Muistin ja radioresurssien yhteisoptimointi välimuistia hyödyntävässä moniantenniviestinnässä

Viime vuosien nopea globaali internetliikenteen kasvu on korostanut tarvetta tehokkaammille tiedonsiirtomenetelmille. Tämä kehitys johtuu suurikaistaisiin sovelluksiin, kuten videostriimaukseen, pilvilaskentaan, verkkopelaamiseen ja reaaliaikaiseen viestintään, kohdistuvan käytön lisääntymisestä. Tämän seurauksena nykyaikaiset verkot kohtaavat yhä suurempia haasteita nopeuden, skaalautuvuuden ja luotettavuuden vaatimusten täyttämisessä. Nämä kehityssuunnat korostavat edistyneiden välimuistiratkaisujen ja tiedonhakumenetelmien merkitystä vakaiden ja responsiivisten verkkosuorituskykyjen varmistamiseksi. Tämä väitöskirja käsittelee näitä haasteita tarkastelemalla monikäyttäjätiedonhakua (MIR) välimuistia hyödyntävissä MISO-järjestelmissä, joissa data voi sijaita keskitetysti tai hajautetusti verkossa.

Keskitetyissä järjestelmissä käyttäjät voivat liittyä verkkoon tai poistua siitä milloin tahansa, eikä palvelimella, joka on yhteydessä tietokirjastoon, ole ennakkotietoa aktiivisten käyttäjien määrästä. Tämä dynaamisuus edellyttää siirtoprotokollaa, joka tukee mielivaltaista käyttäjämäärää. Tähän esitetään coded caching -tekniikkaan (CC) perustuva yleispätevä kehys, joka on suunniteltu dynaamisille, välimuistia hyödyntäville verkoille. Sisällön sijoittelu perustuu käyttäjien välimuistiosuuksiin eikä lukumäärään, ja jokaiselle käyttäjälle määritetään välimuistiprofiili. Tiedonsiirto optimoidaan maksimoimaan saavutettavat vapausasteet. Lisäksi toimitusviivettä vähennetään esittämällä joustava aliositusmenetelmä, joka säätää datapalojen kokoa välimuistiprofiilien epätasapainon mukaan ja lisää samalla palveltavien käyttäjien määrää.

Hajautetuissa verkoissa, joissa tukiasemalla (BS) ei ole suoraa pääsyä tietokirjastoon, käytetään CC-pohjaista ylälinkki–alalinkki (UL–DL) -rakennetta. UL-vaiheessa käyttäjät lähettävät datansa BS:lle, joka yhdistelee ne lineaarisesti DL-lähetyksiksi. Toimitusviivettä minimoidaan optimoimalla UL- ja DL-resurssit erikseen: ensin optimoidaan UL-parametrit, jotka siirretään DL-optimointiin. SNR:n mukaan säädettävä tilallinen multipleksauskerroin mahdollistaa ehdotetun MIR-mallin suoriutumisen paremmin kuin aiemmat ratkaisut yhdistämällä tilallisen multipleksauksen ja CC-hyödyt molemmissa vaiheissa.