This paper presents Hyper-VIB, a hypernetwork-enhanced information bottleneck (IB) approach designed to enable efficient task-oriented communications in 6G collaborative intelligent systems. Leveraging IB theory, our approach enables an optimal end-to-end joint training of device and network models, in terms of the maximal task execution accuracy as well as the minimal communication overhead, through optimizing the trade-off hyperparameter. To address computational intractability in high-dimensional IB optimization, a tractable variational upper-bound approximation is derived. Unlike conventional grid or random search methods that require multiple training rounds with substantial computational costs, Hyper-VIB introduces a hypernetwork that generates approximately optimal DNN parameters for different values of the hyperparameter within a single training phase. Theoretical analysis in the linear case validates the hypernetwork design. Experimental results demonstrate our Hyper-VIB's superior accuracy and training efficiency over conventional VIB approaches in both classification and regression tasks.


翻译:本文提出Hyper-VIB,一种超网络增强的信息瓶颈方法,旨在为6G协同智能系统实现高效的面向任务的通信。基于信息瓶颈理论,我们的方法通过优化权衡超参数,实现了设备与网络模型在最大任务执行精度和最小通信开销方面的最优端到端联合训练。为解决高维信息瓶颈优化中的计算不可行性问题,推导了一个可处理的变分上界近似。与需要多轮训练且计算成本高昂的传统网格或随机搜索方法不同,Hyper-VIB引入了一个超网络,可在单次训练阶段内为不同超参数值生成近似最优的深度神经网络参数。线性情况下的理论分析验证了超网络设计的有效性。实验结果表明,在分类和回归任务中,我们的Hyper-VIB方法在精度和训练效率上均优于传统的变分信息瓶颈方法。

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