Human activity recognition (HAR) is a machine learning task with applications in many domains including health care, but it has proven a challenging research problem. In health care, it is used mainly as an assistive technology for elder care, often used together with other related technologies such as the Internet of Things (IoT) because HAR can be achieved with the help of IoT devices such as smartphones, wearables, environmental and on-body sensors. Deep neural network techniques like convolutional neural networks (CNNs) and recurrent neural networks (RNNs) have been used for HAR, both in centralized and federated settings. However, these techniques have certain limitations: RNNs cannot be easily parallelized, CNNs have the limitation of sequence length, and both are computationally expensive. Moreover, the centralized approach has privacy concerns when facing sensitive applications such as healthcare. In this paper, to address some of the existing challenges facing HAR, we present a novel one-patch transformer based on inertial sensors that can combine the advantages of RNNs and CNNs without their major limitations. We designed a testbed to collect real-time human activity data and used the data to train and test the proposed transformer-based HAR classifier. We also propose TransFed: a federated learning-based HAR classifier using the proposed transformer to address privacy concerns. The experimental results showed that the proposed solution outperformed the state-of-the-art HAR classifiers based on CNNs and RNNs, in both federated and centralized settings. Moreover, the proposed HAR classifier is computationally inexpensive as it uses much fewer parameters than existing CNN/RNN-based classifiers.


翻译:人类活动识别(HAR)是一个机器学习任务,涉及许多领域的应用,包括医疗保健,但它证明是一个具有挑战性的研究问题。在保健领域,它主要用作老年人护理的辅助技术,通常与诸如Tings(IoT)互联网等其他相关技术一起使用,因为HAR可以在智能手机、可磨损器、环境传感器和机载传感器等IoT设备的帮助下实现。深神经网络技术,如动态神经网络和经常性神经网络(RNN)等,已经在中央和联合的环境下被用于HAR。然而,这些技术有一定的局限性:RNNS无法轻易地平行使用,CNN有序列长度的限制,而且两者都是计算成本昂贵的。此外,中央化方法在面临诸如保健等敏感应用时,也有隐私问题。为了应对HAR面临的一些现有挑战,我们在惯性神经网络和CNN(RNS)的内脏传感器上展示了一个新的更低级变压变压器,这种变压器可以在没有主要限制的情况下结合 RNNNS和CNs的优势。我们设计了一个测试床,用于收集实时的内置的内值内置的内税数据。我们为正在变压的服务器,用于正在使用的智能变压数据。

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