Multi-access Coded Caching with Optimal Rate and Linear Subpacketization under PDA and Consecutive Cyclic Placement
这项工作考虑了Hachem等人提出的多访问缓存系统，其中每个用户以循环环绕方式访问L个相邻高速缓存。我们首先提出了一个放置策略称为连续循环放置，它实现了最大的本地缓存增益。然后在连续循环放置下，从放置交付阵列（PDA）的角度推导出最优编码缓存增益，从而得到PDA速率的下界。最后，在连续循环放置下，我们构造了一类PDA，导致一个多路访问编码缓存方案与线性子分组化，这达到了我们推导出的下限的一些参数，而对于其他参数，实现编码缓存增益仅为1小于最佳的。分析和数值比较所提出的计划与现有的计划，以验证性能。
2022-09-07 cs.IT math.CO 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
New coded caching schemes from placement delivery arrays
低子包化和小传输速率的编码缓存方案在实践中是理想的，这是由于低实现复杂度和传输效率的要求。放置交付阵列（简称PDA）可用于生成编码缓存方案。然而，许多已知的编码高速缓存方案具有大的存储器比率。在本文中，我们认识到，一些计划与低的子分组产生的PDA不充分利用用户的缓存内容来创建组播的机会，从而提出克服这一缺点。作为应用，我们得到了两个新的方案与低的子包，这是显着的优势，在存储率和传输速率相比，原来的计划。
2020-08-24 cs.IT math.IT
Memory-Rate Tradeoff for Caching with Uncoded Placement under Nonuniform File Popularity
对于非统一的文件流行度的缓存，我们的目标是在未编码的缓存放置的内存速率权衡的特点。我们考虑最近提出的修改编码缓存方案（MCCS）与优化的缓存位置的基础上流行的第一的方法，以最大限度地减少平均交付率。我们介绍了两个信息理论的平均速率下未编码的放置缓存的下限。对于$K = 2$用户，我们表明，优化MCCS达到下限，是最佳的缓存与未编码的位置。对于具有不同文件请求的一般$K$用户，优化的MCCS达到基于流行度优先的下限。当有冗余的文件请求之间的$K$用户，我们显示了优化MCCS和下限，这是由于零填充通常用于编码交付之间可能的差距。我们分析了零填充的影响及其局限性。仿真研究表明，该损耗一般很小，仅在有限的情况下存在。
2021-01-16 cs.IT math.IT
Coded Caching with Shared Caches from Generalized Placement Delivery Arrays
我们考虑编码缓存问题与共享缓存，几个用户共享一个缓存，但每个用户只能访问一个单一的缓存。对于这个网络，编码缓存的基本限制是已知的集中式和分散式设置下未编码的放置。在集中式的情况下，为了实现编码缓存提供的增益，需要一个子分组化，其随着缓存的数量呈指数级增加。专用高速缓存网络也有类似的问题，并介绍了放置交付阵列（PDA）作为一个解决方案it. Using PDA的框架，我们提出了一个过程，以获得新的编码的共享高速缓存方案具有较低的子分组化要求。这个过程的优点是，我们可以将所有现有的PDA结构转换为共享缓存的编码缓存方案，从而导致低的子分组方案。我们还表明，Parrinello，Unsal和Elia（编码缓存与多个缓存，共享缓存和未编码的预取的基本限制）给出的最佳方案可以使用Maddah-Ali Niesen PDA恢复。
2021-07-01 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
Mobility-Aware Content Placement for Device-to-Device Caching Systems
用户移动性对D2D缓存网络中的最佳内容放置有很大影响。由于典型用户可以与停留在典型用户的D2D通信区域中的相邻用户通信，因此最佳内容放置应当根据用户移动性而改变。在考虑用户输入和输出的随机性的情况下，我们提出了一个优化问题，以最小化基站的平均数据负载。证明了基站平均数据负载的最小化问题可以转化为拟阵约束下的单调子模函数的最大化问题，并证明了贪心算法可以找到近似最优解.此外，当邻近用户的运动是快速的，最佳的内容放置导出在封闭的形式，通过合理的近似和松弛的帮助。在高流动性制度，最佳的内容放置示出缓存部分量的最流行的内容。
2020-01-02 cs.IT math.IT
Towards Jointly Optimal Placement and Delivery: To Code or Not to Code in Wireless Caching Networks
编码缓存技术最近受到了极大的关注，由于其可证明的收益，在减少无线网络中的数据传输的成本。然而，这些收益只是在免费安置阶段的假设下才得到证明。这种不切实际的假设造成了很大的限制，特别是在积极的布局策略可能导致显着的传输成本，甚至可能高于相应的交付阶段的成本的情况下。在本文中，我们放松了这一假设，并提出了一个通用的缓存框架，捕获的两个阶段的传输成本，因此，在最小化的缓存网络的整体速率的结果。我们通过一个成本结构，允许不同的网络架构和每次传输的成本，在整个布局和交付阶段的动态性质的网络模型。我们开始的情况下，个人用户没有限制的可用缓存内存和特征的联合最优解决方案作为我们的成本结构中的不同参数的函数。然后，我们描述了记忆约束的效果，在某些特殊情况下的最优解。有趣的是，我们的研究结果确定的区域，未编码的缓存方案优于其编码的对应。此外，编码缓存仅在放置阶段的网络架构不同于交付阶段时才能提供性能增益。
2020-03-24 cs.IT math.IT
A Cyclic Placement Strategy for Multi-access Coded Caching
针对用户循环访问多个缓存的编码缓存问题，提出一种结合编码放置与循环放置的方案，可在多种参数下降低传输速率，并在特定条件下达到最优。
2023-12-08 cs.IT math.IT
An Improved Multi-access Coded Caching with Uncoded Placement
在这项工作中，我们考虑一个轻微的变化，众所周知的编码缓存问题，称为多访问编码缓存问题，其中每个用户都可以访问$z$相邻的高速缓存在循环环绕的方式。针对这一问题，我们提出了一种在未编码布局约束下的布局和投递方案。我们的工作是B. Serbetci，E. Parrinello和P. Elia。更准确地说，当我们的计划是专门为$z=\frac{K-1}{K γ}$，对于任何$K γ$，其中$K$是用户的数量和$γ$是归一化的缓存大小，我们表明，我们的结果与他们的结果一致。我们表明，在这项工作中考虑的情况下，我们的方案优于K. S. Reddy和N. Karamchandani，除了该文件中考虑的一些特殊情况。我们还表明，对于$z= K-1$，我们的计划达到了最佳的传输速率。
2021-02-12 cs.IT math.IT
Design of Placement Delivery Arrays for Coded Caching with Small Subpacketizations and Flexible Memory Sizes
编码缓存是一种新兴的技术，以减少数据传输负载在高峰流量时间。在这样的方案中，数据中心或库中的每个文件通常被划分为多个分组，以基于每个用户的缓存处的设计放置来追求低广播速率。然而，该方案的实现复杂度随着分组数量的增加而增加。关键是设计一种具有小的子分组化水平的方案，同时保持相对较低的传输速率。已知用户中的高速缓存的设计（即，放置阶段）和广播（即，递送阶段）可以统一在一个矩阵中，即放置递送阵列（PDA）。本文提出了一种新的PDA结构，通过选择适当的正交表（POA），它推广了一些已知的结构，但具有更灵活的内存大小。基于所提出的PDA构造，进一步提出了一种有效的变换，以使编码缓存方案具有较小的子分组化级别。此外，两个新的编码缓存计划与编码的位置被认为是。结果表明，所提出的方案产生一个较低的子分组化水平和传输速率比一些现有的计划。
2022-01-05 cs.IT math.IT
On the Dynamic Centralized Coded Caching Design
编码缓存方案为我们提供了一个有效的框架，以实现额外的编码多播增益，利用编码到多个传输信号。编码缓存设计的目标是联合优化的放置和交付方案，以最大限度地减少传输的编码信号的量。然而，很少有研究工作考虑多轮编码缓存的设计问题，其中固定和移动用户可能共存于一个网络中不同数量的活跃用户存在于连续轮。显然，这种动态的网络配置可能会导致不希望的频繁放置缓存内容更新在用户端，如果我们假设编码缓存方案的每一轮分别。因此如何定制编码缓存设计，使得可以避免在放置阶段频繁的缓存内容更新，并且同时在多轮中保持交付阶段的全部缓存增益将变得非常期望。在本文中，通过仔细检查二分图表示的编码缓存方案，提出了一个动态集中式编码缓存设计的基础上，基于拼接的布局和饱和匹配的交付计划。分析结果表明，本文提出的动态编码缓存方案能够实现灵活的编码组播，并且是顺序最优的。
2019-06-20 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
Memory-Rate Tradeoff for Caching with Uncoded Placement under Nonuniform Random Demands
对于一个多用户的缓存系统，我们的目标是表征的内存速率权衡与未编码的缓存放置，根据非统一的文件流行度。关注于最近由Yu等人提出的修改的编码缓存方案（MCCS），我们制定的MCCS的缓存布局优化问题，以最大限度地减少不均匀的文件流行度下的平均交付率，限制到一类流行的第一个位置。然后，我们提出了两个信息理论上的平均速率与未编码的位置，一个一般的缓存位置和其他限制的流行第一的位置缓存的下限。通过比较优化的MCCS的平均速率与下限，我们证明了优化的MCCS达到一般的下限为两个用户的情况下，提供准确的内存速率折衷。此外，它获得了基于流行度第一的情况下，一般K用户的不同文件请求的下限。在这两种情况下，我们的研究结果还表明，流行第一的位置是最佳的MCCS，和零填充编码交付中使用的不会导致最优性的损失。对于K个用户有冗余文件请求的情况，我们的分析表明，由于零填充，优化的MCCS和下限之间可能存在差距。接下来，我们充分表征的最佳流行第一的缓存放置MCCS，这是具有一个简单的文件分组结构，可以通过一个有效的算法，使用封闭形式的表达式计算。最后，我们扩展我们的研究，以适应不均匀的文件的流行程度和大小，在那里我们表明，优化MCCS达到了两个用户的情况下，提供确切的内存速率权衡的下限。数值结果表明，对于一般的设置，优化MCCS之间的差距，下限只存在于有限的情况下，是非常小的。
2022-07-27 cs.IT math.IT
On the Placement Delivery Array Design for Coded Caching Scheme in D2D Networks
编码高速缓存方案是作为在设备到设备（简称D2 D）通信中的峰值时间期间减少无线网络负担的解决方案的有效技术。在编码的高速缓存方案中，每个文件块应该被划分为$F$数据包。设计一种编码缓存方案，使缓存速率和$F$尽可能小，对于D2 D网络的实际应用具有重要意义。在本文中，我们首先通过一个简单的阵列称为D2 D放置交付阵列（DPDA在镜头）的D2 D网络的编码缓存方案的特点。因此，可以借助于适当的DPDA来讨论用于D2 D网络的一些编码缓存方案。其次，我们推导了DPDA的速率和$F$的下界。根据这两个下界，我们证明了先前已知的由Ji等人提出的确定方案，(IEEE Trans.通知。Theory，62（2）：849- 869，2016）达到我们的速率下限，但对于某些参数不满足$F$的下限。最后，对于这些参数，我们构造了三类DPDA，满足我们的两个下界。基于这些DPDA，针对D2 D网络获得了具有低速率和较低$F$的三类编码缓存方案。
2017-12-18 cs.IT math.IT
D2D-Enabled Mobile User Edge Caching: A Multi-Winner Auction Approach
在支持设备到设备（D2D）的缓存蜂窝网络中，用户终端（UT）协作地存储并共享来自基站（BS）的大量流行内容，以用于业务卸载和递送延迟减少。在这篇文章中，研究了D2D使能的缓存蜂窝网络中基于多赢家拍卖的缓存放置，以用于UT边缘缓存激励和内容缓存冗余减少。首先，对UT边缘缓存的多赢家一次拍卖进行建模，该拍卖针对多个UT拍卖多个内容。然后，内容缓存收入最大化的优化问题制定。具体地，UT之间的“缓存冲突”约束关系被用作问题中的约束之一，以减少UT移动场景中的内容缓存冗余。通过半定规划（SDP）松弛来求解该问题，以获得近似的最优缓存位置。此外，拍卖的支付策略被开发为一个纳什讨价还价的游戏，为个人的利润公平的UT谁赢得了拍卖的内容缓存。随后，提出了一种多赢家一次拍卖的缓存（MOAC）放置算法。此外，针对MOAC算法的高复杂度，本文进一步提出了一种启发式的基于多赢家重复拍卖的缓存放置（MRAC）算法，该算法在性能损失很小的情况下大大降低了算法的复杂度。仿真结果表明，与现有的缓存放置算法相比，本文提出的算法能够有效降低网络流量和平均内容访问延迟。
2019-10-18 cs.IT cs.NI math.IT
Backhaul-Aware Caching Placement for Wireless Networks
随着移动应用的容量需求不断增加，回程网络正在成为下一代无线网络中支持高质量体验（QoE）的瓶颈。在基站（BS）处的内容缓存是减轻回程负担和减少用户感知延迟的有前途的方法。在本文中，我们考虑一个无线缓存网络，所有的BS连接到一个中央控制器通过回程链路。在这样的网络中，如果数据被预先缓存，则用户可以从候选BS获得所需的数据。否则，需要首先从中央控制器向本地BS检索用户数据，这在回程上引入了额外的延迟。为了减少下载延迟，需要优化缓存放置策略。我们制定这样一个设计问题，最小化的平均下载延迟超过用户请求，受到每个BS的缓存容量约束。与现有的工作不同，我们的模型考虑了基站在无线接入中的合作，并充分了解回程链路上的传播延迟。设计问题是一个混合整数规划问题，是非常复杂的，因此我们放松的问题，并提出了一个低复杂度的算法。仿真结果表明，该算法可以有效地确定接近最优的缓存放置，并提供显着的性能增益比传统的缓存放置策略。
2015-09-02 cs.IT cs.NI math.IT
Exploiting Reconfigurable Intelligent Surfaces in Edge Caching: Joint Hybrid Beamforming and Content Placement Optimization
边缘缓存可以有效地减少核心网的回程负担，提高无线边缘节点的服务质量。然而，当卸载链路处于深度衰落时，边缘缓存的有益作用不能完全实现。幸运的是，无线传播环境引起的损伤可以通过可重构智能表面（RIS）来修复。本文提出了一种新的RIS辅助边缘缓存系统，其中网络成本最小化问题，制定优化内容放置在缓存单元，主动波束形成在基站和被动相移在RIS。在将内容放置子问题与混合波束形成设计解耦后，我们提出了一种交替优化算法来解决主动波束形成和被动相移问题。对于主动波束形成，我们将问题转化为半定规划（SDP），并证明了SDP的最优解总是秩1。对于被动相移，我们引入块坐标下降法交替优化辅助变量和RIS相移。在此基础上，提出了一种基于流形优化的共轭梯度算法来处理非凸单位模约束。数值结果表明，我们的RIS辅助边缘缓存设计可以有效地降低回程容量和功耗方面的网络成本。
2020-11-07 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
Benefits of Coded Placement for Networks with Heterogeneous Cache Sizes
在这项工作中，我们研究编码放置在缓存系统中的用户有不平等的缓存大小，并证明其性能优势。特别是，我们提出了一个缓存计划与编码的位置为三个用户的系统，优于最好的缓存计划与未编码的位置。在我们提出的方案中，用户缓存未编码和编码的文件，并在用户与大内存的编码件解码使用单播/组播信号旨在为用户提供较小的内存。此外，我们将所提出的方案扩展到更大的系统，并表明与未编码的放置相比，编码放置可以减少交付负载。
2018-11-09 cs.IT math.IT
On the Placement Delivery Array Design in Centralized Coded Caching Scheme
缓存技术是一种很有前途的解决方案，以满足日益增长的多媒体业务的需求。在缓存网络中，编码缓存是最近提出的技术，实现显着的性能增益超过未编码的缓存方案。然而，为了实现编码的高速缓存方案，每个文件必须被分割成$F$分组，该分组通常随着用户$K$的数量呈指数级增加。因此，设计降低$F$的阶数的缓存方案对于实际实现是有意义的。本文通过对Ali-Niesen缓存方案的回顾，首先提出了一种布局分发阵列（PDA）设计问题，以表征单个阵列的布局问题和分发问题。此外，我们表明，通过设计适当的PDA，可以发现新的集中式编码缓存方案。其次，证明了Ali-Niesen方案对应于一类特殊的PDA，它以最少的$F$实现最佳的编码增益。第三，我们提出了一种新的PDA结构的集中式缓存系统，其中每个用户的缓存大小$M$（相同的缓存大小被假定在所有用户）和文件的数量$N$满足$M/N=1/q$或${(q-1)}/{q}$（$q$是一个整数，使得$q\geq 2$）。新的结构可以将所需的$F$从Ali-Niesen方案的$O\left(e^{K\cdot\left(\frac{M}{N}\ln \frac{N}{M} +(1-\frac{M}{N})\ln \frac{N}{N-M}\right)}\right)$阶分别降低到$O\left(e^{K\cdot\frac{M}{N}\ln \frac{N}{M}}\rig…
2016-12-18 cs.IT math.IT
An Index Coding Approach to Caching with Uncoded Cache Placement
高速缓存是一种有效的方式，以减少网络流量拥塞在高峰时间，通过存储一些内容在用户的本地缓存存储器，即使不知道用户的后续需求。Maddah-Ali和Niesen提出了一种两阶段（放置阶段和交付阶段）的编码缓存策略，用于具有缓存辅助用户的广播信道。本文探讨了相同的模式下的约束，内容被放置在未编码的缓存，也就是说，当位的文件被简单地复制在缓存。当缓存内容未被编码而用户的需求被揭示时，缓存问题可以被连接到索引编码问题。本文的重点是通过使用工具的索引编码问题，无论是已知的或新开发的这项工作中的缓存问题的基本性能限制。首先，基于“非循环索引编码逆界”，给出了未编码缓存放置约束下缓存问题的逆界。证明了当文件数不小于用户数时，Maddah-Ali和Niesen方案可实现该逆界，否则，新导出的索引编码方案可实现该逆界.所提出的索引编码可实现方案基于分布式信源编码，严格改进了广泛使用的“复合（索引）编码”可实现界及其改进，具有独立的意义。本文的研究结果的一个重要后果是，Maddah-Ali和Niesen提出的编码缓存问题的进步，因此，只有通过考虑与编码放置阶段的战略是可能的。然而，Yu等人最近的一项工作表明，与本文提出的结果相比，编码缓存放置最多可以减少一半的网络负载。
2020-01-14 cs.IT math.IT
The Optimal Memory-Rate Trade-off for the Non-uniform Centralized Caching Problem with Two Files under Uncoded Placement
针对非均匀需求下的集中式编码缓存问题，提出了一种新的解决方案。所提出的布局策略的显着特点是，它承认平等的子包化的所有文件，同时允许用户分配更多的缓存的文件更受欢迎。这在传递阶段中创建了自然的广播机会，这同时对请求不同流行度的文件的用户有帮助。对于两个文件的情况下，我们提出了一种新的交付策略的基础上干扰对齐，使每个用户解码他想要的文件后，两层剥离解码器。此外，我们扩展了现有的逆界一致的需求下未编码的位置，非均匀的情况下。为了实现这一点，我们构建$N!$辅助用户，对应于所有排列的$N$文件，每个缓存仔细选择的子包的文件。每个辅助用户提供不同的逆向边界。总的逆界是所有这些$N!$界的最大值。我们证明，我们的两个文件的情况下，可实现的传输速率满足这一逆，从而建立最佳预期的内存速率权衡的情况下，$K$用户和两个文件的任意流行下未编码的位置。
2019-07-25 cs.IT math.IT
On Caching with More Users than Files
高速缓存似乎是一种有效的方式，以减少高峰时段的网络流量拥塞，通过存储在用户的高速缓存中的一些内容，而不知道以后的需求。最近，Maddah-Ali和Niesen提出了一个两阶段，放置和交付阶段，集中式系统（其中用户之间的协调是可能的放置阶段）和分散式系统的编码缓存策略。本文研究了相同的设置下，进一步假设用户的数量大于文件的数量。通过使用相同的未编码的放置策略的Maddah-Ali和Niesen，提出了一种新的编码的交付策略，因为一个文件可能会要求由多个用户产生的多播机会的利润。所提出的交付方法被证明是最佳的约束下的未编码的位置集中式系统的两个文件，而且它是优于已知的缓存策略集中式和分散式系统。
2016-01-26 cs.IT math.IT
A Novel Scheme for Coded Caching with Coded Placement in Small Memory Regime
本文针对小内存场景下 N≤K 的编码缓存系统，提出一种放置与传输阶段均采用线性编码的新方案，通过多步传输实现干扰消除，在 K 与 N 相近时性能优于现有方法，并保持可控子分包水平和大小为 3 的有限域运算。
2024-06-10 cs.IT math.IT
Placement Delivery Array Design for Combination Networks with Edge Caching
Maddah-Ali-Niesen编码高速缓存技术的主要实际限制是它们的高子分组化水平。Yan \emph{et al.}针对单服务器多用户的简单网络，提出了一种使用所谓的布局交付阵列（PDA）的替代方案。这种方案需要稍高的传输速率，但显著降低了子分组化水平。在本文中，我们扩展了PDA的框架，并提出了三个低子分组化方案的组合网络，即，具有单个服务器、多个中继和连接到中继子集的多个高速缓存辅助用户的网络。其中一种方案在高速缓存存储器足够大时实现了链路速率的割集下限。我们的另外两个方案只适用于\emph{resolvable}组合网络。对于这些网络和广泛的高速缓存大小，新的计划执行接近直接应用Maddah-Ali-Niesen计划的编码缓存计划，同时具有显着降低的子分组化水平。
2020-01-21 cs.IT math.IT
Extended Placement Delivery Arrays for Multi-Antenna Coded Caching Scheme
多天线编码缓存问题，其中具有$L$发送天线的服务器通过无线广播链路与$K$用户通信，得到解决。在问题设置中，服务器有一个$N$文件库，每个用户都配备了一个容量为$M$的专用缓存。针对上述多天线编码缓存问题，提出了扩展放置传递阵列（EPDA）的思想，该阵列由特殊符号$\star$和集合$\{1,2,\dots,S\}$中的整数组成.从$(K,L,F,Z,S)$ EPDA，可以获得具有$K$用户的多天线编码缓存方案和具有$L$发射天线的服务器，其中归一化存储器$\frac{M}{N}=\frac{Z}{F}$和递送时间$T=\frac{S}{F}$。放置交付阵列（用于单天线编码缓存方案）是一类特殊的具有$L=1$的EPDA。对于多天线编码缓存方案构造EPDA，它示出了，可以实现的最大可能的自由度（DoF）是$t+L$，其中$t=\frac{KM}{N}$是一个整数。此外，提出了两种EPDA的构造：a）$ K=t+L$，和b）$K=nt+(n-1)L, \hspace{0.1cm}L\geq t$，其中$n\geq 2$是整数。在从这些EPDA得到的多天线方案中，实现了完整的DoF，同时需要子分组化数$\frac{K}{\text{gcd}(K,t,L)}$。该子分组数小于文献中先前已知的方案所需的子分组数。
2022-01-25 cs.IT math.IT
Centralized Hierarchical Coded Caching Scheme over Two-Layer Networks
本文考虑了一个分层缓存系统，其中一个服务器连接多个镜像站点，每个连接一组不同的用户，镜像站点和用户都配备了缓存内存。虽然已经存在研究这种设置并提出编码缓存方案以减少传输负载的工作，但仍存在两个主要问题需要解决：1）由$R_1$表示的第一跳的未编码放置下的最佳通信负载仍然未知。2)以前的方案是基于Maddah-Ali和Niesen的数据放置和传送，这需要较高的子分组化水平。如何在分层缓存系统中实现传输负载和子分组化级别之间的良好折衷还不清楚。在本文中，我们旨在解决这两个问题。我们首先提出了一个新的组合结构命名为分层放置交付阵列（HPDA），它的特点是任何分层缓存系统的数据放置和交付。然后，我们构造两类HPDA，其中第一类导致在某些情况下实现最佳$R_1$的方案，而第二类需要较小的子分组级别，但代价是稍微增加传输负载。
2022-09-25 cs.IT 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
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
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
Optimizing The Spatial Content Caching Distribution for Device-to-Device Communications
我们研究了设备到设备（D2D）网络中的内容流行度遵循Zipf定律的最优地理内容放置问题。我们考虑D2D缓存模型，其中D2D用户（缓存）的位置由泊松点过程（PPP）建模，并且具有有限的通信范围和有限的存储。与大多数相关的工作，假设独立放置的内容，并没有捕捉到的用户的位置，我们模型的空间属性的网络，包括空间相关性的缓存内容。我们提出了两个新的空间相关性模型，可交换的内容模型和Matérn（MHC）的内容放置模型，并分析和优化的\emph{hit probability}，这是一个给定的D2D节点在其通信范围内的另一个节点找到所需的文件的概率。我们将这些结果与独立配售模型进行了对比，发现可交换配售的表现更差。另一方面，MHC放置产生更高的缓存命中概率比独立放置小的缓存大小。
2016-08-28 cs.IT cs.NI math.IT
On Decentralized Multi-Transmitter Coded Caching
本文研究了一种由多个发射机组成的设置，通过线性网络为多个启用缓存的客户端提供服务，该网络涵盖有线和无线传输情况。我们调查分散编码缓存的情况下，有没有合作或有限的合作客户端之间的缓存内容放置阶段。对于完全分散的高速缓存情况（即，没有合作），我们根据编码延迟度量来分析系统的性能。此外，我们研究了混合缓存内容放置场景，其中存在具有不同缓存内容放置情况的两组用户（即，有限合作）。此外，我们研究有限的文件大小在上述情况下的效果。
2021-09-14 cs.IT cs.NI math.IT
Combinatorial Multi-Access Coded Caching: Improved Rate-Memory Trade-off with Coded Placement
本文针对组合多接入编码缓存问题，提出两种基于MDS码编码放置的缓存方案，分别在高内存和低内存区域优于未编码放置最优方案，并推导信息论下界证明其最优性或常数因子近似最优。
2024-01-17 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
On the Optimality of D2D Coded Caching with Uncoded Cache Placement and One-shot Delivery
我们考虑由Ji，Caire和Molisch [1]引入的类型的高速缓存辅助的无线设备到设备（D2D）网络，其中放置阶段由中央服务器编排。我们假设设备的缓存充满了未编码的数据，整个内容数据库包含在缓存的集合中。在缓存放置阶段之后，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的最佳负载内存权衡的假设下，未编码的位置和一次性交付。特别地，对于每个用户处置的给定的个体高速缓存存储器大小，我们导出D2D传输的最小平均值（在均匀分布的需求下）和最小最坏情况的总负载。此外，我们表明，该方案的性能是在信息理论的最佳因素$4$。利用一次性交付属性，我们还提出了一个扩展所提出的计划，提供对随机用户不活动的鲁棒性。
2021-06-12 cs.IT math.IT
Randomized Caching in Cooperative UAV-Enabled Fog-RAN
我们认为一个无人机启用（无人机启用）雾无线电接入网络（F-RAN）中，无人机被认为是飞行远程无线电头（RRH）配备缓存和合作通信能力。我们主要关注的是概率/随机的内容放置策略，并相应地制定内容放置作为一个优化问题。然后，我们通过评估平均系统容量和其能量效率来研究所提出的内容放置的效率。我们的研究结果表明，合作通信中起着至关重要的作用，无人机使能的边缘通信，因为它有效地抑制了主要的视线（LOS）接收干扰的影响。还可以看出，协同缓存使能的UAV F-RAN在高层环境中比密集的城市和郊区环境中表现得更好。这是由于高层建筑物的阻挡显著降低了接收到的LOS干扰，以及协作通信对参与信号的性能增益。比较性能的内容放置策略和传统的缓存技术表明，我们提出的概率/随机缓存优于其他在大多数的实际情况下。
2019-02-22 cs.IT math.IT
Coded Caching via Federated Deep Reinforcement Learning in Fog Radio Access Networks
研究了光纤陀螺无线接入网中编码缓存的放置策略设计。通过考虑时变内容流行度，利用联合深度强化学习来学习我们编码缓存方案的放置策略。最初，放置问题被建模为马尔可夫决策过程（MDP），以捕捉流行度的变化，并尽量减少长期的内容访问延迟。通过决斗双深度Q学习（决斗DDQL）来解决重新表达的顺序决策问题。然后，采用联邦学习对相对低维的局部决策模型进行学习，并对全局决策模型进行聚合，避免了对带宽资源的过度消耗，避免了直接学习高维状态空间的复杂编码缓存决策模型。仿真结果表明，我们提出的方案优于基准在减少内容访问延迟，保持性能稳定，并在本地缓存增益和全局组播增益之间的权衡。
2022-06-23 cs.IT math.IT
Some new bounds of placement delivery arrays
编码缓存技术是一种在无线网络系统中减少高峰流量期间负载的技术。放置递送阵列（Placement Delivery Array，简称PDA）是由Yan等人首先提出的。它可以用来设计编码缓存方案。本文证明了元上PDA的一些下界和列上PDA的一些下界。我们也给出了一些最优PDA的构造。
2017-03-27 cs.IT math.IT
Optimal Placement Delivery Arrays from $t$-Designs with Application to Hierarchical Coded Caching
本文从组合$t$-设计出发提出两类新的放置交付阵列（PDA）构造，在低子包化水平下改进传输速率并达到$S$下界，进而构造分层放置交付阵列（HPDA）用于两层编码缓存系统。
2024-02-26 cs.IT math.IT
On the Optimality of Uncoded Cache Placement
缓存是一种有效的方法，以减少高峰时间的网络流量拥塞，通过存储在用户的本地缓存的内容，而不知道以后的需求。Maddah-Ali和Niesen发起了对缓存系统的基础研究;他们提出了一个方案（使用未编码的缓存放置和线性网络编码交付），该方案可证明是最佳的，在12倍之内。在本文中，通过注意到，当缓存内容和需求是固定的，缓存问题可以看作是一个索引编码问题，我们显示了最优的Maddah-Ali和Niesen的计划，假设缓存的位置被限制为未编码和用户的数量不小于文件的数量。此外，这一结果表明，进一步改善Maddah-Ali和Niesen的计划，在这种制度下，只能通过编码缓存的位置。
2015-11-06 cs.IT math.IT
Decentralized Caching Schemes and Performance Limits in Two-layer Networks
我们研究了一个两层网络中的分布式缓存方案，该网络包括一个服务器，多个助手和多个用户。基本上，建议的缓存方案包括两个阶段，即放置阶段和交付阶段。在放置阶段，每个助手/用户随机和独立地从服务器选择内容并将其存储到其存储器中。在交付阶段，用户向服务器请求内容，服务器通过帮助器满足每个用户。不同于现有的缓存方案，建议的缓存方案考虑到在放置阶段的帮助者和用户的预存储的内容来设计交付阶段。同时，建议的缓存方案利用索引编码在交付阶段，并利用多播的机会，即使不同的用户请求不同的内容。此外，我们分析了所提出的缓存方案的性能限制的特点，并表明，所提出的缓存方案的可实现的速率区域位于恒定的利润率的信息理论的最佳。特别地，乘性因子和加性因子分别被仔细锐化为$\frac{1}{48}$和$4$，这两者都优于现有技术。最后，仿真结果表明，所提出的缓存方案相比，艺术状态的优势。
2018-10-11 cs.IT math.IT
Placement Delivery Array Design via Attention-Based Deep Neural Network
Maddah-Ali和Niesen提出了一种分散的编码缓存方案，并已被证明可以减轻网络负载。最近，放置交付阵列（PDA）被提出来表征编码缓存方案。在本文中，首先提出了一个神经结构来学习PDA的建设。该模型利用神经注意机制和强化学习解决了PDA大小可变的问题。它不同于以往的尝试，它不是使用组合优化算法来获得PDA，而是使用序列到序列模型来学习构造PDA。数值结果表明，该方法可以有效地实现编码缓存。我们还表明，我们的方法来构建PDA的复杂性是低的。
2018-05-02 cs.IT math.IT
Spatial Soft-Core Caching
我们提出了一个分散的空间软核缓存放置（SSCC）的无线网络政策。SSCC通过跨缓存的负相关性产生空间平衡的采样，并且可以被调整以高概率满足缓存大小约束。给定所需的缓存命中概率，我们比较了95%的置信区间所需的缓存大小的独立放置，硬核放置和SSCC政策。我们证明，在所需的高速缓存存储大小方面，SSCC可以提供高达180%以上和100%的收益相对于独立和硬核放置政策，分别。SSCC可以用于实现基于邻近度的应用，例如设备到设备通信和对等网络，因为它促进了节点之间的项目多样性和互惠。
2019-01-30 cs.IT cs.NI math.IT
Low-Complexity Multi-Antenna Coded Caching Using Location-Aware Placement Delivery Arrays
本文提出位置感知放置交付阵列（LAPDA）和加权最大最小预编码，实现低复杂度多天线编码缓存，在非均匀缓存下显著降低平均及95百分位交付时间。
2023-07-09 cs.IT eess.SP math.IT
On the Fundamental Limits of Device-to-Device Private Caching under Uncoded Cache Placement and User Collusion
在编码缓存问题中，最初由Maddah-Ali和Niesen提出，服务器通过无噪声共享广播链路与具有本地存储能力的多个用户进行通信。为了使用户能够从编码的多播传输中解码出其所需的文件，所有用户的需求必须是全局已知的，这可能会侵犯用户的隐私。为了克服这个隐私问题，Wan和Caire最近提出了几种方案，这些方案在获得编码多播增益的同时保证了用户需求的信息论隐私。在设备到设备（D2 D）网络中，需求隐私问题由于每个用户也是发送器的事实而进一步恶化，发送器看起来需要其余用户所要求的文件的知识以便形成其编码的多播传输。本文展示了如何解决这个看似不可行的问题。本文的主要贡献是开发新的可实现的和相反的界限D2 D编码缓存，是在一个恒定的因素，彼此的隐私时，用户的需求必须得到保证，即使在存在串通用户。
2022-05-05 cs.IT math.IT
Improved Hotplug Caching Schemes Using PDAs and t-Designs
本文提出热插拔放置交付阵列（HpPDA）概念，用于描述热插拔编码缓存系统的放置与交付阶段，并通过改进现有方案和利用t-设计构造新方案来提升速率，证明在三活跃用户场景下可达割集界。
2024-02-22 cs.DM cs.IT math.IT
The Optimal Placement Delivery Arrays
在无线网络中，编码缓存是一种有效的技术，以减少网络拥塞在高峰流量时间。最近，一个新的概念被称为放置交付阵列（PDA）提出来描述编码缓存方案。到目前为止，已知只有Maddah-Ali和Niesen开发的一类PDA是最佳的。在本文中，我们主要集中在构建最佳的PDA。首先，我们得到一些下界。接下来，我们提出了几个无限类的PDA，这是最佳的新的界限。
2017-01-09 cs.IT math.IT
Decentralized Caching under Nonuniform File Popularity and Size: Memory-Rate Tradeoff Characterization
本文研究非均匀文件流行度与大小下的去中心化缓存存储-速率折中，提出逐次几何规划近似算法和基于文件分组的低复杂度策略优化D-MCCS缓存放置，证明其在特定条件下可达下界并表征精确折中。
2023-06-26 cs.IT math.IT
Content Caching and Delivery in Wireless Radio Access Networks
当今的移动数据流量由面向内容的流量主导。在网络边缘缓存流行内容可以缓解网络拥塞并减少内容交付延迟。本文提供了一个全面的和统一的研究在无线接入网络（RAN）的缓存和交付技术在所有边缘节点（EN）和用户设备（UE）。考虑三种高速缓存辅助RAN架构：没有前传的RAN、具有专用前传的RAN和具有无线前传的RAN。它首先在教程性质中回顾了缓存如何通过启用干扰消除（IC）、迫零（ZF）和干扰对齐（IA）来促进这些网络中的干扰管理。然后，提出了两种新的交付方案。一种是用于具有专用前传的RAN，其考虑在EN处的集中式高速缓存放置，但在UE处的集中式和分散式放置。该方案将IA、ZF和IC与软传输前传结合在一起。另一种是用于具有无线前传的RAN，其考虑在所有节点处的分散式缓存放置。它利用无线前传的广播性质来获取不仅未缓存，但也缓存的内容，以提高ENs之间的传输合作。数值结果表明，这两种方案优于现有的结果为广泛的系统参数，由于各种缓存的收益机会主义。
2019-04-16 cs.IT math.IT
On Optimal Geographical Caching in Heterogeneous Cellular Networks
在这项工作中，我们研究最佳的地理缓存在异构蜂窝网络中，不同类型的基站（BS）有不同的缓存容量。用户根据已知的概率分布从内容库请求文件。性能度量是总命中概率，其是在平面中的任意位置处的用户将在其所覆盖的BS之一中找到其需要的内容的概率。我们考虑的问题，最佳地放置在所有BS的内容联合。由于这个问题是不凸的，我们提供了一个启发式的计划，找到一种类型的基站的条件下放置在所有其他类型的最佳放置策略。我们证明，这些个人的优化问题是凸的，我们提供了一个解析解。作为一个例子，我们发现的最佳布局策略的小基站（SBS）取决于宏基站（MBS）的布局策略。我们展示了命中概率如何随着SBS部署密度的变化而变化。我们发现，最受欢迎的内容在MBS的启发式几乎是最佳的SBS部署后，最佳的放置策略。此外，对于SBS，不能使用这种启发式方法;最佳放置明显优于存储最受欢迎的内容。最后，我们表明，解决个别问题，找到最佳的放置策略，为不同类型的BS迭代，即反复更新的放置策略，并没有提高性能。
2017-01-23 cs.IT cs.NI math.IT
On the Optimality of Ali-Niesen Decentralized Coded Caching Scheme With and Without Error Correction
分散编码缓存是在[M.~]中提出的。A. Maddah-Ali和U.~ Niesen，“分散式编码缓存达到顺序最优内存速率权衡"，\emph{IEEE/ACM Trans. Networking}，卷~。23，不。4，pp. 1029- 1040，2015年8月]，其中不需要内容放置的协调。在本文中，与$N$文件和$K$用户，首先它表明，分散编码缓存方案的阿里和Niesen是最佳的$N \geq K$使用索引编码技术。接下来，考虑共享链路容易出错的情况。对于这种情况下，提出了一个最佳的纠错传输方案的编码缓存问题与分散放置。当有有限个传输错误时，得到了最坏情况下的速率表达式。
2019-03-05 cs.IT math.IT
Hierarchical Coded Caching in High Memory Regime with Coded Placement
本文针对两层分层编码缓存网络，提出基于编码放置的两种方案，在特定内存点及较小 $K_2$ 时优于现有方案，并用复合速率度量评估总带宽。
2025-01-20 cs.IT math.IT
Spatial Concentration of Caching in Wireless Heterogeneous Networks
我们提出了一个分散的高速缓存策略，使内容放置决策的基础上成对的高速缓存节点之间的相互作用的无线异构网络。我们称我们提出的方案γ-排除缓存放置（GEC），其中参数γ控制排除半径，阻止附近的缓存存储冗余内容。GEC考虑了项目的流行度和节点的缓存优先级，并利用负相关来放松经典的0-1背包问题，以产生空间上平衡的采样跨缓存。我们表明，GEC保证了更好的浓度（降低方差）所需的高速缓存存储的大小比最先进的，高速缓存大小的限制，可以满足高概率。给定一个缓存命中概率目标，我们比较了三种缓存方案所需的缓存大小的95%置信区间：（i）独立放置，（ii）硬排除缓存（HEC），和（iii）建议的GEC方法。对于均匀的空间流量，我们证明，GEC提供了约3倍和2倍的减少所需的缓存大小分别超过（i）和（ii）。对于基于城市场景中实际高峰时间变化的非均匀空间交通，收益甚至更大。
2021-01-06 cs.IT cs.NI math.IT
