Wireless Device-to-Device Caching N

Wireless Device-to-Device Caching Networks:
Basic Principles and System Performance
Mingyue Ji, Student Member, IEEE, Giuseppe Caire, Fellow, IEEE,
and Andreas F. Molisch, Fellow, IEEE
Abstract
As wireless video is the fastest-growing form of data traffic, methods for spectrally efficient ondemand
wireless video streaming are essential to both service providers and users. A key property of
video on-demand is the asynchronous content reuse, such that a few popular files account for a large
part of the traffic, but are viewed by users at different times. Caching of content on wireless devices in
conjunction with device-to-device (D2D) communications allows to exploit this property, and provide a
network throughput that is significantly in excess of both the conventional approach of unicasting from
cellular base stations and the traditional D2D networks for “regular” data traffic. This paper presents
in a tutorial and concise form some recent results on the throughput scaling laws of wireless networks
with caching and asynchronous content reuse, contrasting the D2D approach with a few other competing
approaches including conventional unicasting, harmonic broadcasting and a novel coded multicasting
approach based on combinatorial cache design and network coded transmission from the cellular base
station only. Somehow surprisingly, the D2D scheme with spatial reuse and simple decentralized random
caching achieves the same near-optimal throughput scaling law as coded multicasting. Both schemes
achieve an unbounded throughput gain (in terms of scaling law) with respect to conventional unicasting
and harmonic broadcasting, in the relevant regime where the number of video files in the library is
smaller than the total size of the distributed cache capacity in the network. In order to better understand the
relative merits of these competing approaches, we consider a holistic D2D system design that incorporates
traditional microwave (2 GHz) as well as millimeter-wave (mm-wave) D2D links; the direct connections
to the base station can be used to provide those rare video requests that cannot be found in local caches.
We provide extensive simulation results under a variety of system settings, and compare our scheme with
conventional unicasting, harmonic broadcasting and coded multicasting. We show that, also in realistic
conditions and non-asymptotic regimes, in realistic conditions and non-asymptotic regimes the proposed
D2D approach offers very significant throughput gains with respect to the base station-only schemes.
The authors are with the Department of Electrical Engineering, University of Southern California, Los Angeles, CA 90089,
USA. (e-mail: fmingyuej, caire, [e-mail])
arXiv:1305.5216v2 [cs.IT] 24 Apr 2014

Kết quả (Việt) 1:

Mạng không dây thiết bị thiết bị bộ nhớ đệm:Nguyên tắc cơ bản và hiệu năng hệ thốngMingyue Ji, sinh viên, IEEE, Giuseppe Caire, Fellow, IEEE,và Andreas F. Molisch, đồng, IEEETóm tắtNhư video không dây là hình thức phát triển nhanh nhất của dữ liệu lưu lượng truy cập, phương pháp cho hiệu quả spectrally ondemandhình ảnh không dây là rất cần thiết để cung cấp dịch vụ và người sử dụng. Một tài sản quan trọng củavideo on demand là tái sử dụng nội dung không đồng bộ, như vậy mà một vài tập tin phổ biến tài khoản cho một lớnlà một phần của lưu lượng truy cập, nhưng được xem bởi người sử dụng tại thời điểm khác nhau. Bộ nhớ đệm của nội dung trên các thiết bị không dây trongkết hợp với thông tin liên lạc điện thoại với thiết bị (D2D) cho phép khai thác tài sản này, và cung cấp mộtthông qua mạng là đáng kể hơn cả hai cách tiếp cận thông thường của unicasting từtrạm thu phát di động và mạng D2D truyền thống cho "thông thường" dữ liệu lưu lượng truy cập. Bài báo này trình bàytrong một hướng dẫn và ngắn gọn hình thành một số kết quả tại trên băng thông rộng pháp luật của mạng không dâyvới bộ nhớ đệm và tái sử dụng nội dung không đồng bộ, tương phản D2D phương pháp tiếp cận với một vài khác cạnh tranhphương pháp tiếp cận bao gồm unicasting thông thường, phát sóng hài hòa và một cuốn tiểu thuyết mã hóa multicastingcách tiếp cận dựa vào bộ nhớ cache tổ hợp thiết kế và mạng mã hoá truyền từ di động cơ sởtrạm chỉ. Bằng cách nào đó đáng ngạc nhiên, các đề án D2D với tái sử dụng không gian và đơn giản phân cấp ngẫu nhiênbộ nhớ đệm đạt được thông qua gần tối ưu cùng rộng luật như mã hoá multicasting. Cả hai chương trìnhđạt được một tăng thông lượng chặn (trong điều khoản của luật pháp mở rộng quy mô) đối với truyền thống unicastingvà phát sóng hài hòa, ở chế độ có liên quan, số lượng các tập tin video trong thư viện ở đâunhỏ hơn kích thước tổng của lượng phân phối bộ nhớ cache, mạng. Để hiểu rõ hơn về cácthành tích tương đối của các phương pháp tiếp cận cạnh tranh, chúng ta xem xét một thiết kế hệ thống D2D toàn diện kết hợptruyền thống lò vi sóng (2 GHz) cũng như các liên kết D2D mm-wave (làn sóng mm); Các kết nối trực tiếpTrạm phát có thể được sử dụng để cung cấp những yêu cầu video hiếm mà không thể được tìm thấy tại địa phương cache.Chúng tôi cung cấp kết quả mô phỏng rộng rãi trong một loạt các thiết đặt hệ thống, và so sánh chúng tôi chương trình vớithông thường unicasting, hài hòa phát sóng và mã hoá multicasting. Chúng tôi thấy rằng, cũng trong thực tếđiều kiện và chế độ không tiệm cận, trong điều kiện thực tế và phòng không tiệm cận chế độ đề xuấtCách tiếp cận D2D cung cấp lợi nhuận thông lượng rất quan trọng đối với các chương trình chỉ có trạm cơ sở.Các tác giả có bộ môn kỹ thuật điện, University of Southern California, Los Angeles, CA 90089,HOA KỲ. (e-mail: fmingyuej, caire, [e-mail])arXiv:1305.5216v2 [cs.IT] 24 tháng tư năm 2014

Kết quả (Việt) 2:

Wireless Device-to-Device Networks Caching:
Nguyên tắc cơ bản và hiệu suất hệ thống
Mingyue Ji, thành viên sinh viên, IEEE, Giuseppe Caire, Fellow, IEEE,
và Andreas F. Molisch, Fellow, IEEE
Tóm tắt
Như video không dây là hình thức phát triển nhanh nhất của dữ liệu giao thông, các phương pháp quang phổ hiệu quả Mình làm
không dây video streaming là rất cần thiết cho cả hai cung cấp dịch vụ và người sử dụng. Một thuộc tính quan trọng của
video theo yêu cầu là nội dung sử dụng lại không đồng bộ, như vậy mà chiếm một vài tập tin phổ biến cho một lớn
một phần của giao thông, nhưng được xem bởi người sử dụng tại thời điểm khác nhau. Bộ nhớ đệm của nội dung trên các thiết bị không dây trong
kết hợp với thiết bị đến thiết bị (D2D) thông tin liên lạc cho phép để khai thác tài sản này, và cung cấp một
thông lượng mạng đó là đáng kể vượt quá cả hai cách tiếp cận thông thường của unicasting từ
các trạm gốc di động và các mạng truyền thống D2D cho "thường xuyên" lưu lượng dữ liệu. Bài báo trình bày
trong một hình thức hướng dẫn và ngắn gọn một số kết quả gần đây về các thông rộng pháp luật của các mạng không dây
với bộ nhớ đệm và nội dung sử dụng lại không đồng bộ, tương phản với cách tiếp cận D2D với một vài cạnh tranh khác
phương pháp tiếp cận bao gồm unicasting thông thường, phát thanh truyền hình hài và một tiểu thuyết mã hóa multicasting
cách tiếp cận dựa trên về thiết kế bộ nhớ cache và kết hợp mạng truyền mã hoá từ gốc tế bào
chỉ trạm. Bằng cách nào đó đáng ngạc nhiên, các đề án D2D với tái sử dụng không gian và đơn giản ngẫu nhiên phân cấp
bộ nhớ đệm đạt được cùng một luật gần như tối ưu thông rộng như multicasting mã. Cả hai chương trình
đạt được một tăng thông lượng vô biên (trong điều khoản của pháp luật rộng) đối với unicasting thông thường với
và phát thanh truyền hình hài hòa, trong chế độ có liên quan mà số lượng các tập tin video trong thư viện là
nhỏ hơn tổng kích thước của dung lượng cache phân phối trong mạng . Để hiểu rõ hơn về
giá trị tương đối của các phương pháp tiếp cận cạnh tranh, chúng ta xem xét một thiết kế tổng thể hệ thống D2D mà kết hợp
lò vi sóng truyền thống (2 GHz) cũng như sóng milimet (mm-wave) liên kết D2D; các kết nối trực tiếp
với trạm gốc có thể được sử dụng để cung cấp những yêu cầu phim hiếm hoi mà không thể được tìm thấy trong cache của địa phương.
Chúng tôi cung cấp các kết quả mô phỏng mở rộng theo một loạt các thiết lập hệ thống, và so sánh các chương trình của chúng tôi với
unicasting thông thường, phát sóng hài bậc và multicasting mã. Chúng tôi thấy rằng, cũng trong thực tế
điều kiện, chế độ không tiệm cận, trong điều kiện thực tế, chế độ không tiệm cận các đề xuất
cách tiếp cận D2D cung cấp tăng thông lượng rất đáng kể đối với các đề án trạm chỉ cơ sở với.
Các tác giả với Cục Kỹ thuật Điện , Đại học Nam California, Los Angeles, CA 90.089,
USA. (E-mail: fmingyuej, caire, [e-mail])
arXiv: 1305.5216v2 [cs.IT] ngày 24 tháng 4 năm 2014