We investigate resource allocation scheme to reduce the energy consumption of federated learning (FL) in the integrated fog-cloud computing enabled Internet-of-things (IoT) networks. In the envisioned system, IoT devices are connected with the centralized cloud server (CS) via multiple fog access points (F-APs). We consider two different scenarios for training the local models. In the first scenario, local models are trained at the IoT devices and the F-APs upload the local model parameters to the CS. In the second scenario, local models are trained at the F-APs based on the collected data from the IoT devices and the F-APs collaborate with the CS for updating the model parameters. Our objective is to minimize the overall energy-consumption of both scenarios subject to FL time constraint. Towards this goal, we devise a joint optimization of scheduling of IoT devices with the F-APs, transmit power allocation, computation frequency allocation at the devices and F-APs and decouple it into two subproblems. In the first subproblem, we optimize the IoT device scheduling and power allocation, while in the second subproblem, we optimize the computation frequency allocation. For each scenario, we develop a conflict graph based solution to iteratively solve the two subproblems. Simulation results show that the proposed two schemes achieve a considerable performance gain in terms of the energy consumption minimization. The presented simulation results interestingly reveal that for a large number of IoT devices and large data sizes, it is more energy efficient to train the local models at the IoT devices instead of the F-APs.


翻译:我们调查资源分配计划,以减少综合雾云计算(IoT)互联网化网络中联合学习(FL)的能源消耗。在设想的系统中,IoT设备通过多个雾存取点(F-APs)与中央云服务器(CS)连接。我们考虑两种不同的方案来培训当地模型。在第一种情况下,在IoT设备上培训当地模型,F-APs向CS上传当地模型参数。在第二种情况下,根据从IoT装置和F-APs收集的数据,在F-AP中培训地方模型。在F-APs更新模型参数参数。在设想系统中,IoT设备与CS合作更新模型参数。我们的目标是尽量减少两种情况的总体能源消耗量。为了实现这一目标,我们联合优化IoT设备的时间安排,传输电力分配、计算装置和F-AP的频率分配,并将其分解成两个子问题。在第一个子问题模型中,我们优化了IO-AP系统的大规模成本分配,同时我们优化了基于IO-RL的能源配置模式的每个成本配置,我们两个基于Simlal 的版本的模型的模型的计算结果,我们在两个Sleval-real dal dal dalalalal dal dalaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldal saldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldal saldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldal

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