Модели распределенного искусственного интеллекта в перспективных сетях связи

Автор: Обухов С.А., Елагин В.С.

Журнал: Инфокоммуникационные технологии @ikt-psuti

Рубрика: Технологии компьютерных систем и сетей

Статья в выпуске: 1 (81) т.21, 2023 года.

Бесплатный доступ

Технология 6G создаст интеллектуальную, высокомасштабируемую, динамичную и программируемую сеть беспроводной связи, способную обслуживать множество разнородных беспроводных устройств. Различныеузлы и устройства 6G будут генерировать колоссальные объемы распределенных данных, поэтому в сети пост-NGN (New Generation Networks) потребуется внедрить различные методы машинного обучения, которые позволят решать очень сложные сетевые задачи. Из-за нехватки ресурсов, ограничений по задержке и проблем с конфиденциальностью, пограничные устройства не могут выгрузить весь собранный ими набор данных на облачный сервер для централизованного обучения моделей. Для преодоления этих проблем можно использовать методы распределенного обучения, позволяющие устройствам совместно обучать модели без обмена необработанными данными, что снижает расходы на связь, задержки, а также повышает конфиденциальность данных. Модели распределенного машинного обучения будут играть важную роль в сетях 6G, они имеют ряд преимуществ перед централизованными методами, однако, реализация распределенных алгоритмов в беспроводных средах с ограниченными ресурсами может оказаться сложной задачей. Важно учитывать неопределенность беспроводной среды, связанную с большим количеством возмущающих факторов, ограниченные беспроводные (мощность передачи, радиочастотный спектр) и аппаратные (вычислительная мощность) ресурсы. Следовательно, важно выбрать правильный алгоритм машинного обучения, основанный на характеристиках беспроводной среды и требованиях к ресурсам процесса обучения. В статье рассматривается применение моделей распределенного искусственного интеллекта в коммуникационных сетях нового поколения, с целью управления ресурсами и обработки данных. Описываются основные алгоритмы и подходы распределенного машинного обучения, области применения, методы и модели. В статье анализируются способы, которыми распределенные модели искусственного интеллекта могут решать различные задачи в сетях связи, включая оптимизацию использования ресурсов и обеспечение высокой производительности и доступности сетевых сервисов.

Еще

Машинное обучение, распределенное обучение, федеративное обучение, мультиагентное обучение, 5g, 6g, пост-ngn

Короткий адрес: https://sciup.org/140303625

IDR: 140303625   |   DOI: 10.18469/ikt.2023.21.1.08

Список литературы Модели распределенного искусственного интеллекта в перспективных сетях связи

  • Saad W., Bennis M., Chen M. A vision of 6G wireless systems: Applications, trends, technologies, and open research problems // IEEE Network. 2020. Vol. 34, no. 3. P. 134–142.
  • 6G Wireless Communications: Vision and Potential Techniques / P. Yang [et al.] // IEEE Network. 2019. Vol. 33, no. 4. P. 70–75.
  • Distributed Learning in Wireless Networks: Recent Progress and Future Challenges / M. Chen [et al.] // IEEE Journal on Selected Areas Communicarions. 2021. Vol. 39. P. 3579–3605.
  • Muscinelli E., Shinde S. S., Tarch D. Overview of Distributed Machine Learning Techniques for 6G Networks // Algorithms. 2022. Vol.15. P. 210:1–210:28.
  • Елагин В.С., Богачев А.В., Белозерцев И.А. Модель оценки сквозной задержки пакетов для цепочки NFV узлов в сетях пятого поколения // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2022. Т. 16, № 3. С. 23–30.
  • A Survey on Green 6G Network: Architecture and Technologies / T. Huang [et al.] // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P.175758–175768.
  • Bishoyi P.K., Misra S. Enabling Green Mobile-Edge Computing for 5G-Based Healthcare Applications // IEEE Transactions Green Communications Networking. 2021. Vol. 5, no. 3. P. 1623–1631.
  • Distributed machine learning for multiuser mobile edge computing systems / Y. Guo [et al.] // IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing. 2022. Vol. 16, no. 3. P. 460–473.
  • Distributed Edge Computing with Blockchain Technology to Enable Ultra-Reliable Low-Latency V2X Communications / A. Vladyko [et al.] // Electronics. 2022. Vol. 11. P. 3–4. DOI 10.3390/electronics11020173.
  • Communication-Efficient Learning of Deep Networks from Decentralized Data / H.B. McMahan [et al.] // Proceedings of the 20th International Conference on Artificial Intelligence and Statistics (AISTATS). Ft. Lauderdale, USA, 2017. Vol. 54. P. 1273–1282.
  • Federated Machine Learning: Concept and Applications / Q. Yang [et al.] // ACM Transactions on Intelligent Systems Technologies. 2019. Vol. 10, no. 2. P. 12:1–12:19.
  • Feriani A., Hossain E. Single and multi-agent deep reinforcement learning for AI-enabled wireless networks: A tutorial // IEEE Communications Surveys and Tutorials. 2021. Vol. 23, no. 2. P.1226–1252.
  • Zhang K., Yang Z., Basar T. Multi-Agent Reinforcement Learning: A Selective Overview of Theories and Algorithms: Handbook of Reinforcement Learning and Control. Switzerland, Cham: Springer, 2021. P. 321–384.
  • Two-layer federated learning with heterogeneous model aggregation for 6g supported internet of vehicles / X. Zhou [et al.] // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2021. Vol. 70. P. 5308–5317.
  • Gholizadeh N., Musilek P. Distributed learning applications in power systems: A Review of Methods, Gaps, and Challenges // Energies. 2021. Vol. 14. P. 3654.
  • Bishoyi P.K., Misra S. Towards Energy-and Cost- Efficient Sustainable MEC-Assisted Healthcare Systems // IEEE Transactions on Sustainable Computing. 2022. Vol. 7, no. 2. P. 550–556.
  • Providing QOS for OTT Services in Communication Networks / A.B. Goldstein [et al.] // 2020 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. Moscow: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2020. P. 9078633. DOI: 10.1109/IEEECONF48371.2020.9078633
Еще
Статья научная