缓存辅助干扰管理的基本极限

我们考虑一个系统，其包含一个由 $N$ 个文件（例如电影）组成的库，以及一个无线网络，该网络具有 $K_T$ 个发射机（每个配备大小为 $M_T$ 个文件的本地缓存）和 $K_R$ 个接收机（每个配备大小为 $M_R$ 个文件的本地缓存）。每个接收机将请求库中的 $N$ 个文件之一，需要被传送。目标是设计缓存放置（无接收机未来请求的先验知识）与通信方案以最大化传送吞吐量。在此设定下，我们证明在单次线性方案下，和自由度（sum-DoF）$\min\left\{\frac{K_T M_T+K_R M_R}{N},K_R\right\}$ 是可实现的，且该值在最优化值的 2 倍因子以内。这一结果表明：(i) 单次和自由度随网络中缓存总大小（即所有节点上可用累积内存）线性缩放；(ii) 发射机与接收机的缓存在单次和自由度中贡献相等；(iii) 缓存可提供更随网络大小线性缩放的吞吐量增益。为证明该结果，我们提出一种可达方案，利用发射机缓存中内容的冗余来协作零迫零（zero-force）部分 outgoing 干扰，并利用接收机缓存中非预期内容的可用性来消除（减去）部分 incoming 干扰。我们开发了一种特定的缓存放置模式，以最大化缓存辅助的发送与接收干扰消除的整体增益。对于逆命题，我们给出一个整数优化问题，用于最小化向接收机传送任意请求文件集所需的通信块数。随后我们提供该优化问题值的下界，从而得到网络线性单次和自由度的上界，其在可达和自由度的 2 倍因子以内。