Hypergame Theory for Decentralized Resource Allocation in Multi-user Semantic Communications

要約

セマンティック通信 (SC) は、ワイヤレス デバイスが欠落したデータ ポイントを再生成するためにコンピューティング リソースに依存しながら、データ ソースから関連する情報のみを送信できる新しい通信パラダイムです。
ただし、調整に必要なコンピューティングと通信のオーバーヘッドのため、マルチユーザー SC システムの設計はより困難になります。
セマンティック言語を学習し、リソース割り当てを実行するための既存のソリューションでは、マルチユーザー SC に関係するコンピューティングと通信のトレードオフを捉えることができないことがよくあります。
このギャップに対処するために、マルチユーザー SC システムにおける分散コンピューティングと通信リソース割り当てのための新しいフレームワークが提案されています。
エンド ユーザーのタスク エクスペリエンスの質を最大化するために、分散型の方法で通信リソースとコンピューティング リソース (推論用) を効率的に割り当てるという課題は、Stackelberg ハイパー ゲーム理論の適用を通じて解決されます。
第 2 レベルのハイパー ゲームの概念を活用して、お互いのコミュニケーションと制御戦略についてのユーザーの誤解をモデル化する新しい分析公式が開発されました。
さらに、学習されたリソース割り当てプロトコルの平衡分析では、誤った認識を考慮して、コンピューティングおよび通信戦略が局所的なシュタッケルベルク平衡に収束しているかどうかを調べます。
シミュレーション結果は、提案された Stackelberg ハイパー ゲームが、誤解を考慮していない最先端のゲームと比較して、ユーザーのエクスペリエンスの質を維持しながら、通信およびコンピューティング リソースを効率的に使用することを示しています。

要約(オリジナル)

Semantic communications (SC) is an emerging communication paradigm in which wireless devices can send only relevant information from a source of data while relying on computing resources to regenerate missing data points. However, the design of a multi-user SC system becomes more challenging because of the computing and communication overhead required for coordination. Existing solutions for learning the semantic language and performing resource allocation often fail to capture the computing and communication tradeoffs involved in multiuser SC. To address this gap, a novel framework for decentralized computing and communication resource allocation in multiuser SC systems is proposed. The challenge of efficiently allocating communication and computing resources (for reasoning) in a decentralized manner to maximize the quality of task experience for the end users is addressed through the application of Stackelberg hyper game theory. Leveraging the concept of second-level hyper games, novel analytical formulations are developed to model misperceptions of the users about each other’s communication and control strategies. Further, equilibrium analysis of the learned resource allocation protocols examines the convergence of the computing and communication strategies to a local Stackelberg equilibria, considering misperceptions. Simulation results show that the proposed Stackelberg hyper game results in efficient usage of communication and computing resources while maintaining a high quality of experience for the users compared to state-of-the-art that does not account for the misperceptions.

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