In this paper, federated learning (FL) over wireless networks is investigated. In each communication round, a subset of devices is selected to participate in the aggregation with limited time and energy. In order to minimize the convergence time, global loss and latency are jointly considered in a Stackelberg game based framework. Specifically, age of information (AoI) based device selection is considered at leader-level as a global loss minimization problem, while sub-channel assignment, computational resource allocation, and power allocation are considered at follower-level as a latency minimization problem. By dividing the follower-level problem into two sub-problems, the best response of the follower is obtained by a monotonic optimization based resource allocation algorithm and a matching based sub-channel assignment algorithm. By deriving the upper bound of convergence rate, the leader-level problem is reformulated, and then a list based device selection algorithm is proposed to achieve Stackelberg equilibrium. Simulation results indicate that the proposed device selection scheme outperforms other schemes in terms of the global loss, and the developed algorithms can significantly decrease the time consumption of computation and communication.


翻译:在本文中,对无线网络的联邦学习(FL)进行了调查。在每轮通信中,选择一组设备参加集成,时间和能量有限。为了最大限度地减少趋同时间,在基于Stackelberg的游戏框架中共同考虑全球损失和延迟。具体地说,基于信息(AoI)的装置选择年龄在领导一级被视为全球损失最小化问题,而次级通道分配、计算资源分配和电力分配则在后续一级被视为延迟最小化问题。通过将后续级别问题分为两个子问题,通过基于资源配置的单调优化算法和基于匹配的子通道分配算法获得跟踪者的最佳反应。通过得出趋同率的上限,对领导级别问题进行重新拟订,然后提出基于清单的装置选择算法,以实现斯塔克勒伯格的均衡。模拟结果表明,拟议的装置选择计划在全球损失方面优于其他计划,而发达的算法可以大大减少计算和通信的时间消耗。

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