This paper studies the multi-access coded caching (MACC) problem under arbitrary user-cache access topologies, extending existing models that rely on highly structured and combinatorially designed connectivity. We consider a MACC system consisting of a single server, multiple cache nodes, and multiple user nodes. Each user can access an arbitrary subset of cache nodes to retrieve cached content. The objective is to design a general and low-complexity delivery scheme under fixed cache placement for arbitrary access topologies. We propose a universal graph-based framework for modeling the MACC delivery problem, where decoding conflicts among requested packets are captured by a conflict graph and the delivery design is reduced to a graph coloring problem. In this formulation, a lower transmission load corresponds to using fewer colors. The classical greedy coloring algorithm DSatur achieves a transmission load close to the index-coding converse bound, providing a tight benchmark, but its computational complexity becomes prohibitive for large-scale graphs. To overcome this limitation, we develop a learning-based framework using graph neural networks that efficiently constructs near-optimal coded multicast transmissions and generalizes across diverse access topologies and varying numbers of users. In addition, we extend the index-coding converse bound for uncoded cache placement to arbitrary access topologies and propose a low-complexity greedy approximation. Numerical results demonstrate that the proposed learning-based scheme achieves transmission loads close to those of DSatur and the converse bound while significantly reducing computational time.


翻译:本文研究了任意用户-缓存访问拓扑下的多接入编码缓存(MACC)问题,扩展了现有依赖高度结构化、组合设计连通性的模型。我们考虑一个由单个服务器、多个缓存节点和多个用户节点组成的MACC系统。每个用户可以访问任意缓存节点子集以检索缓存内容。目标是在固定缓存放置条件下,为任意访问拓扑设计一种通用且低复杂度的传输方案。我们提出了一种基于图的通用框架来建模MACC传输问题,其中请求数据包间的解码冲突通过冲突图刻画,传输设计被简化为图着色问题。在此框架下,较低的传输负载对应于使用更少的颜色。经典的贪婪着色算法DSatur可实现接近索引编码逆界的传输负载,提供了紧致的性能基准,但其计算复杂度在大规模图上变得不可承受。为克服此限制,我们开发了一种基于图神经网络的学习框架,能高效构建接近最优的编码多播传输,并可泛化至不同访问拓扑和用户数量。此外,我们将未编码缓存放置下的索引编码逆界推广至任意访问拓扑,并提出一种低复杂度的贪婪近似算法。数值结果表明,所提出的学习方案在显著降低计算时间的同时,实现了接近DSatur算法和逆界的传输负载。

0
下载
关闭预览

相关内容

图节点嵌入(Node Embeddings)概述,9页pdf
专知
15+阅读 · 2020年8月22日
使用 Canal 实现数据异构
性能与架构
20+阅读 · 2019年3月4日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员