Federated Learning (FL) is very appealing for its privacy benefits: essentially, a global model is trained with updates computed on mobile devices while keeping the data of users local. Standard FL infrastructures are however designed to have no energy or performance impact on mobile devices, and are therefore not suitable for applications that require frequent (online) model updates, such as news recommenders. This paper presents FLeet, the first Online FL system, acting as a middleware between the Android OS and the machine learning application. FLeet combines the privacy of Standard FL with the precision of online learning thanks to two core components: (i) I-Prof, a new lightweight profiler that predicts and controls the impact of learning tasks on mobile devices, and (ii) AdaSGD, a new adaptive learning algorithm that is resilient to delayed updates. Our extensive evaluation shows that Online FL, as implemented by FLeet, can deliver a 2.3x quality boost compared to Standard FL, while only consuming 0.036% of the battery per day. I-Prof can accurately control the impact of learning tasks by improving the prediction accuracy up to 3.6x (computation time) and up to 19x (energy). AdaSGD outperforms alternative FL approaches by 18.4% in terms of convergence speed on heterogeneous data.


翻译:联邦学习联合会(FL)非常吸引其隐私利益:基本上,一个全球模型在使用当地用户数据的同时,通过在移动设备上计算更新数据来培训全球模型;然而,标准的FL基础设施的设计没有能源或功能对移动设备的影响,因此不适合需要经常(在线)更新模型的应用,例如新闻推荐人。本文介绍了FLeet,这是第一个在线FL系统,作为Android OS和机器学习应用程序之间的中间软件。Fleet将标准FL的隐私与在线学习的精确性结合起来,这要归功于两个核心组成部分:(一) I-Prof,一个新的轻质谱仪,预测和控制学习任务对移动设备的影响,以及(二) AdaSGD,一种新的适应性学习算法,能够适应延迟更新。我们的广泛评价显示,FLeet实施的在线FL系统可以提供2.3x质量提升标准FL,而每天只能消耗0.036%的电池。 I-Prof,能够精确控制学习任务的影响,方法是通过提高预测到3.6x的组合速度到18x数据格式的预测,从而精确控制学习任务的影响。

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