On the Interaction between Content Caching and Request Assignment in Cellular Cache Networks

The potential availability of storage space at cellular and femtocell base-stations (BSs) raises the following question: How should one optimize performance through both load balancing and content replication when requests can be sent to several such BSs? We formally introduce an optimization model to address this question and propose an online algorithm for dynamic caching and request assignment. Crucially our request assignment scheme is based on a server price signal that jointly refects content and bandwidth availability. We prove that our algorithm is optimal and stable in a limiting regime that is obtained by scaling the arrival rates and content chunking. From an implementation standpoint, guided by the online algorithm we design a light-weight scheme for request assignments that is based on load and cache-miss cost signals; for cache replacements, we propose to use the popular LRU (Least Recently Used) strategy. Through simulations, we exhibit the efficacy of our joint-price based request assignment strategy in comparison to the common practices of assigning requests purely based on either bandwidth availability or content availability.La présence potentielle d’espace de stockage dans les stations de bases de cellules et de femto-cellules soulève la question suivante: Comment optimiser la performance au moyen d’équilibrage de charge et de réplication de contenu lorsque des requêtes peuvent être envoyées à plusieurs stations? Nous introduisons un problème d’optimisation formel pour répondre à cette question et proposons un algorithme adaptatif pour la gestion dynamique de la réplication de contenu et de l’allocation de requêtes. De manière cruciale notre mécanisme est basé sur un signal de prix pour chaque serveur qui reflète conjointement la disponibilité de contenu et de bande passante. Nous prouvons que notre algorithme est optimal et stable dans un régime limite obtenu en augmentant les taux d’arrivées de requêtes et le nombre de blocs par contenu. Nous proposons une version simple à implementer de ce mécanisme d’allocation de requêtes, basée sur une mesure de la charge et de la disponibilté des contenus. Nous montrons par des simulations la supériorité de nos mécanismes sur des stratégies classiques basées uniquement sur la disponibilité de bande passante ou de contenu