[論文レビュー] On the Placement Delivery Array Design for Coded Caching Scheme in D2D Networks

Jinyu Wang, Minquan Cheng+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2017

Caching and Content Delivery参考文献 17被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、最小化されたレートおよびファイル分割数 F を実現するデバイス間ネットワークにおける符号化キャッシュスキームを設計するための、新規の D2D プレースメントデリバリー配列 (DPDA) フレームワークを提案する。構造的配列表現を導入することで、レートおよび F に対するタイトな下界を導出し、3 種類の新しいクラスの DPDAs を構築した。これらは、特に M/N = 2/K および (K−2)/K の場合に、JCM よりも顕著に F を低減するが、両方の下界を同時に達成する。

ABSTRACT

The coded caching scheme is an efficient technique as a solution to reduce the wireless network burden during the peak times in a Device-to-Device (D2D in short) communications. In a coded caching scheme, each file block should be divided into $F$ packets. It is meaningful to design a coded caching scheme with the rate and $F$ as small as possible, especially in the practice for D2D network. In this paper we first characterize coded caching scheme for D2D network by a simple array called D2D placement delivery array (DPDA in shot). Consequently some coded caching scheme for D2D network can be discussed by means of an appropriate DPDA. Secondly we derive the lower bounds on the rate and $F$ of a DPDA. According these two lower bounds, we show that the previously known determined scheme proposed by Ji et al., (IEEE Trans. Inform. Theory, 62(2): 849-869,2016) reaches our lower bound on the rate, but does not meet the lower bound on $F$ for some parameters. Finally for these parameters, we construct three classes of DPDAs which meet our two lower bounds. Based on these DPDAs, three classes of coded caching scheme with low rate and lower $F$ are obtained for D2D network.

研究の動機と目的

• D2D ネットワークにおける符号化キャッシュスキームを、最小レートおよび最小ファイル分割数 F で設計すること。
• 新しい組合せ構造である D2D プレースメントデリバリー配列 (DPDA) を用いて、符号化キャッシュスキームをモデル化すること。
• 任意の DPDA を用いたスキームにおけるレート R およびファイル分割数 F の理論的下界を導出すること。
• 特定の M/N 確率に対して、両下界を同時に達成する明示的な DPDAs の構築。
• 同じレートを維持しながら、JCM スキームに比べて F を顕著に低減すること。

提案手法

• D2D ネットワークにおける符号化キャッシュスキームを表現するための組合せ的配列として、D2D プレースメントデリバリー配列 (DPDA) を導入する。
• レート R ≥ N/M − 1 の下界を導出し、これは JCM スキームのレートと一致する。
• R = N/M − 1 の DPDA における F の下界を確立し、M/N = 2/K および (K−2)/K の場合に JCM の F が最適でないことを示す。
• DPDA の3つの再帰的構成法を提案：K = 2q の偶数の場合、K = 2q+1 の奇数の場合、および K = 3, 5 やより大きな奇数 K の場合。
• インデックス付き記号（例：i^{(j)}）を有する構造的行列ブロックと、以前の配列およびベクトルに基づく再帰的埋め込みルールを用いる。
• 符号化キャッシュスキームの設計問題を、最小レートおよび最小 F を持つ (K, L′, F, Z, S) DPDA の構築問題に還元する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 組合せ的配列構造を用いて、D2D 符号化キャッシュスキームを体系的に設計できるか？
• RQ2 D2D 符号化キャッシュスキームにおけるレート R およびファイル分割数 F の理論的下界は何か？
• RQ3 JCM スキームは、すべての M/N 確率において最適な F を達成するのか。特に M/N = 2/K および (K−2)/K の場合にそうか？
• RQ4 R および F の両下界を同時に達成する新しい DPDAs を構築できるか？
• RQ5 同じレートおよびパrameters を維持した場合、既存のスキーム（例：JCM）と比較して F はどの程度低減できるか？

主な発見

• 提案された DPDA フレームワークにより、D2D ネットワークにおける符号化キャッシュスキームの体系的設計が可能となり、問題が配列構築問題に変換される。
• レート R ≥ N/M − 1 の下界が導出され、これはタイトであり、JCM スキームのレートと一致する。
• M/N = 2/K の場合、JCM スキームの F は最適でない。提案された構成により、K = 2q の場合、F = 2q(q−1) を達成し、JCM と比較して F を 1/(2q−1) 倍に削減する。
• 奇数 K = 2q+1 の場合、M/N = (K−2)/K に対して、提案された DPDA は F = 4q² − 1 を達成し、JCM と比較して F を 1/q 倍に削減する。
• 3 つの新しい DPDA 構成は、指定された M/N 確率に対して、R および F の理論的下界を同時に達成する。
• 結果から、JCM スキームの F は M/N = 2/K および (K−2)/K の場合に最適でないことが示され、提案スキームはレートに変化を加えずに F において顕著な向上を示す。