Graph Neural Network Meets Multi-Agent Reinforcement Learning: Fundamentals, Applications, and Future Directions

计算机科学 强化学习 人工智能 人工神经网络 图形 机器学习 理论计算机科学
作者
Ziheng Liu,Jiayi Zhang,Enyu Shi,Zhilong Liu,Dusit Niyato,Bo Ai,Xuemin Shen
出处
期刊:IEEE Wireless Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:31 (6): 39-47 被引量:1
标识
DOI:10.1109/mwc.015.2300595
摘要

Multi-agent reinforcement learning (MARL) has become a fundamental component of next-generation wireless communication systems. Theoretically, although MARL has the advantages of low computational complexity and fast convergence rate, there exist several challenges including partial observability, non-stationary, and scalability. In this article, we investigate a novel MARL with graph neural network-aided communication (GNN-Comm-MARL) to address the aforementioned challenges by making use of graph attention networks to effectively sample neighborhoods and selectively aggregate messages. Furthermore, we thoroughly study the architecture of GNNComm-MARL and present a systematic design solution. We then present the typical applications of GNNComm-MARL from two aspects: resource allocation and mobility management. The results obtained reveal that GNNComm-MARL can achieve better performance with lower communication overhead compared to conventional communication schemes. Finally, several important research directions regarding GNNComm-MARL are presented to facilitate further investigation.
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