Mobile Edge Caching (MEC) integrated with Deep Neural Networks (DNNs) is an innovative technology with significant potential for the future generation of wireless networks, resulting in a considerable reduction in users' latency. The MEC network's effectiveness, however, heavily relies on its capacity to predict and dynamically update the storage of caching nodes with the most popular contents. To be effective, a DNN-based popularity prediction model needs to have the ability to understand the historical request patterns of content, including their temporal and spatial correlations. Existing state-of-the-art time-series DNN models capture the latter by simultaneously inputting the sequential request patterns of multiple contents to the network, considerably increasing the size of the input sample. This motivates us to address this challenge by proposing a DNN-based popularity prediction framework based on the idea of contrasting input samples against each other, designed for the Unmanned Aerial Vehicle (UAV)-aided MEC networks. Referred to as the Contrastive Learning-based Survival Analysis (CLSA), the proposed architecture consists of a self-supervised Contrastive Learning (CL) model, where the temporal information of sequential requests is learned using a Long Short Term Memory (LSTM) network as the encoder of the CL architecture. Followed by a Survival Analysis (SA) network, the output of the proposed CLSA architecture is probabilities for each content's future popularity, which are then sorted in descending order to identify the Top-K popular contents. Based on the simulation results, the proposed CLSA architecture outperforms its counterparts across the classification accuracy and cache-hit ratio.


翻译:移动边缘缓存(MEC)与深度神经网络(DNN)相结合是一种具有重要潜力的创新技术,可为未来无线网络的下一代带来显著的用户延迟降低。然而,MEC网络的有效性在很大程度上依赖于其预测并动态更新缓存节点中最受欢迎内容的存储能力。为了有效,基于DNN的流行度预测模型需要具有理解内容历史请求模式(包括它们的时间和空间相关性)的能力。现有的最先进的时间序列DNN模型通过同时将多个内容的顺序请求模式输入网络来捕获后者,从而大大增加了输入样本的大小。这激励我们通过提出一种基于对比学习的DNN流行度预测框架来解决这个挑战,该框架旨在为无人机(UAV)辅助的MEC网络设计。所提出的对比学习生存分析(CLSA)架构由一个自监督的对比学习(CL)模型组成,其中采用LSTM网络作为CL体系结构的编码器来学习顺序请求的时间信息。在生存分析(SA)网络的跟随下,CLSA架构的输出是每个内容未来流行度的概率,然后按降序排序以识别前K个受欢迎的内容。基于仿真结果,所提出的CLSA架构在分类准确性和缓存命中率方面优于其同行。

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