Resource management plays a pivotal role in wireless networks, which, unfortunately, leads to challenging NP-hard problems. Artificial Intelligence (AI), especially deep learning techniques, has recently emerged as a disruptive technology to solve such challenging problems in a real-time manner. However, although promising results have been reported, practical design guidelines and performance guarantees of AI-based approaches are still missing. In this paper, we endeavor to address two fundamental questions: 1) What are the main advantages of AI-based methods compared with classical techniques; and 2) Which neural network should we choose for a given resource management task. For the first question, four advantages are identified and discussed. For the second question, \emph{optimality gap}, i.e., the gap to the optimal performance, is proposed as a measure for selecting model architectures, as well as, for enabling a theoretical comparison between different AI-based approaches. Specifically, for $K$-user interference management problem, we theoretically show that graph neural networks (GNNs) are superior to multi-layer perceptrons (MLPs), and the performance gap between these two methods grows with $\sqrt{K}$.


翻译:在无线网络中,资源管理在无线网络中发挥着关键作用,不幸的是,无线网络导致挑战NP-硬性问题。人工智能(AI),特别是深层次的学习技术,最近作为一种以实时方式解决此类具有挑战性的问题的破坏性技术出现了。然而,尽管报告的结果令人乐观,但基于AI的方法的实际设计指南和绩效保障仍然缺乏。在本文件中,我们努力解决两个基本问题:(1)基于AI的方法与古典技术相比有哪些主要优势;和(2)我们应选择哪个神经网络来承担特定的资源管理任务。关于第一个问题,确定并讨论了四个优势。第二个问题,即对最佳绩效的差距,建议作为选择基于AI的模型结构的一种衡量标准,以及使不同基于AI的方法之间的理论比较成为可能。具体地说,关于$-用户干扰管理问题,我们理论上表明,图形神经网络(GNNNS)优于多层次的 Percepron(MLPs),以及这两种方法之间的性差与美元/srt{K}。

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