This paper investigates task-oriented communication for edge inference, where a low-end edge device transmits the extracted feature vector of a local data sample to a powerful edge server for processing. It is critical to encode the data into an informative and compact representation for low-latency inference given the limited bandwidth. We propose a learning-based communication scheme that jointly optimizes feature extraction, source coding, and channel coding in a task-oriented manner, i.e., targeting the downstream inference task rather than data reconstruction. Specifically, we leverage an information bottleneck (IB) framework to formalize a rate-distortion tradeoff between the informativeness of the encoded feature and the inference performance. As the IB optimization is computationally prohibitive for the high-dimensional data, we adopt a variational approximation, namely the variational information bottleneck (VIB), to build a tractable upper bound. To reduce the communication overhead, we leverage a sparsity-inducing distribution as the variational prior for the VIB framework to sparsify the encoded feature vector. Furthermore, considering dynamic channel conditions in practical communication systems, we propose a variable-length feature encoding scheme based on dynamic neural networks to adaptively adjust the activated dimensions of the encoded feature to different channel conditions. Extensive experiments evidence that the proposed task-oriented communication system achieves a better rate-distortion tradeoff than baseline methods and significantly reduces the feature transmission latency in dynamic channel conditions.
翻译:本文调查以任务为导向的边际推断通信, 即低端边缘设备将本地数据样本提取的特征矢量传输给强大的边缘服务器以供处理。 将数据编码为信息化和紧凑的低长推力代表器对于带宽有限的情况下的低长推力至关重要。 我们提出一个基于学习的通信计划, 共同优化特征提取、 源编码和以任务导向的方式传输编码, 即以下游推力任务为目标, 而不是数据重建。 具体地说, 我们利用一个信息瓶颈( IB) 框架, 正式确定编码特性和推断性性能之间的率扭曲交易交易。 由于 IB 优化对于高维度数据来说在计算上令人厌烦, 我们采用一个基于变异信息瓶颈( VIB) 、 以任务导向性控重的方式, 即降低通信管理量, 作为VIB 框架之前的变异性分布。 此外, 考虑动态频道模型的动态导力模型, 将基于动态导力导力导力导力导力导力导力导力系统, 降低基于实际动态导力导力导力导力导力导力导力导力导力导力导力导力的动态导力导力导力导力导力系统, 使动态导力导力导力导力导力导力导力导力导导导力导力导力导力导力导力导力导力导力导力导力导力导力系统 度任务 度 度 度 度 度 度 度任务 调导力导力导力导力导力导力 调制导力导力 度 度 度 度 度 度 度 制导力 调导力 制导力 度 度 度 度 度 制导力 调导力 调导力 度 度 调制 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 调导力 度 度 度 度 度 度 度 调制 度 度 度 度 调制 度 调制 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 调导力 度