Caching is an efficient way to reduce network traffic congestion during peak hours by storing some content at the users' local caches. For the shared-link network with end-user-caches, Maddah-Ali and Niesen proposed a two-phase coded caching strategy. In practice, users may communicate with the server through intermediate relays. This paper studies the tradeoff between the memory size $M$ and the network load $R$ for networks where a server with $N$ files is connected to $H$ relays (without caches), which in turn are connected to $K$ users equipped with caches of $M$ files. When each user is connected to a different subset of $r$ relays, i.e., $K = \binom{H}{r}$, the system is referred to as a {\it combination network with end-user-caches}. In this work, converse bounds are derived for the practically motivated case of {\it uncoded} cache contents, that is, bits of the various files are directly pushed into the user caches without any coding. In this case, once the cache contents and the user demands are known, the problem reduces to a general index coding problem.This paper shows that relying on a well-known "acyclic index coding converse bound" results in converse bounds that are not tight for combination networks with end-user-caches. A novel converse bound that leverages the network topology is proposed, which is the tightest converse bound known to date. As a result of independent interest, an inequality that generalizes the well-known sub-modularity of entropy is derived. Several novel caching schemes are proposed, based on the Maddah-Ali and Niesen cache placement. The proposed schemes are proved: (i) to be (order) optimal for some $(N,M,H,r)$ parameters regimes under the constraint of uncoded cache placement, and (ii) to outperform the state-of-the-art schemes in numerical evaluations.


翻译:缓冲是减少高峰时段网络交通堵塞的有效方法, 其方法是将一些内容存储在用户的本地缓存处。 对于配有终端用户缓存的共享链接网络, Maddah- Ali 和 Niesen 提出了双阶段代码缓存策略。 实际上, 用户可以通过中间中继器与服务器进行沟通。 本文研究存储规模 $M$ 和网络装载 $R$ 的网络之间的权衡。 在这项工作中, 带有 $N 的服务器连接到 $H 的转发器( 没有缓存), 而这些服务器又与 $$ 的缓存连接到 $ 。 当每个用户被连接到不同的 $ 美元中, Maddddddah- Ali 和 Niesen 缓存的共享网络, 即 $ $, $ $K $ =\ hdrecodedededection, 这个预言中, 预言中的预言中, 预言中的预言 将是一个默认 。

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