prefetching
由Maddah-Ali和Niesen提出的分布式编码缓存方案假设缓存中没有协调。这项工作确定了一个分散的编码缓存方案-在未编码的放置的假设下-共享缓存网络，其中每个缓存服务于多个用户。每个用户只能访问一个缓存，并且缓存的数量小于或等于用户的数量。对于此设置，我们推导出任何用户到缓存关联配置文件的最佳最坏情况下的交付时间，其中每个此类配置文件描述了每个缓存服务的用户数量。使用索引编码的逆的最优性。此外，我们还改进了交付计划，以适应多余的需求。此外，提出了一个最佳的线性纠错交付计划的最坏情况下的需求情况。接下来，我们考虑最近最少发送（LRS）的在线编码缓存方案，其中缓存需要更新的基础上，由用户的需求序列。如果任何所需的文件未在用户处部分缓存，则会发生缓存更新。更新是通过用新文件替换最近最少发送的文件来完成的。但是，最近发送的文件不需要是唯一的。在这种情况下，需要对部分缓存的文件进行某种排序，否则必须假设不存在集中式协调。如果每个用户随机删除任何最近最少使用的文件，则下一个交付阶段将无法达到此目的。建议通过合并文件的排序对该方案进行修改。此外，所有上述结果与共享缓存扩展到在线设置。
2021-01-23 cs.IT math.IT
Fundamental Limits of Caching in Heterogeneous Networks with Uncoded Prefetching
这项工作探讨了编码缓存在异构网络中的基本限制，其中多个（$N_0$）天线/天线，服务于不同的用户相关联（链接）共享缓存，其中每个这样的缓存有助于任意数量的用户。在未编码的缓存放置的假设下，工作得出确切的最佳最坏情况下的延迟和自由度，对于广泛的用户到缓存的关联配置文件，其中每个这样的配置文件描述了有多少用户被每个缓存的帮助。这是通过提出一个信息理论的基础上的索引编码，简洁地捕捉用户到缓存关联的影响，以及通过提出一个编码的缓存方案，最佳地适应的关联配置文件，通过利用编码的好处，共享同一个缓存的用户。这项工作揭示了共享缓存和多个缓存/天线之间强大的相互作用，我们现在可以得出惊人的结论，只要每个缓存至少为$N_0$用户服务，增加一个缓存冗余度可以产生等于$N_0$的DoF增加，而同时-不管简档如何-从1到$N_0$天线将传递时间减少了$N_0$的因子。最后对多文件请求编码缓存的相关问题也得出了一些结论。
2018-11-15 cs.IT math.IT
On Combination Networks with Cache-aided Relays and Users
缓存是一种有效的方法，以减少高峰时间的网络流量拥塞，通过存储在用户的缓存的一些内容，而不知道以后的需求。编码缓存策略最初由Maddah-Ali和Niesen提出，与传统的未编码方案相比，它提供了额外的编码缓存增益。在实际考虑下，最近在中继网络中考虑了缓存模型，特别是组合网络，其中中央服务器通过$H$即时中继与$K=\binom{H}{r}$用户（每个用户具有$M$文件的缓存）通信，并且每个用户连接到不同的$r-$中继子集。提出了带终端用户缓存的组合网络的几种内界和外界。本文扩展了作者最近的工作集中组合网络与最终用户缓存到一个更一般的设置，中继和用户都有缓存。在现有的方案中，从服务器发送的数据包是独立的缓存内容的中继，我们提出了一种新的缓存方案，通过创建一个额外的编码缓存增益从服务器的传输负载的帮助下，在中继缓存的内容。我们还表明，该方案优于国家的最先进的方法。
2018-03-16 cs.IT math.IT
An Index Coding Approach to Caching with Uncoded Cache Placement
高速缓存是一种有效的方式，以减少网络流量拥塞在高峰时间，通过存储一些内容在用户的本地缓存存储器，即使不知道用户的后续需求。Maddah-Ali和Niesen提出了一种两阶段（放置阶段和交付阶段）的编码缓存策略，用于具有缓存辅助用户的广播信道。本文探讨了相同的模式下的约束，内容被放置在未编码的缓存，也就是说，当位的文件被简单地复制在缓存。当缓存内容未被编码而用户的需求被揭示时，缓存问题可以被连接到索引编码问题。本文的重点是通过使用工具的索引编码问题，无论是已知的或新开发的这项工作中的缓存问题的基本性能限制。首先，基于“非循环索引编码逆界”，给出了未编码缓存放置约束下缓存问题的逆界。证明了当文件数不小于用户数时，Maddah-Ali和Niesen方案可实现该逆界，否则，新导出的索引编码方案可实现该逆界.所提出的索引编码可实现方案基于分布式信源编码，严格改进了广泛使用的“复合（索引）编码”可实现界及其改进，具有独立的意义。本文的研究结果的一个重要后果是，Maddah-Ali和Niesen提出的编码缓存问题的进步，因此，只有通过考虑与编码放置阶段的战略是可能的。然而，Yu等人最近的一项工作表明，与本文提出的结果相比，编码缓存放置最多可以减少一半的网络负载。
2020-01-14 cs.IT math.IT
Shared Cache Coded Caching Schemes Using Designs and Circuits of Matrices
在本文中，我们研究了共享缓存编码缓存（SC-CC）：一组缓存服务于一组更大的用户，每个用户访问一个缓存，和缓存可能会为许多用户。对于这个问题，在未编码的放置下，Parrinello，Ünsal和Elia展示了一个最佳的SC-CC方案，其中子分组化级别取决于缓存的数量。我们展示了一个SC-CC方案，其中子分组化水平不直接取决于用户或缓存的数量;任何数量的缓存和用户可以容纳一个固定的子分组化水平。此外，可以添加新的高速缓存，而无需重新放置现有的高速缓存。我们表明，允许的子分组化水平的上限，我们的SC-CC方案可能会实现比其他相关的SC-CC方案的速率较低。我们的方案是使用矩阵和设计构造的。拟阵可以从有限域上的矩阵获得;我们的方案的放置由从矩阵构造的设计决定;从矩阵和设计获得的拟阵的回路用于决定交付。
2022-12-29 cs.IT math.IT
Caching in Wireless Small Cell Networks: A Storage-Bandwidth Tradeoff
在网络边缘缓存内容是卸载流量、减少延迟和提高用户体验质量的有效手段。在这封信中，我们专注于存储带宽的权衡方面，其中小小区基站分布根据一个均匀的泊松点过程和缓存内容根据一个给定的内容流行度分布，受存储约束。我们提供了一个封闭形式的表达的缓存未命中概率，定义为不满足用户的请求在一个给定的覆盖区域的概率，作为信号干扰比，缓存大小，基站密度和内容流行度的函数。特别是，它示出，对于一个给定的最小缓存大小，基于流行度的缓存策略实现较低的中断概率为一个给定的基站密度相比，均匀的缓存。此外，我们表明，流行度为基础的缓存达到更好的性能在缓存未命中概率相同的频谱。
2016-03-17 cs.IT math.IT
Wyner's Network on Caches: Combining Receiver Caching with a Flexible Backhaul
在这项工作中，我们研究了一个大型的线性干扰网络，具有相同数量的发射机和接收机，其中每个发射机连接到两个后续的接收机。每个发射机都可以单独访问回程链路（获取$M_{T}$文件的等效物），而每个接收机可以缓存库的一部分$γ$。我们探索的通信速率，回程负载和缓存存储之间的权衡设计算法，可以利用合作传输的好处，在部分连接的网络，同时利用多播传输归因于用户缓存的优势。我们表明，接收器缓存和提取内容从回程是两个资源，可以同时提高交付性能的协同方式。具体来说，这项工作的一个有趣的结果是，用户缓存库的一部分$γ$可以将每个用户的自由度（puDoF）增加$γ$。此外，结果揭示了回程负载的显著节省，即使在小缓存大小区域中。例如，使用对$(M_{T}=8, γ=0)$实现的puDoF也可以用对$(M_{T}=4,γ=0.035)$和$(M_{T}=2,γ=0.1)$实现，这表明即使是小的高速缓存也可以提供回程负载的显著节省。
2019-03-15 cs.IT math.IT
PDA Construction via Union of Cartesian Product Cache Configurations for Coded Caching
本文提出一种通过基础PDA的m重笛卡尔积缓存配置并集构造新PDA的方法，实现用户数量和编码缓存增益的指数增长，同时保持负载恒定，并产生三种覆盖现有方案的新编码缓存方案。
2025-01-21 cs.IT math.IT
On Coded Caching with Heterogeneous Distortion Requirements
本文考虑异构编码缓存的用户有不平等的失真要求。服务器通过一个无错误的多播链接连接到用户，并根据总的内存预算设计用户的缓存大小。特别地，在放置阶段，服务器联合设计用户的缓存大小和缓存内容。为了满足用户的请求，在交付阶段，服务器发送满足用户失真要求的信号。提出了一个以最小化最坏情况下的传输负载为目标的优化问题，该优化问题的目标是满足总的缓存预算和用户的失真要求。未编码的位置和线性交付的最佳解决方案的特点明确，并表现出相对于总的高速缓存内存预算的阈值政策。作为研究的副产品，提出了一种用于具有固定缓存大小的系统的缓存方案，该方案优于最先进的技术。
2018-02-27 cs.IT math.IT
On the Optimal Memory-Load Tradeoff of Coded Caching for Location-Based Content
在无线边缘节点进行缓存是提高空间和频谱效率的一种有效方法，可以减轻网络中与内容相关的流量。最初由Maddah-Ali和Niesen引入的编码缓存通过同时传输对多个用户有用的多播消息来显著加快通信效率。大多数编码缓存的工作都是基于这样的假设，即每个用户都可以请求库中的所有内容。然而，在许多应用中，用户仅对取决于其位置的有限的内容集感兴趣。出于这些考虑，本文阐述了具有边缘缓存节点的基于位置的内容的编码缓存问题。所考虑的问题包括具有对基于$N$位置的文件（例如，高清地图）、位于不同区域的$K$边缘缓存节点和$K$用户（即，车辆），其中每一个都在一个高速缓存节点的服务区域中，并且可以以可忽略的成本检索该高速缓存节点的高速缓存内容。根据位置的不同，每个用户仅从库的位置相关子集中请求文件。目的是最大限度地减少最差情况下的载荷。对于这种新的编码缓存问题，我们提出了一个高度非平凡的逆约束下未编码的缓存放置，这表明一个简单的可实现的计划是最佳的未编码的缓存放置。此外，还证明了该方案在$3$因子内是一般阶最优的.最后，我们将基于位置的内容的编码缓存问题扩展到最初由Hachem等人提出的多路访问编码缓存拓扑，其中每个用户连接到最近的高速缓存节点$L$。当$L \geq 2$时，我们描述了最坏情况下负载的精确最优性。
2022-03-17 cs.IT math.IT
Placement Delivery Arrays for Coded Caching with Shared and Private Caches
本文提出共享与私有放置交付阵列（SP-PDA）结构，统一描述辅助缓存、私有缓存和服务器传输，并利用两个 PDA 构造 SP-PDA，通过优化列置换在几乎不损失速率的前提下大幅降低子分包数。
2024-05-04 cs.IT math.IT
Decentralized Caching and Coded Delivery with Distinct Cache Capacities
在内容分发网络中研究了分散式主动缓存和编码分发，其中每个用户配备有不一定具有相等容量的缓存存储器。在非高峰业务时段期间以分散的方式提前填充高速缓存存储器，即，而不知道活动用户的数量、他们的身份或他们的特定需求。用户需求在流量高峰期显示，并通过无错误的共享链接同时提供服务。目标是找到在高峰交通期间足以满足所有可能的需求组合的最小交付速率。提出了一种基于组的分散式缓存和编码的交付方案，它被证明是改善后的最低所需的交付率方面的国家的最先进的系统中有更多的用户比文件。数值结果表明，随着用户的缓存容量变得更加偏斜，这种改善更加显著。一个新的下界的交付率也提出了，它提供了一个更严格的界限比经典的割集界。
2017-07-31 cs.IT math.IT
Combinatorial Multi-Access Coded Caching with Private Caches
本文研究用户同时连接私有缓存和多个接入缓存的编码缓存问题，提出一种未编码放置下的可实现方案并推导传输次数下界，同时给出最优最坏情况速率的上下界，数值结果表明在用户访问存储量较大时该方案接近下界。
2024-06-30 cs.IT math.IT
Multi-Access Coded Caching Schemes from Maximal Cross Resolvable Designs
我们研究了多路访问编码缓存（MACC）问题：一个中央服务器有$N$文件，$K$（$K \leq N$）缓存每个存储$M$出的$N$文件，$K$用户每个需要一个出的$N$文件，和每个用户访问$z$缓存.我们的目标是共同设计的放置，交付，和用户到缓存的关联，以优化可实现的速率。这个问题已经在文献中广泛研究的假设下，用户访问只有一个缓存。然而，当一个用户访问更多的高速缓存，这个问题已经被研究的假设下，用户访问$z$连续的高速缓存与循环环绕的边界。一个自然的问题是，其他用户到缓存的关联如何对抗循环环绕的用户到缓存的关联。二分图可以描述一般的用户到缓存关联。我们确定了一类二分图，当用作用户到缓存关联时，实现了比所有其他现有的MACC方案使用循环环绕用户到缓存关联更低的速率或更低的子分组化。我们的MACC计划的布局和交付策略构造使用一个组合结构称为最大交叉可分解设计。
2022-02-11 cs.IT math.IT
Cyclic Wrap-Around Multi-Access Coded Caching with Private Caches
研究具有私有和访问缓存的循环环绕多址编码缓存问题，基于割集论证推导最优最坏情况传输速率下界，提出一种未编码放置方案，证明其在大内存机制下达到最优。
2024-08-23 cs.IT math.IT
On D2D Caching with Uncoded Cache Placement
我们考虑一个缓存辅助的无线设备到设备（D2D）网络的约束下的一次性交付，其中的放置阶段是由一个中央服务器编排。我们假设设备的缓存中充满了未编码的数据，并且服务器上的整个文件数据库都可以在缓存集合中使用。在此阶段之后，用户请求的文件通过设备间多播通信提供服务。对于这样的系统设置，我们提供了准确的表征负载内存权衡，通过推导出最小平均和最小峰值总和负载的设备之间的链接，对于一个给定的个人内存大小在处置每个用户。
2021-06-11 cs.IT math.IT
Cache-Aided Massive MIMO with Linear Precoding in Multi-cell Systems
在本文中，我们提出了一种新的联合缓存和大规模多输入多输出（MIMO）传输方案，称为\emph{cache-aided massive MIMO}，多小区下行链路传输到多个缓存使能接收器。利用所提出的方案，已经缓存了他们请求的文件（的一部分）的用户被卸载，并且因此在下行链路传输期间（部分）不活动。其他用户或者受益于用于减轻导频污染的高速缓存使能卸载，或者利用高速缓存但未请求的文件来消除上行链路信道估计和下行链路文件接收期间的干扰。此外，通过重新设计基于用户的缓存状态和信道状态信息的发送预编码器，我们获得了额外的自由度的大规模MIMO传输。对于给定的缓存状态，我们分析等效内容交付率（ECDR），即，对于采用重新设计的最大比传输（MRT）、迫零（ZF）预编码和正则化迫零（RZF）预编码的高速缓存辅助的大规模MIMO，经由高速缓存和大规模MIMO传输向请求用户递送所请求的文件的平均速率。基于推导的结果，（随机）未编码缓存和编码缓存的重新设计的预编码方案的性能的影响进行了研究。仿真结果验证了我们的推导，并表明，缓存是有益的预编码下行链路传输，因为它提高了发射功率分配，减轻内和小区间的干扰，并减少导频污染造成的损害。与传统的大规模MIMO没有缓存和缓存无关预编码相比，所提出的缓存辅助大规模MIMO方案实现了显着更高的ECDR，即使当用户的数量接近发射天线的数量。
2022-04-10 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
Maddah-Ali-Niesen Scheme for Multi-access Coded Caching
将具有专用高速缓存的用户的公知的Maddah-Ali-Niesen（MAN）编码高速缓存方案扩展用于多访问编码高速缓存方案，其中用户的数量不需要与系统中的高速缓存的数量相同。众所周知的MAN方案是可恢复的，作为所考虑的多址系统的特殊情况。该方案的性能进行了比较，与现有的多访问编码缓存的工作。为了能够比较对于相同数量的高速缓存具有不同数量的用户的不同多路访问方案的性能，使用在\cite{KNS}中引入的每用户速率（速率除以用户数量）的术语。
2021-05-13 cs.IT math.IT
Centralized Coded Caching for Heterogeneous Lossy Requests
流行内容的集中式编码缓存的异构失真的要求，对应于不同的处理和显示能力的移动设备的用户进行了研究。用户的失真要求被假定为固定的和已知的，而他们的特殊需求，只有在放置阶段后才被揭示。将数据库中的每个文件建模为独立同分布的高斯向量，研究了在相应的失真目标内满足任意需求组合的最小交付率。最佳传输速率的特点是两个用户和两个文件的特殊情况下的任何一对失真的要求。针对多用户和多文件的一般情况，提出了一种分层的缓存和分发方案，该方案利用了高斯源的连续可细化性。该方案在多个层中缓存每个内容，并通过解决两个子问题进行优化：具有异构缓存容量的每个层的无损缓存，以及层之间可用缓存的分配。每个层的交付率最小化问题的数值解决，而两个计划，称为比例缓存分配（PCA）和有序缓存分配（OCA），提出了缓存分配。通过数值模拟对这些格式进行了比较，并对割集界进行了比较。
2016-04-27 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
Centralized Caching and Delivery of Correlated Contents over a Gaussian Broadcast Channel
研究了多用户缓存辅助广播网络中的内容分发问题，其中服务器通过高斯广播信道（BC）与用户进行通信，该服务器保存相关内容的数据库。研究了当用户具有相同大小的缓存时，满足所有可能的需求组合所需的最小传输功率。推导出所需的发射功率的下限，假设未编码的缓存放置，作为缓存容量的函数。提出了一种集中式联合缓存和信道编码方案，该方案不仅利用了用户的本地缓存，而且利用了数据库中内容之间的相关性。该方案为给定的高速缓存容量提供了最小所需发射功率的上限。我们的研究结果表明，利用缓存辅助高斯BC中的内容之间的相关性可以提供显着的节能。
2018-04-26 cs.IT math.IT
Caching in Wireless Networks
我们考虑的问题，提供内容缓存在一个无线网络中的n个节点随机位于一个正方形的面积n。网络性能由无线网络的n2^n维缓存容量区域来描述。我们提供了一个内边界上的缓存容量区域，并在高路径损耗制度，匹配（在缩放意义上）的外边界。对于大的路径损耗指数，这提供了整个缓存容量区域的信息理论缩放表征。所提出的通信方案实现的内界表明，缓存选择和信道编码的问题，可以单独解决，而不会损失的顺序最优性。另一方面，我们的研究结果表明，最近邻居缓存选择的共同架构可以任意坏，这意味着缓存选择和负载均衡需要联合执行。
2011-12-29 cs.IT math.IT
Optimization and Analysis of Probabilistic Caching in $N$-tier Heterogeneous Networks
在本文中，我们研究了概率缓存的$N$层无线异构网络（HetNet）使用随机几何。首先推导出一个通用的、易于处理的成功投递概率表达式。然后，我们优化的缓存概率最大化的SDP在高信噪比（SNR）制度。证明了该问题是凸的，并有效地解决了问题。接下来，我们在$N$ -层HetNet和单层网络之间建立一个有趣的连接。与最佳性能仅取决于高速缓存大小的单层网络不同，$N$层HetNet的最佳性能还取决于BS密度。然而，性能上限是由一个等效的单层网络。我们进一步表明，与统一的缓存概率，无论内容的流行程度，以实现一个目标SDP，一个层的BS密度可以通过增加缓存大小的层时，缓存大小大于一个阈值，否则BS密度和BS缓存大小可以同时增加。分析还发现，层的BS密度与同一层的BS高速缓存大小成反比，并且与其它层的BS高速缓存大小成线性。
2017-11-28 cs.IT math.IT
Cache-Aided Non-Orthogonal Multiple Access
在本文中，我们提出了一种新的联合缓存和非正交多址接入（NOMA）计划，以促进下一代蜂窝网络的高级下行链路传输。除了获得缓存和NOMA传输的传统优势之外，所提出的缓存辅助NOMA方案还利用缓存数据进行干扰消除，这对于单独的缓存和NOMA传输设计是不可能的。此外，由于缓存可以帮助减少残余干扰功率，因此在接收机处可以采用几种解码顺序，并且可以灵活地选择这些解码顺序以进行性能优化。我们的特点可达到的速率区域的缓存辅助NOMA和调查其好处，最大限度地减少所需的时间来完成视频文件传输。我们的仿真结果表明，相比于几个基线方案，所提出的缓存辅助NOMA方案显着扩展了下行链路传输的可达速率区域，这转化为大大减少文件传输时间。
2018-01-29 cs.IT math.IT
Cache-Aided Matrix Multiplication Retrieval
编码缓存是一种很有前途的技术，通过将图书馆的部分内容存储在用户的本地缓存中来平滑网络流量。Maddah-Ali和Niesen（MAN）对单个文件检索的编码缓存的开创性工作表明，除了未编码系统中已知的本地缓存增益之外，还存在全局缓存增益，该增益随系统中的总内存而扩展。本文提出了一种新的高速缓存辅助矩阵乘法检索问题，相关的数据分析和机器学习的应用。在所考虑的问题中，每个缓存辅助用户请求从库中的两个矩阵的产品。结构无关的解决方案是将每个可能的矩阵乘积视为独立的文件，并使用MAN编码的缓存方案进行单个文件检索。本文提出了两种结构感知的方案，它划分每个矩阵在库中的行或列，让一个子集的用户缓存一些子矩阵，改进的结构不可知的计划。对于库矩阵是“胖”矩阵的情况下，结构感知的行划分方案被证明是在一定的约束下的顺序最优。
2021-05-26 cs.IT math.IT
