論文の概要: DNN Task Assignment in UAV Networks: A Generative AI Enhanced Multi-Agent Reinforcement Learning Approach

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.08299v2
• Date: Mon, 09 Dec 2024 12:12:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-10 14:49:34.352131
• Title: DNN Task Assignment in UAV Networks: A Generative AI Enhanced Multi-Agent Reinforcement Learning Approach
• Title（参考訳）: UAVネットワークにおけるDNNタスク割り当て:マルチエージェント強化学習アプローチの汎用AI
• Authors: Xin Tang, Qian Chen, Wenjie Weng, Binhan Liao, Jiacheng Wang, Xianbin Cao, Xiaohuan Li,
• Abstract要約: 本稿では,マルチエージェント強化学習(MARL)と生成拡散モデル(GDM)を組み合わせた共同手法を提案する。 第2段階では,GDMのリバース・デノナイズ・プロセスを利用して,マルチエージェント・ディープ・Deep Deterministic Policy gradient(MADDPG)におけるアクタネットワークを置き換える新しいDNNタスク割当アルゴリズム(GDM-MADDPG)を導入する。 シミュレーションの結果,提案アルゴリズムは,経路計画,情報化時代(AoI),エネルギー消費,タスク負荷分散の観点から,ベンチマークに比較して良好な性能を示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.139481340656552
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• Abstract: Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) possess high mobility and flexible deployment capabilities, prompting the development of UAVs for various application scenarios within the Internet of Things (IoT). The unique capabilities of UAVs give rise to increasingly critical and complex tasks in uncertain and potentially harsh environments. The substantial amount of data generated from these applications necessitates processing and analysis through deep neural networks (DNNs). However, UAVs encounter challenges due to their limited computing resources when managing DNN models. This paper presents a joint approach that combines multiple-agent reinforcement learning (MARL) and generative diffusion models (GDM) for assigning DNN tasks to a UAV swarm, aimed at reducing latency from task capture to result output. To address these challenges, we first consider the task size of the target area to be inspected and the shortest flying path as optimization constraints, employing a greedy algorithm to resolve the subproblem with a focus on minimizing the UAV's flying path and the overall system cost. In the second stage, we introduce a novel DNN task assignment algorithm, termed GDM-MADDPG, which utilizes the reverse denoising process of GDM to replace the actor network in multi-agent deep deterministic policy gradient (MADDPG). This approach generates specific DNN task assignment actions based on agents' observations in a dynamic environment. Simulation results indicate that our algorithm performs favorably compared to benchmarks in terms of path planning, Age of Information (AoI), energy consumption, and task load balancing.
• Abstract（参考訳）: Unmanned Aerial Vehicles (UAV) はモビリティとフレキシブルなデプロイメント機能を備えており、IoT(Internet of Things)内のさまざまなアプリケーションシナリオのための UAV の開発を促進する。 UAVのユニークな能力は、不確実で潜在的に厳しい環境において、ますます重要で複雑なタスクを引き起こす。 これらのアプリケーションから生成された大量のデータは、ディープニューラルネットワーク(DNN)による処理と分析を必要とする。 しかし、UAVはDNNモデルを管理する際の計算資源が限られているため、課題に直面している。 本稿では,マルチエージェント強化学習(MARL)とジェネレーティブ拡散モデル(GDM)を組み合わせて,タスクキャプチャから結果出力へのレイテンシ低減を目的としたUAVスワムにDNNタスクを割り当てる手法を提案する。 これらの課題に対処するために、まず、対象領域のタスクサイズと最短飛行経路を最適化の制約として考慮し、UAVの飛行経路とシステム全体のコストの最小化に焦点をあてて、サブプロブレムの解消にグリーディアルゴリズムを用いる。 第2段階では,GDMのリバース・デノナイズ・プロセスを利用して,マルチエージェント・ディープ・Deep Deterministic Policy gradient (MADDPG) におけるアクタネットワークを置き換える新しいDNNタスク割り当てアルゴリズム,GDM-MADDPGを導入する。 このアプローチは、動的環境におけるエージェントの観察に基づいて、特定のDNNタスク割り当てアクションを生成する。 シミュレーションの結果,提案アルゴリズムは,経路計画,情報化時代(AoI),エネルギー消費,タスク負荷分散の観点から,ベンチマークに比較して良好な性能を示した。

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