Spatio-Temporal Graph Neural Networks (ST-GNNs) are well-suited for processing high-frequency data streams from geographically distributed sensors in smart mobility systems. However, their deployment at the edge across distributed compute nodes (cloudlets) createssubstantial communication overhead due to repeated transmission of overlapping node features between neighbouring cloudlets. To address this, we propose an adaptive pruning algorithm that dynamically filters redundant neighbour features while preserving the most informative spatial context for prediction. The algorithm adjusts pruning rates based on recent model performance, allowing each cloudlet to focus on regions experiencing traffic changes without compromising accuracy. Additionally, we introduce the Sudden Event Prediction Accuracy (SEPA), a novel event-focused metric designed to measure responsiveness to traffic slowdowns and recoveries, which are often missed by standard error metrics. We evaluate our approach in an online semi-decentralized setting with traditional FL, server-free FL, and Gossip Learning on two large-scale traffic datasets, PeMS-BAY and PeMSD7-M, across short-, mid-, and long-term prediction horizons. Experiments show that, in contrast to standard metrics, SEPA exposes the true value of spatial connectivity in predicting dynamic and irregular traffic. Our adaptive pruning algorithm maintains prediction accuracy while significantly lowering communication cost in all online semi-decentralized settings, demonstrating that communication can be reduced without compromising responsiveness to critical traffic events.


翻译:时空图神经网络(ST-GNNs)非常适合处理智慧交通系统中地理分布式传感器产生的高频数据流。然而,在边缘计算节点(云微数据中心)间部署分布式ST-GNN时,相邻节点间重叠节点特征的重复传输会产生显著的通信开销。为此,我们提出一种自适应剪枝算法,该算法能动态过滤冗余的邻居特征,同时保留最具信息量的空间上下文以进行预测。该算法根据近期模型性能动态调整剪枝率,使每个云微数据中心能够聚焦于交通状态变化的区域而不损失预测精度。此外,我们提出了突发交通事件预测准确率(SEPA)这一新颖的以事件为中心的评估指标,专门用于衡量模型对交通减速与恢复事件的响应能力——这类动态常被传统误差指标所忽略。我们在在线半去中心化环境下,结合传统联邦学习、无服务器联邦学习和流言学习三种范式,在PeMS-BAY和PeMSD7-M两个大规模交通数据集上,针对短、中、长期预测范围进行了评估。实验表明:与标准指标相比,SEPA能够揭示空间连通性在预测动态不规则交通中的真实价值;我们的自适应剪枝算法在保持预测精度的同时,显著降低了所有在线半去中心化设置中的通信成本,这证明在保证对关键交通事件响应能力的前提下,通信开销是可以被有效降低的。

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