Edge intelligence has arisen as a promising computing paradigm for supporting miscellaneous smart applications that rely on machine learning techniques. While the community has extensively investigated multi-tier edge deployment for traditional deep learning models (e.g. CNNs, RNNs), the emerging Graph Neural Networks (GNNs) are still under exploration, presenting a stark disparity to its broad edge adoptions such as traffic flow forecasting and location-based social recommendation. To bridge this gap, this paper formally studies the cost optimization for distributed GNN processing over a multi-tier heterogeneous edge network. We build a comprehensive modeling framework that can capture a variety of different cost factors, based on which we formulate a cost-efficient graph layout optimization problem that is proved to be NP-hard. Instead of trivially applying traditional data placement wisdom, we theoretically reveal the structural property of quadratic submodularity implicated in GNN's unique computing pattern, which motivates our design of an efficient iterative solution exploiting graph cuts. Rigorous analysis shows that it provides parameterized constant approximation ratio, guaranteed convergence, and exact feasibility. To tackle potential graph topological evolution in GNN processing, we further devise an incremental update strategy and an adaptive scheduling algorithm for lightweight dynamic layout optimization. Evaluations with real-world datasets and various GNN benchmarks demonstrate that our approach achieves superior performance over de facto baselines with more than 95.8% cost eduction in a fast convergence speed.


翻译:作为支持依赖机器学习技术的多种智能应用的有希望的计算模式,出现了边缘情报。虽然社区已经广泛调查了传统深学习模式(如CNN、RNNS)的多层边缘部署情况,但新兴的图形神经网络(GNNS)仍在探索中,这与其广泛的边缘采用方式(如交通流量预测和基于地点的社会建议)存在明显的差异。为了缩小这一差距,本文件正式研究了在多层不同边缘网络上分配的GNN处理的成本优化。我们建立了一个全面的模型框架,可以捕捉各种不同的成本因素,在此基础上,我们制定了一个成本效率高的图形版面优化问题,证明这种问题非常难以解决。我们没有轻描淡地运用传统的数据配置智慧,而是从理论上揭示了GNNN的独特计算模式所隐含的四面形次模式的结构属性。为了缩小这一差距,我们设计一个高效的迭代解决方案,利用了图形削减。严格的分析表明,它提供了参数化的固定近似比率、保证的趋同和准确的可行性。为了应对GNNNNE处理中的潜在的面面面面面面面结构变化变化,我们进一步设计了一种渐进式的升级战略,而没有像级的升级战略,我们又能升级地展示了全球标准,并展示了一种更高的标准标准,并用新的标准。

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