Probabilistic Analysis of Operating Modes in Cache-Enabled Full-Duplex Device-to-Device Communications

Les communications Device-to-Device (D2D) activées par le cache, reconnues comme l'un des principaux catalyseurs du réseau cellulaire de cinquième génération (5G), sont une solution prometteuse pour alléger la lourde charge pesant sur les réseaux centraux mobiles et les liaisons terrestres. La mise en cache, cependant, impose un nouvel indice de performance clé (KPI) à l'utilisateur réseau qui est la probabilité de satisfaction de l'utilisateur. En d'autres termes, quelle est la probabilité que l'utilisateur obtienne les informations nécessaires du réseau? Cette probabilité dépend du type de transmission (c'est-à-dire semi-duplex ou duplex intégral) et de nombreux éléments liés au système de mise en cache, tels que la manière dont les informations sont mises en cache ou la popularité des informations mises en cache. L'analyse de ces éléments donne lieu à différents modes de fonctionnement. Afin d'évaluer le nouveau KPI, les probabilités de chaque mode de fonctionnement doivent être extraites des conditions de transmission et de mise en cache. Cette thèse présente une analyse approfondie de ces probabilités mettant en pertinence la relation entre les politiques de mise en cache, la popularité des contenus et les types de transmission. De telles relations permettent une évaluation fluide de la satisfaction des utilisateurs dans différentes conditions.

Abstract

Cache-enabled D2D (Device-to-Device) communications, recognized as one of the key enablers of the fifth generation (5G) cellular network, is a promising solution to alleviate the great burden on mobile core networks and backhaul links. Caching, however, imposes a new networking user Key Performance Index (KPI) that is the probability of user satisfaction. In other words, how likely is the user to get the needed information from the network? Such probability depends on the type of transmission, (i.e. half duplex or full duplex) and on many elements related to the caching system, such as the way the information is cached, or the popularity of the cached information. The analysis of those elements gives rise to different modes of operation. In order to evaluate the new KPI, the probabilities of each mode of operation must be extracted from the transmission and caching conditions. This thesis presents a thorough analysis of those probabilities putting in relevance the relationship between caching policies, content popularity and transmission types. Such relationships allow the smooth evaluation of user satisfaction under different conditions.