Mobile edge devices (e.g., AR/VR headsets) typically need to complete timely inference tasks while operating with limited on-board computing and energy resources. In this paper, we investigate the problem of collaborative inference in wireless edge networks, where energy-constrained edge devices aim to complete inference tasks within given deadlines. These tasks are carried out using neural networks, and the edge device seeks to optimize inference performance under energy and delay constraints. The inference process can be split between the edge device and an edge server, thereby achieving collaborative inference over wireless networks. We formulate an inference utility optimization problem subject to energy and delay constraints, and propose a novel solution called Bayes-Split-Edge, which leverages Bayesian optimization for collaborative split inference over wireless edge networks. Our solution jointly optimizes the transmission power and the neural network split point. The Bayes-Split-Edge framework incorporates a novel hybrid acquisition function that balances inference task utility, sample efficiency, and constraint violation penalties. We evaluate our approach using the VGG19 model on the ImageNet-Mini dataset, and Resnet101 on Tiny-ImageNet, and real-world mMobile wireless channel datasets. Numerical results demonstrate that Bayes-Split-Edge achieves up to 2.4x reduction in evaluation cost compared to standard Bayesian optimization and achieves near-linear convergence. It also outperforms several baselines, including CMA-ES, DIRECT, exhaustive search, and Proximal Policy Optimization (PPO), while matching exhaustive search performance under tight constraints. These results confirm that the proposed framework provides a sample-efficient solution requiring maximum 20 function evaluations and constraint-aware optimization for wireless split inference in edge computing systems.


翻译:移动边缘设备(如AR/VR头显)通常需要在有限板载计算与能源资源下完成及时推理任务。本文研究无线边缘网络中的协同推理问题,其中能源受限的边缘设备需在给定截止时间内完成推理任务。这些任务通过神经网络执行,边缘设备旨在能量与延迟约束下优化推理性能。推理过程可在边缘设备与边缘服务器之间进行分割,从而实现无线网络上的协同推理。我们构建了一个受能量与延迟约束的推理效用优化问题,并提出一种名为Bayes-Split-Edge的新型解决方案,该方案利用贝叶斯优化实现无线边缘网络上的协同分割推理。我们的解决方案联合优化传输功率与神经网络分割点。Bayes-Split-Edge框架引入了一种新型混合采集函数,可平衡推理任务效用、样本效率与约束违反惩罚。我们在ImageNet-Mini数据集上使用VGG19模型,在Tiny-ImageNet上使用Resnet101模型,并结合真实世界mMobile无线信道数据集评估所提方法。数值结果表明,与标准贝叶斯优化相比,Bayes-Split-Edge将评估成本降低达2.4倍,并实现近线性收敛。其性能亦优于多种基线方法(包括CMA-ES、DIRECT、穷举搜索及近端策略优化PPO),同时在严格约束下达到与穷举搜索相当的性能。这些结果证实,所提框架为边缘计算系统中的无线分割推理提供了一种样本高效(最多仅需20次函数评估)且具备约束感知能力的优化解决方案。

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