Efficient Betweenness Based Content Caching and Delivery Strategy in Wireless Networks
在这项工作中，我们提出了一个内容缓存和交付策略，以最大限度地提高吞吐量在高速缓存启用的无线网络。为此，有效介数（EB），这表明通过一个节点的内容传递路径的比例，首先定义捕捉的影响，内容缓存和交付网络流量负载分布。在EB的帮助下，吞吐量的上限是所有节点之间的成功交付概率（SDP）EB的最小比率。该策略通过有效地匹配节点的EB和SDP，以较低的计算复杂度提高了吞吐量。仿真结果表明，所提出的策略与最优策略（通过穷尽搜索得到）之间的差距小于6%。
2020-05-08 cs.IT cs.NI math.IT
Joint Distributed Link Scheduling and Power Allocation for Content Delivery in Wireless Caching Networks
在无线缓存网络中，内容分发方法的设计必须考虑随机用户请求、缓存状态、网络拓扑和干扰管理。在本文中，我们建立了一个无线缓存网络中的内容传输的一般框架，没有严格的假设，限制网络结构，传输链路和干扰模型。基于该框架，我们提出了一个动态的和分布式的链路调度和功率分配方案的内容分发，是由置信传播（BP）算法的辅助。该方案考虑了内容请求用户和潜在缓存节点，实现了无线缓存网络的三个关键目的：1）限制用户请求满足的延迟; 2）保持缓存节点的功率效率; 3）管理用户间的干扰。此外，我们解决了BP算法在我们的网络模型中的固有问题，提出了一个匹配算法的一对一链路调度。仿真结果表明，该方案提供了几乎相同的延迟性能的最佳方案，通过一个穷举搜索的代价是一个小的额外的功耗，并不需要在一个大规模的D2 D网络的聚类方法和正交资源。
2019-11-29 cs.NI cs.SY eess.SY
Computation Offloading and Content Caching Delivery in Vehicular Edge Computing: A Survey
自动驾驶汽车（AV）在支持各种车辆应用之前会生成大量数据。因此，大存储和高计算平台是必要的，并且这通过云计算（CC）的存在而成为可能。然而，由于邻近问题，在云计算处的车辆网络的计算遭受若干缺点，诸如延迟和成本。作为一种解决方案，最近已经提出了在车辆网络的边缘处的计算能力，这被称为车辆边缘计算（VEC）。这导致了车辆在边缘节点卸载和计算数据的其他开放问题，以及数据如何在边缘节点中缓存然后传播到其他车辆。在本文中，我们首先提出了一个概述的VEC架构，包括类型的层，雾节点，通信技术和车辆应用程序，这是用于数据卸载和传播的情况。由于移动性对VEC性能至关重要，因此还讨论了VEC场景中使用的移动性模型。我们广泛审查计算卸载（ComOf）技术以及内容缓存和交付（CachDel）的方法VEC。最后，我们强调了一些关键的研究挑战，问题和未来的工作在文件中
2019-12-17 cs.NI
Femto-Caching with Soft Cache Hits: Improving Performance through Recommendation and Delivery of Related Content
将流行内容推送到廉价的“助手”节点（例如，最近提出了在非高峰时间期间的小型小区）来应对移动数据业务的增加。如果所请求的内容在至少一个附近的助手中可用，则可以从这些助手节点本地服务用户请求。然而，在实践中，几个附近的助手节点的集体存储通常不足以实现足够高的命中率。我们建议离开硬缓存命中的假设，在现有的作品中常见，并考虑“软”缓存命中，如果原始内容不可用，一些相关的内容，本地缓存可以被推荐。鉴于互联网内容消费是面向娱乐的，我们认为存在用户可能接受替代内容的情况（例如，用于替代内容的更好的下载速率、低速率计划等），从而避免接入昂贵/拥塞的链路。我们制定了一个相对通用的设置与软缓存命中的最佳边缘缓存的问题，提出了有效的算法，并分析了预期的收益。然后，我们使用合成和真实的数据集相关的视频内容，有前途的缓存增益可以在实践中实现。
2017-02-16 cs.NI
Adaptive Offline and Online Similarity-Based Caching
利用基于相似性的内容递送，可以通过在相异度成本下递送相关内容来满足对内容的请求。这封信解决了缓存和基于相似性的交付决策在整个网络中的联合优化，以最小化平均延迟和相异性成本的加权和。首先针对具有请求率先验知识的离线场景引入了一种收敛的交替梯度下降上升算法，然后将其扩展到在线场景。数值结果验证了该方法相对于标准的每缓存解决方案的优势。
2020-10-15 cs.NI
Online Caching and Coding at the WiFi Edge: Gains and Tradeoffs
无线边缘的视频内容交付继续受到带宽不足和高度动态用户行为的挑战，这影响了有效吞吐量和延迟。已经发现在网络边缘处的高速缓存和编码传输可以提高视频内容递送的用户性能。无线边缘站（BS、AP）和用户终端设备上的缓存可以通过预缓存内容或使用在线缓存策略来填充。在本文中，我们提出了一个系统，内容被缓存在WiFi网络的用户通过在线缓存策略，编码交付是由WiFi AP提供所请求的内容的用户人群。用户处的高速缓存的内容用作索引编码的辅助信息。我们还提出了LFU索引缓存替换政策，在用户，明显提高了索引编码的机会，在WiFi AP的建议系统。通过广泛的模拟研究，我们确定了通过编码缓存和索引实现的收益。接下来，我们分析了它们之间的权衡，从用户不同的内容请求行为的数据传输，延迟和吞吐量。我们还表明，建议的缓存替换政策比传统的缓存替换政策，如LRU和LFU的性能更好。
2020-01-21 cs.NI
Markov Decision Policies for Dynamic Video Delivery in Wireless Caching Networks
本文提出了一种动态流媒体服务的视频传输策略，在无线缓存网络中，在播放延迟约束下最大化时间平均流媒体质量。网络中流行的视频编码的可伸缩视频编码已经存储在随机分布的缓存节点被认为是自适应视频流的概念下，和基于距离的干扰管理，本文研究。在该网络模型中，流用户根据随机网络状态做出延迟约束决策：1）用于视频传输的缓存节点，2）视频质量，以及3）要接收的视频块的数量。由于用于视频递送的无线链路激活可能引入延迟，因此考虑用于更新高速缓存节点关联、视频质量适配和块量的不同时间尺度。在与用于视频递送的缓存节点相关联之后，流用户在小时间尺度中选择质量和块量的组合。采用马尔可夫决策过程对视频质量和每个时隙的块数量的动态决策过程进行建模，并基于李亚普诺夫优化框架对缓存节点进行决策。我们密集的模拟验证了所提出的视频传输算法工作可靠，也可以控制视频质量和播放延迟之间的权衡。
2019-02-28 cs.DC cs.IT cs.NI
Fundamental Limits of Caching with Secure Delivery
高速缓存正在成为缓解以内容为中心的现代无线网络中严重容量不足的重要工具。缓存背后的主要思想是将部分流行内容存储在最终用户的内存中，并利用本地存储的内容来降低峰值数据率。通过联合设计内容放置和交付机制，最近的作品已经显示出与传统方法相比传输速率的顺序减少。在这项工作中，我们考虑的安全缓存问题的额外目标，最大限度地减少信息泄漏到外部窃听。基本的高速缓存存储器与传输速率权衡的安全缓存问题的特点。令人惊讶的是，这些结果表明，安全性可以以微不足道的成本引入，特别是对于大量的文件和用户。研究还表明，对于几乎所有实际感兴趣的参数值，所提出的具有安全传输的缓存方案所实现的速率与信息理论最佳速率的倍数都在一个常数范围内。
2014-12-11 cs.IT cs.NI math.IT
Adaptive TTL-Based Caching for Content Delivery
内容分发网络（CDN）在互联网上提供大部分用户请求的内容，包括网页、视频和软件下载。CDN服务器缓存并提供用户请求的内容。设计自动适应现实世界内容请求的异构性，突发性和非平稳性的缓存算法是一个重大挑战，也是我们工作的重点。虽然有很多工作的静态请求流量的缓存算法，非静态请求流量的工作非常有限。因此，大多数现有模型对于非平稳的生产CDN流量是不准确的。我们提出了两个TTL为基础的缓存算法，并提供可证明的保证内容请求流量是突发性和非平稳的。第一个算法称为d-TTL动态适应TTL参数使用随机近似方法。给定一个可行的目标命中率，我们表明，命中率的d-TTL收敛到其目标值的一般类的突发流量，允许马尔可夫依赖于时间和非平稳到达。第二种算法称为f-TTL，它使用两个缓存，每个缓存都有自己的TTL。第一级缓存自适应地过滤掉非静态流量，而第二级缓存存储频繁访问的静态流量。给定命中率和预期缓存大小的可行目标，f-TTL渐进地实现这两个目标。我们实现了d-TTL和f-TTL，并使用来自生产CDN服务器的5亿个请求组成的广泛的九天跟踪来评估这两种算法。我们表明，d-TTL和f-TTL收敛到他们的命中率目标的误差约为1.3%。但是，f-TTL需要比d-TTL小得多的缓存大小才能达到相同的命中率，因为它有效地过滤掉了很少访问的对象的非静态流量。
2017-12-09 cs.NI
Responsive Content-Centric Delivery in Large Urban Communication Networks: A LinkNYC Use-Case
智能城市等大型城市通信网络是一个由设备和服务组成的生态系统，它们相互协作，解决多种问题，使最终用户、城市和环境受益匪浅。LinkNYC是一个首创的城市通信网络，旨在用提供免费公共Wi-Fi的亭式结构取代纽约市（NYC）五个行政区的所有付费电话。我们将这些网络与称为cloudlet的独立边缘云设备进行整合，并引入地理分布的内容交付cloudlet（CDC）来将流行的互联网内容存储在更靠近最终用户的地方;这在具有多样化和动态内容兴趣的环境中至关重要。提出了一个以内容为中心的交付框架，利用纽约市的人口密度和基于兴趣的网络缓存的CDC。分析表明，虽然采用多个CDC显着提高了整体网络性能，先进的缓存策略时，需要考虑增加的内容异构性。因此，我们建议流行驱动（pLFU）和基于合作（sLFU）的缓存政策在个别CDC帐户随着时间的推移用户和内容的动态。城市人口密度、多个CDC布局和更智能的缓存技术的融合有助于利用以内容为中心的城市通信网络的最终优势，并显著提高整体网络性能和响应能力。我们提出的解决方案使用LinkNYC作为用例进行验证。
2018-05-31 cs.NI
Online Edge Caching in Fog-Aided Wireless Network
在雾无线电接入网络（F-RAN）架构中，边缘节点（EN）（诸如基站）配备有有限容量的高速缓存，以及可以支持来自云处理器的给定传输速率的前传链路。F-RAN中的内容递送的现有信息理论分析集中于具有单独的内容放置和递送阶段的离线缓存。相比之下，这项工作认为在线缓存设置，其中一组流行的文件是随时间变化的，缓存补充和内容交付可以发生在每个时隙。该分析集中在长期的归一化传输时间（NDT），它捕获的时间依赖性的编码延迟在多个时隙中的高信噪比制度的表征。在线缓存和交付计划的基础上反应性和主动缓存的研究，其性能进行了比较，以最佳的离线缓存方案分析和通过数值结果。
2017-12-03 cs.IT cs.NI math.IT
The RICH Prefetching in Edge Caches for In-Order Delivery to Connected Cars
5G网络边缘的内容缓存是一个新兴的关键功能，可以满足未来互联汽车对内容的需求。然而，5G蜂窝的紧密封装、边缘的有限存储容量以及在驾驶时对内容可用性的需求，促使人们需要开发适应联网汽车移动性特征的智能边缘缓存策略。在本文中，我们提出了一种名为RICH（RoadsIde CacHe）的方案，该方案最佳地将内容缓存在连接车辆最需要的边缘节点处。特别是，我们的计划旨在确保按顺序交付的内容块到最终用户。与盲流行度决策不同，RICH使用的概率缓存考虑了系统可以实际获取的用户移动性信息。此外，我们提供了一个完整的系统架构，并定义了协议，通过它不同的系统实体可以进行交互。我们评估我们的方法对国家的最先进的解决方案，在现实的移动数据集和系统场景的性能。我们的RICH边缘缓存方案显著提高了缓存处的内容可用性，并降低了所需的回程带宽，对最终用户和网络运营商都有有益的影响。
2019-08-20 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
Online Edge Caching and Wireless Delivery in Fog-Aided Networks with Dynamic Content Popularity
雾无线电接入网络（F-RAN）架构可以利用云处理和边缘缓存来向用户提供内容。为此，F-RAN利用边缘节点（EN）处的缓存和将云处理器连接到EN的前传链路。假设时不变的内容流行度，F-RAN中内容交付的现有信息理论分析依赖于具有单独内容放置和交付阶段的离线缓存。相比之下，这项工作的重点是场景中的一组流行的内容是随时间变化的，因此有必要在线补充的EN的高速缓存随着所请求的文件的交付。该分析集中在长期的归一化传输时间（NDT），它捕获的时间依赖性的编码延迟在多个时隙中的高信噪比制度的表征。在线边缘缓存和交付计划的串行和流水线传输模式的前传和边缘段。分析结果表明，在内容流行度随时间变化的情况下，前传链路的速率对F-RAN系统的长期无损检测设置了根本限制。分析结果进一步验证了数值模拟，产生重要的设计见解。
2018-04-22 cs.IT cs.NI math.IT
Tile-Based Joint Caching and Delivery of $360^o$ Videos in Heterogeneous Networks
最近涉及使用$360^o$视频的应用激增，这对移动网络基础设施提出了挑战，因为$360^o$视频文件具有相当大的大小，并且当前的递送和边缘缓存架构不能保证它们的及时递送。在本文中，我们调查的问题，联合协作内容感知缓存和交付的$360^o$视频在视频点播设置。所提出的方案利用多个瓦片和层中的$360^o$视频编码来做出关于在每个小型基站（SBS）中缓存哪些瓦片以及将它们从何处递送到终端用户的细粒度决策，因为用户可能驻留在多个SBS的覆盖区域中。这允许在SBS中高速缓存最流行的瓦片，而剩余的瓦片可以通过回程获得。此外，我们明确地考虑了时间传输的限制，以确保连续的视频播放。为了降低优化问题的计算复杂性，我们通过引入公平性约束对其进行简化。这允许我们将原始问题分解为对应于图像组（GoP）的子问题。每个子问题，然后解决了拉格朗日部分松弛的方法。最后，我们评估所提出的方法的各种系统参数的性能，并将其与不考虑将$360^o$视频编码成多个瓦片和质量层的方案进行比较，以及与所提出的方法的两个变体进行比较，其中一个变体考虑分层编码和SBS协作，另一个变体使用瓦片编码但没有SBS协作。结果展示了每个瓦片的缓存和交付决策带来的好处，以及利用SBS协作的重要性。
2019-10-25 cs.MM cs.NI
Reliability Enhancement for VR Delivery in Mobile-Edge Empowered Dual-Connectivity Sub-6 GHz and mmWave HetNets
由于虚拟现实盔装显示器（HMD）上的有限资源和低于6 GHz网络的传输速率瓶颈，当前虚拟现实（VR）传输的可靠性较低。在本文中，我们提出了一个双连接的子6 GHz和毫米波异构网络架构的移动边缘能力授权。该架构的核心思想是利用sub-6 GHz链路和mmWave链路的互补优势，进行边缘资源协同设计，提高VR传输的可靠性。从随机几何的角度，我们分析了VR传输的可靠性，并从理论上证明，尽管毫米波带宽很大，但低于6 GHz的链路可以用来提高VR传输的可靠性。基于我们的分析工作，我们制定了一个联合缓存和计算优化问题，目标是最大限度地提高VR交付的可靠性。通过分析HMD、sub-6 GHz和mmWave基站（BS）的耦合缓存和计算策略，进一步将问题转化为多选择多维背包问题。提出了最佳优先分枝定界算法和差分凸规划算法，分别求出了最优解和次优解。数值结果表明，使用所提出的算法的性能改善，并揭示，缓存更多的单眼视频在低于6 GHz的基站和更多的立体视频在毫米波基站可以有效地提高VR交付的可靠性。
2021-05-12 cs.NI
LAC: Introducing Latency-Aware Caching in Information-Centric Networks - Technical Report
延迟最小化被认为是5G网络架构设计的支柱之一。以信息为中心的网络（ICN）似乎是一个有前途的候选技术，用于构建一个敏捷的通信模型，通过网络缓存减少延迟。然而，到目前为止，还没有提议为ICN开发延迟感知的高速缓存管理机制。在本文中，我们调查的作用，延迟意识的数据传输性能在ICN和介绍LAC，一个新的简单的，但非常有效的，延迟感知缓存管理政策。所设计的机制以分布式方式利用本地延迟观测来决定是否将对象存储在网络缓存中。对象越远，延迟越大，缓存决策越有利。通过模拟，表明LAC优于最先进的建议，并导致内容平均交付时间和标准偏差减少高达50%，以及非常快的收敛到这些数字。
2015-06-22 cs.NI
Energy and Delay Optimization for Cache-Enabled Dense Small Cell Networks
在小型基站（SBS）中缓存流行文件已被证明是减少密集小型小区网络（DSCN）的回程链路上的带宽压力的有效方式。许多关于启用缓存的DSCN的现有研究试图通过优化端到端文件传递延迟来改善用户体验。然而，在文件（例如，视频文件）具有不同的服务质量要求，从网络的角度来看，SBS处的能量消耗也应该受到关注。在本文中，我们试图优化这两个关键指标的缓存启用DSCN。首先，我们制定的能量延迟优化问题的混合规划（MIP）的问题，其中文件放置，用户关联和功率控制共同考虑。为了对能耗和端到端文件传输延迟之间的权衡关系进行建模，将这两个度量线性组合的效用函数用作优化问题的目标函数。然后，我们解决了两个阶段的问题，即缓存阶段和交付阶段，根据观察，缓存是在非高峰时间进行。在缓存阶段，通过估计每个SBS上的用户偏好，提出本地流行文件放置策略。在交付阶段，给定SBS的缓存状态，利用Benders的分解方法进一步分解MIP问题。提出了一种有效的算法，通过迭代缩小上下界的差距来逼近最优关联和功率解。最后，扩展模拟进行验证我们的分析和算法的工作。实验结果表明，该算法能够在能量消耗和端到端文件传输延迟之间实现最优折衷。
2018-03-10 cs.NI
PLVER: Joint Stable Allocation and Content Replication for Edge-assisted Live Video Delivery
直播服务近年来非常受欢迎。由于实时视频的尖峰流量模式，利用分布式边缘服务器来提高观众的体验质量（QoE）如今已成为一种常见的做法。然而，当前客户端驱动的内容缓存机制不支持从云到边缘的预先缓存，导致直播视频交付中大量缓存丢失。为了解决上述问题，最先进的研究通常会牺牲所传输视频的活跃度。本文结合视频直播和边缘服务器的特点，提出了一种主动的视频直播推送方案PLVER，以解决视频直播中缓存丢失的问题。具体而言，PLVER首先在边缘集群和用户组之间进行一对多的稳定分配，以平衡边缘服务器上的实时流量负载。然后采用主动式视频复制算法来加快边缘服务器之间的视频复制速度。我们进行广泛的跟踪驱动评估，覆盖30万Twitch观众和300多个Twitch频道。结果表明，与基于拍卖的复制方法和按请求时间缓存方法相比，使用PLVER，边缘服务器可以分别多承载28%和82%的流量。
2020-06-12 cs.NI
Optimal Scheduling of Content Caching Subject to Deadline
在网络边缘进行内容缓存是一种很有前途的技术，可以减轻回程网络的负担。在本文中，我们考虑内容缓存在一个基站的缓存容量有限的时间。由于内容的受欢迎程度可能随时间而变化，因此需要相应地更新缓存的内容。另外，所请求的内容可以具有需要在其中获得内容的递送截止期限。出于这些目的，我们解决了最佳调度的内容缓存在一个时隙系统下交付的最后期限和缓存容量的限制。目标是最小化捕获回程链路的负载的成本函数。对于我们的优化问题，我们证明了它的NP-硬度通过减少分区问题。对于解决问题，通过数学重新制定，我们开发了一种解决方案的基础上反复应用列生成算法和问题定制的舍入算法。此外，两个贪心算法的基础上，从文献中现有的算法。最后，我们提出了广泛的模拟，验证我们的解决方案的方法在获得接近最优的解决方案相比，贪心算法的有效性。从我们的解决方案的方法得到的解决方案是从全球最优的1%以内。
2020-01-12 cs.NI
Security and Privacy for Mobile Edge Caching: Challenges and Solutions
移动边缘缓存技术是下一代移动网络的一项重要技术，能够有效地在网络边缘提供服务环境和云存储能力。通过充分利用网络边缘的存储和计算资源，移动边缘缓存可以显著降低服务延迟，降低网络负载，改善用户体验。另一方面，边缘缓存受到许多关于隐私侵犯和安全漏洞的威胁。在本文中，我们首先介绍了移动边缘缓存的架构，并解决了关于为什么，在哪里，什么和如何缓存的关键问题。然后，我们研究了潜在的网络威胁，包括缓存中毒攻击，缓存污染攻击，缓存侧信道攻击，缓存欺骗攻击，导致巨大的关注隐私，安全性和信任的内容放置，内容交付，和移动用户的内容使用，分别。在此之后，我们提出了一个面向服务和基于位置的高效密钥分发协议（SOLEK）作为一个例子，在移动边缘缓存的高效和安全的内容交付。最后，我们讨论了保护隐私的内容放置，高效和安全的内容交付，以及可信的内容使用，预计将吸引更多的关注和努力到安全的边缘缓存的潜在技术。
2020-12-06 cs.CR cs.NI
Cross-Layer Optimization of Fast Video Delivery in Cache-Enabled Relaying Networks
本文研究了跨层优化的快速视频传输和缓存的最小化的整体视频传输时间在两跳中继网络。半双工中继节点配备有缓存和缓冲器，这有利于联合调度的获取和交付，以利用信道的多样性，提高整体交付性能。快速交货控制被制定为一个两阶段的功能非凸优化问题。通过利用潜在的凸和拟凸结构，该问题可以准确和有效地解决了算法。仿真结果表明，显着的缓存和缓冲增益可以实现与建议的框架，这转化为减少整体视频传输时间。此外，缓存和缓冲增益之间的权衡被揭开。
2015-11-17 cs.IT cs.NI math.IT
Energy-Efficient Wireless Content Delivery with Proactive Caching
我们提出了一种智能的主动内容缓存方案，以减少无线下行链路的能量消耗。我们考虑在线社交网络（OSN）设置，其中新内容随着时间的推移而生成，并且在随机的生命周期内向用户保持\textit{relevant}。内容通过时变无线信道以取决于信道状态和下载的内容的数量的能量成本被下载到用户设备（UE）。用户在随机时刻访问OSN，并消费所有相关内容。为了减少能量消耗，我们提出了\textit{proactive caching}的内容在有利的信道条件下的有限容量的高速缓存存储器。假设信道质量（或等价地，下载数据的成本）是无记忆的时隙，我们表明，最佳的缓存策略，它可以取代内容在缓存中的剩余寿命较短的内容在服务器上，保持相关的时间较长，具有一定的阈值结构相对于信道质量。由于最优策略在实践中计算量很大，我们引入了一个简化的缓存方案，并使用策略搜索优化其参数。我们还提出了两个下界的能量消耗。我们通过数值模拟表明，所提出的缓存方案显着降低了能源消耗相比，传统的反应式缓存工具，并实现了接近最佳性能的各种系统参数。
2017-02-21 cs.IT cs.NI math.IT
Coded Caching for Delay-Sensitive Content
编码缓存是最近提出的技术，实现显着的性能增益缓存网络相比，未编码的缓存方案。然而，这种实质性的编码增益是以大的递送延迟为代价获得的，这在诸如视频流之类的延迟敏感的应用中是不可容忍的。在本文中，我们确定和调查的编码缓存的性能增益和交付延迟之间的权衡。我们提出了一个计算效率高的缓存算法，提供编码的收益和尊重延迟约束。该算法实现了大延迟的最佳性能，但仍然提供了小延迟的主要收益。这些收益证明在一个实际的设置与视频流原型。
2014-07-16 cs.IT cs.NI math.IT
Design and Optimization of VoD schemes with Client Caching in Wireless Multicast Networks
随着多媒体业务的爆炸式增长，视频点播（VoD）业务的可扩展性变得越来越重要。通过利用客户端潜在的缓存能力，视频片段预缓存可以提高视频点播组播传输的性能。在本文中，我们解决了客户端缓存启用VoD计划在无线多播网络中的异步请求的性能限制。反应和主动系统进行了研究。具体来说，对于反应式系统，视频按需传输，我们提出了一个联合缓存分配和组播交付计划，以尽量减少平均带宽消耗下的零延迟约束。针对视频周期性广播的主动系统，提出了一种缓存带宽分配算法和分发机制的联合设计，以在总带宽约束下最小化平均等待时间.除了客户端完整地查看视频的完整访问模式之外，我们还进一步考虑了具有随机端点、固定大小间隔和下载需求的访问模式。阐述了不同访问模式对资源分配算法和传递机制的影响。仿真结果验证了分析结果的准确性，也提供了有用的见解，在设计视频点播网络与客户端缓存。
2017-08-10 cs.IT cs.NI math.IT
Delay and Power Tradeoff with Consideration of Caching Capabilities in Dense Wireless Networks
在密集的小型小区网络（DSCN）中启用缓存功能对文件传输延迟和功耗有直接影响。大多数现有的工作研究这两个性能指标分别在启用缓存的DSCN。然而，文件传输延迟和功耗是相互耦合的，不能同时最小化。在本文中，我们研究这两个性能指标之间的最优交易。首先，我们制定了联合文件传输延迟和功耗优化（JDPO）的问题，其中功率控制，用户关联和文件放置联合考虑。然后我们将其转换为可以通过广义Benders分解（GDB）处理的形式。使用GDB，我们将转换后的JDPO问题分解为两个较小的问题，即，与功率控制相关的主要问题和与用户关联和文件放置相关的主问题。提出了一种迭代算法，并证明了该算法是$ε$ -最优的，该算法通过迭代求解原问题和主问题来逼近最优解。为了进一步降低主问题的复杂度，提出了一种基于半定松弛的加速算法。仿真结果表明，该算法能够在文件传输延迟和功耗之间达到最优折衷。
2019-03-19 cs.NI eess.SP
A Learning-Based Caching Mechanism for Edge Content Delivery
York University（约克大学）
本文提出基于风险率排序的轻量级学习缓存框架HR-Cache，通过预测请求的缓存友好性指导边缘缓存逐出决策，实验表明其相比LRU可节省2.2%至14.6%的广域网流量，优于现有启发式与学习型缓存方法。
2024-04-04 cs.DC cs.LG 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
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
Unmanned Aerial Vehicles in Logistics: Efficiency Gains and Communication Performance of Hybrid Combinations of Ground and Aerial Vehicles
无人驾驶飞行器（UAV）在各种智能交通系统（ITS）应用中得到了极大的普及，以提高交通系统的安全性和效率。在这种情况下，最近已经提出了地面车辆（例如送货卡车）与无人机的组合，以协助包裹的最后一英里拾取和递送。虽然飞行器可以通过灵活的路线和并行操作来提高效率，但高度可靠的无线通信也需要用于控制和协调可能以自组织方式行动的许多无人机。在本文中，我们分析了与传统交付相比，无人机在包裹交付中的使用所带来的改进，并提出了一个模拟框架，以进一步量化包裹交付物流的效率收益，并分析不同无线通信选项的性能。为此，我们考虑一个异构车辆路径问题与各种约束。我们考虑了两种方法，关于无人机的调度和恢复，并评估它们的好处，而不是用一个经典的卡车包裹交付。此外，我们还比较了两种网络技术，以实现无人机自组织团队与现实建模环境的协调：一种方法依赖于面向基站的长期演进（LTE），另一种方法是更分散的蜂窝车联网（C-V2X）解决方案。结果表明，通过使用无人机可以节省近40%的时间，并且可以通过利用分散的C-V2X通信来补偿面向基站的LTE方法中城市阴影对网络通信的负面影响
2019-11-07 cs.NI eess.SP
Joint Compute-Caching-Communication Control for Online Data-Intensive Service Delivery
新兴的Metaverse应用程序旨在提供高度互动和沉浸式体验，无缝融合物理现实和数字虚拟，正在加速对具有前所未有的存储，计算和通信要求的分布式计算平台的需求。为此，下一代网络的集成演进（例如，5G及以后）和分布式云技术（例如，雾和移动边缘计算），已经成为解决Metaverse应用程序的交互和资源密集型性质的有前途的范例。在本文中，我们专注于下一代分布式云网络中的计算，缓存和通信（3C）资源的联合编排的控制策略的设计，以有效地交付Metaverse应用程序，需要实时聚合，处理和分发多个实时媒体流和预存储的数字资产。我们通过有向非循环图描述元宇宙应用程序，该图能够对实时流处理和内容分发管道的组合进行建模。我们设计了第一个吞吐量-最优控制策略，该策略协调围绕（i）实时数据流的路由路径和处理位置以及（ii）相关数据对象的缓存选择和分发路径的联合决策。然后，我们提出的解决方案，包括一个最大吞吐量的数据库布局政策和两个有效的替换政策。此外，我们描述了所有研究方案的网络稳定区域。数值结果表明，通过新的多管道流量控制和3C资源编排机制的建议的政策，获得了优越的性能相比，缺乏完整的3C集成控制的最先进的算法。
2022-05-04 cs.NI cs.SY eess.SY
How SVC enables Distributed Caching in MEC?
随着对互联网视频服务交付的需求不断增长，服务提供商正面临着以亚秒级延迟交付超高清（2k/4k）视频的巨大挑战。多访问边缘计算（MEC）平台实际上通过在蜂窝网络边缘缓存流行内容来帮助实现这一目标。这不仅减少了传送延迟，而且减少了回程链路的负载和成本。然而，MEC平台在存储和处理能力方面受到资源约束的困扰;并且内容的集中式高速缓存可能通过降低卸载概率而使延迟减少的优点无效。在边缘的分布式缓存不仅提高了卸载概率，但也动态调整MEC服务器之间的负载分配。在这篇文章中，我们提出了一个架构部署MEC平台，利用可伸缩视频编码技术的特点。分层视频编码技术（例如可扩展视频编码（SVC））被内容提供方用来通过动态丢弃数据包以减少延迟来调整网络动态。我们展示了SVC视频如何轻松地在边缘进行分布式缓存。然后，我们调查的延迟存储权衡存储视频层在接入网络的不同部分。
2022-04-06 cs.NI cs.PF
NV-Fogstore : Device-aware hybrid caching in fog computing environments
通过在整个网络中放置分布式存储的边缘缓存是一种有前途的解决方案，可以减少延迟和内容交付的网络成本。随着即将到来的5G未来的到来，将创建数十亿个F-RAN（Fog-Radio Access Network）节点并用于边缘缓存。因此，部署在边缘的内存总量预计将增加100倍。目前，在CDN（内容分发网络）中使用的基于DRAM的高速缓存非常耗电且昂贵。我们的目的是降低F-RAN节点的拥有成本和经常性成本（功耗），同时保持服务质量。为了我们的目的，我们提出了NV-FogStore，一个可扩展的混合键值存储架构，用于在边缘缓存中利用非易失性存储器（如RRAM，MRAM，Intel Optane）。我们进一步详细描述了一种新颖的，分层的，写损坏，大小和频率感知的内容缓存策略H-贪婪我们的架构。我们表明，我们的政策可以根据性能目标进行调整，以降低功耗，能源消耗和总成本超过一个只有DRAM为基础的系统，只有一个相对较小的权衡平均访问延迟。
2020-10-20 cs.AR cs.NI
Blockchain-based Content Delivery Networks: Content Transparency Meets User Privacy
区块链是一种分散管理和数据安全的融合技术，最初是作为加密货币的核心技术引入的，例如，Bitcoin.自从在金融领域取得第一次成功以来，区块链在各个领域都表现出了巨大的潜力，例如，物联网和移动网络。在本文中，我们提出了一种新的基于区块链的内容分发网络（B-CDN）架构，该架构利用区块链技术的优势，提供一个分散和安全的平台，将内容提供方（CP）与用户连接起来。一方面，拟议的B-CDN将利用用户对不同CP的注册和订阅，同时由于区块链网络提供的虚拟身份而保证用户隐私。另一方面，B-CDN创建所请求内容的公共不可变数据库（来自所有CP），基于该公共不可变数据库，每个CP可以更好地评估用户对其内容的偏好。B-CDN的好处是通过一个边缘缓存应用程序，其中提出了一个基于特征的缓存算法的所有CP证明。用真实的Movielens数据集验证了所提出的缓存算法。观察到CP和用户之间的双赢关系，其中B-CDN提高了用户体验质量并降低了为CP交付内容的成本。
2019-01-22 cs.CR cs.NI
On Multi-Server Coded Caching in the Low Memory Regime
在本文中，我们确定了多服务器编码缓存问题时，每个用户的缓存大小是小的交付时间。我们提出了一个可实现的计划的基础上编码缓存内容的位置，并采用迫零技术在内容交付阶段。令人惊讶的是，在对比以前的多服务器的结果被证明是最优的乘法因子为2内，对于低内存制度，我们证明我们可以实现的计划是最优的。此外，我们比较了我们的计划与未编码的解决方案的性能，并显示我们的建议改进的未编码的计划。我们的研究结果也适用于多输入单输出广播信道（MISO-BC）的自由度（DoF）分析与缓存启用用户，其中多天线发射机取代多个服务器的作用。这表明，在低内存制度的干扰管理需要不同的缓存技术相比，中高内存制度在以前的作品中讨论。
2018-03-20 cs.IT cs.NI math.IT
