A fundamental challenge in wireless heterogeneous networks (HetNets) is to effectively utilize the limited transmission and storage resources in the presence of increasing deployment density and backhaul capacity constraints. To alleviate bottlenecks and reduce resource consumption, we design optimal caching and power control algorithms for multi-hop wireless HetNets. We formulate a joint optimization framework to minimize the average transmission delay as a function of the caching variables and the signal-to-interference-plus-noise ratios (SINR) which are determined by the transmission powers, while explicitly accounting for backhaul connection costs and the power constraints. Using convex relaxation and rounding, we obtain a reduced-complexity formulation (RCF) of the joint optimization problem, which can provide a constant factor approximation to the globally optimal solution. We then solve RCF in two ways: 1) alternating optimization of the power and caching variables by leveraging biconvexity, and 2) joint optimization of power control and caching. We characterize the necessary (KKT) conditions for an optimal solution to RCF, and use strict quasi-convexity to show that the KKT points are Pareto optimal for RCF. We then devise a subgradient projection algorithm to jointly update the caching and power variables, and show that under appropriate conditions, the algorithm converges at a linear rate to the local minima of RCF, under general SINR conditions. We support our analytical findings with results from extensive numerical experiments.


翻译:在部署密度和回流能力限制增加的情况下,无线混合网络(HetNets)的根本挑战是有效利用有限的传输和储存资源,以克服部署密度和回流能力限制。为缓解瓶颈和减少资源消耗,我们为多霍无线热网设计了最佳的缓存和动力控制算法。我们制定了联合优化框架,以尽量减少平均传输延迟,这是由传输权决定的缓存变量和信号对干涉加噪音比率(SINR)的功能,同时明确计算回路连接成本和电力限制。我们利用康韦克斯放松和循环,获得了联合优化问题(RCF)的简化复杂性配方(RCF),这可以为全球最佳解决方案提供恒定的近似因素。然后,我们用两种方式解决区域合作框架:利用双向调变速变速变速变速变速;以及联合优化权力控制和凝固率。我们用严格的准拼凑支持区域合作框架所需的(KKT)条件,并使用严格的准拼凑,以显示联合优化的平流率变压。然后,我们根据一个新的本地变速变速变压,然后根据一个精确的不断变压,显示一个精确的递校正变压。

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