We consider the standard broadcast setup with a single server broadcasting information to a number of clients, each of which contains local storage (called cache) of some size, which can store some parts of the available files at the server. The centralized coded caching framework, consists of a caching phase and a delivery phase, both of which are carefully designed in order to use the cache and the channel together optimally. In prior literature, various combinatorial structures have been used to construct coded caching schemes. One of the chief drawbacks of many of these existing constructions is the large subpacketization level, which denotes the number of times a file should be split for the schemes to provide coding gain. In this work, using a new binary matrix model, we present several novel constructions for coded caching based on the various types of combinatorial designs and their $q$-analogs, which are also called subspace designs. While most of the schemes constructed in this work (based on existing designs) have a high cache requirement, they provide a rate that is either constant or decreasing, and moreover require competitively small levels of subpacketization, which is an extremely important feature in practical applications of coded caching. We also apply our constructions to the distributed computing framework of MapReduce, which consists of three phases, the Map phase, the Shuffle phase and the Reduce phase. Using our binary matrix framework, we present a new simple generic coded data shuffling scheme. Employing our designs-based constructions in conjunction with this new shuffling scheme, we obtain new coded computing schemes which have low file complexity, with marginally higher communication load compared to the optimal scheme for equivalent parameters. We show that our schemes can neatly extend to the scenario with full and partial stragglers also.


翻译:我们考虑标准广播设置,向一些客户播放单一服务器信息,其中每个客户都包含一定大小的本地存储(所谓的缓存),可以存储服务器可用文件的某些部分。中央编码缓存框架包括一个缓存阶段和一个交付阶段,两者都是精心设计的,以便使用缓存和频道的最佳方式。在以前的文献中,使用各种组合结构来构建编码缓存计划。许多现有通用复杂结构中,一个主要的缺点是大型子包装水平,表明一个文件应该被拆分多少次,以便提供调值收益。在此工作中,我们使用一个新的二进制矩阵模型模型和交付阶段,根据各种类型的缓存设计及其$$-analog(也称为子空间设计)精心设计。虽然在这项工作中(以现有设计为基础)构建的多数计划都有很高的缓存要求,但它们提供一种或固定或不断减少的、而且需要具有竞争性等值的新的文件组合参数,用于提供调值的备案的系统。在这个工程中,我们使用三进制阶段的构建阶段, 显示一个非常重要的构建阶段, 我们的预算系统。

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