ذخیره‌سازی موقت در شبکه‌های با رسانه مشترک در شرایط محبوبیت غیر یکنواخت و ناهمگن محتوا با استفاده از روش‌های مکاشفه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
عبدالله غفاری‌ششجوانی 1
احمد خونساری 2
سید‌پویا شریعت‌پناهی 3
معصومه مرادیان 4
1 دانشجوی دکتری، مهندسی کامپیوتر، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 دانشیار، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر ، دانشگاه تهران، تهران، ایران
3 استادیار، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر ، دانشگاه تهران، تهران، ایران
4 پژوهشگر پسادکتری، پژوهشکده علوم کامپیوتر ، پژوهشگاه دانشهای بنیادی، تهران، ایران
چکیده
ذخیره‌سازی موقت یکی از راهکارهای جذاب برای کاهش هزینه و تأخیر دستیابی به داده‌های موردنظر در کاربردهای مختلف ازجمله پردازشگرها و شبکه‌های مخابراتی است. در این مقاله، مسئله ذخیره‌سازی موقت با استفاده از روش ترکیبی کدشده-غیرکدشده در شبکه‌های با رسانه مشترک در حالت غیریکنواخت و ناهمگن بودن محبوبیت محتواها مورد توجه قرار گرفته است. در حالت ناهمگن بودن محبوبیت، که در آن محبوبیت محتواها در مکان‌های مختلف متفاوت است، یافتن جانمایی بهینه در ذخیره‌سازهای موقت رام‌نشدنی و از پیچیدگی ترکیبیاتی است. لذا در این مقاله چندین روش مکاشفه‌ای برای ذخیره‌سازی موقت در شرایط ناهمگن بودن محبوبیت محتوا ارائه خواهد شد که مبتنی بر انجام مصالحه بین محبوبیت محلی و محبوبیت سراسری و انجام خوشه‌بندی هستند. روش‌های پیشنهادی از طریق تحلیل عددی و شبیه‌سازی مورد ارزیابی و مقایسه با روش‌های قبلی قرار گرفته است. نتایج ارزیابی‌ها نشان می‌دهد که نرخ ترافیک روی رسانه مشترک با استفاده از روش‌های مکاشفه‌ای مبتنی بر روش ذخیره‌سازی موقت ترکیبی به میزان قابل‌توجهی کمتر از روش‌های قبلی ازجمله روش‌های کدشده محض و غیرکدشده محض است.
 

کلمات کلیدی
کلیدواژه‌ها
ذخیره سازی موقت
توزیع محبوبیت غیریکنواخت
توزیع محبوبیت ناهمگن
ذخیره سازی موقت ترکیبی کدشده-غیرکدشده
رسانه اشتراکی
  • V. Chandrasekhar, J. G. Andrews and A. Gatherer, "Femtocell networks: a survey," IEEE Communications magazine, vol. 46, no. 9, 2008.
  • K. Shanmugam, N. Golrezaei, A. G. Dimakis, A. F. Molisch and G. Caire, "Femtocaching: Wireless content delivery through distributed caching helpers," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 59, p. 8402–8413, 2013.
  • G. Paschos, E. Bastug, I. Land, G. Caire and M. Debbah, "Wireless caching: Technical misconceptions and business barriers," IEEE Communications Magazine, vol. 54, p. 16–22, 2016.
  • Y. Chen, M. Ding, J. Li, Z. Lin, G. Mao and L. Hanzo, "Probabilistic small-cell caching: Performance analysis and optimization," IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 66, p. 4341–4354, 2017.
  • M. A. Maddah-Ali and U. Niesen, "Fundamental limits of caching," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 60, no. 5, pp. 2856-2867, 2014.
  • U. Niesen and M. A. Maddah-Ali, "Coded caching with nonuniform demands," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 63, p. 1146–1158, 2017.
  • J. Hachem, N. Karamchandani and S. N. Diggavi, "Coded Caching for Multi-level Popularity and Access," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 63, pp. 3108-3141, May 2017.
  • T. Li, M. Ashraphijuo, X. Wang and P. Fan, "Traffic Off-Loading With Energy-Harvesting Small Cells and Coded Content Caching," IEEE Transactions on Communications, vol. 65, pp. 906-917, February 2017.
  • M. Ji, A. M. Tulino, J. Llorca and G. Caire, "Order-optimal rate of caching and coded multicasting with random demands," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 63, p. 3923–3949, 2017.
  • J. Zhang, X. Lin and X. Wang, "Coded caching under arbitrary popularity distributions," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 64, p. 349–366, 2018.
  • S. A. Saberali, L. Lampe and I. F. Blake, "Full Characterization of Optimal Uncoded Placement for the Structured Clique Cover Delivery of Nonuniform Demands," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 66, pp. 633-648, January 2020.
  • A. G. Sheshjavani, A. Khonsari, S. P. Shariatpanahi, M. Moradian and A. Dadlani, "Coded Caching Under Non-Uniform Content Popularity Distributions with Multiple Requests," in 2020 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2020.
  • A. G. Sheshjavani, A. Khonsari, S. P. Shariatpanahi and M. Moradian, "Content caching for shared medium networks under heterogeneous users’ behaviors," Computer Networks, vol. 199, p. 108454, 2021.
  • G. Ma, Z. Wang, M. Zhang, J. Ye, M. Chen and W. Zhu, "Understanding Performance of Edge Content Caching for Mobile Video Streaming," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 35, pp. 1076-1089, 2017.
  • Y. Lu, W. Chen and H. V. Poor, "Coded Caching Under Heterogeneous User Preferences: An Effective Throughput Perspective," in ICC 2019 - 2019 IEEE International Conference on Communications (ICC), 2019.
  • C. Zhang, S. Wang, V. Aggarwal and B. Peleato, "Coded Caching with Heterogeneous User Profiles," IEEE Transactions on Information Theory, pp. 1-1, 2022.
  • C.-H. Chang, B. Peleato and C.-C. Wang, "Coded Caching with Full Heterogeneity: Exact Capacity of The Two-User/Two-File Case," IEEE Transactions on Information Theory, pp. 1-1, 2022.
  • B. Chen and C. Yang, "Caching Policy Optimization for D2D Communications by Learning User Preference," in 2017 IEEE 85th Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 2017.
  • Y. Jiang, M. Ma, M. Bennis, F. Zheng and X. You, "User Preference Learning-Based Edge Caching for Fog Radio Access Network," IEEE Transactions on Communications, vol. 67, pp. 1268-1283, February 2019.
  • J. Song, M. Sheng, T. Q. S. Quek, C. Xu and X. Wang, "Learning-based content caching and sharing for wireless networks," IEEE Transactions on Communications, vol. 65, p. 4309–4324, 2017.
  • Z. Chang, L. Lei, Z. Zhou, S. Mao and T. Ristaniemi, "Learn to Cache: Machine Learning for Network Edge Caching in the Big Data Era," IEEE Wireless Communications, vol. 25, pp. 28-35, June 2018.
  • A. Sadeghi, F. Sheikholeslami and G. B. Giannakis, "Optimal and Scalable Caching for 5G Using Reinforcement Learning of Space-Time Popularities," IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, vol. 12, pp. 180-190, February 2018.
  • H. Pang, J. Liu, X. Fan and L. Sun, "Toward Smart and Cooperative Edge Caching for 5G Networks: A Deep Learning Based Approach," in 2018 IEEE/ACM 26th International Symposium on Quality of Service (IWQoS), 2018.
  • E. Baştuğ, M. Bennis and M. Debbah, "A transfer learning approach for cache-enabled wireless networks," in Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc, and Wireless Networks (WiOpt), 2015 13th International Symposium on, 2015.
  • M. Leconte, G. Paschos, L. Gkatzikis, M. Draief, S. Vassilaras and S. Chouvardas, "Placing dynamic content in caches with small population," in INFOCOM 2016-The 35th Annual IEEE International Conference on Computer Communications, IEEE, 2016.
  • C. Zhang and B. Peleato, "On the Average Rate for Coded Caching with Heterogeneous User Profiles," in Proc. IEEE International Conference on Communications (ICC), 2020.
علوم رایانش و فناوری اطلاعات
دوره 20، شماره 1
بهار وتابستان1401
بهار 1401