Unmanned aerial vehicles (UAVs) mobility enables flexible and customized federated learning (FL) at the network edge. However, the underlying uncertainties in the aerial-terrestrial wireless channel may lead to a biased FL model. In particular, the distribution of the global model and the aggregation of the local updates within the FL learning rounds at the UAVs are governed by the reliability of the wireless channel. This creates an undesirable bias towards the training data of ground devices with better channel conditions, and vice versa. This paper characterizes the global bias problem of aerial FL in large-scale UAV networks. To this end, the paper proposes a channel-aware distribution and aggregation scheme to enforce equal contribution from all devices in the FL training as a means to resolve the global bias problem. We demonstrate the convergence of the proposed method by experimenting with the MNIST dataset and show its superiority compared to existing methods. The obtained results enable system parameter tuning to relieve the impact of the aerial channel deficiency on the FL convergence rate.


翻译:无人驾驶航空飞行器(无人驾驶飞行器)的机动性使得在网络边缘能够灵活和定制地进行联合学习(FL),然而,空地无线频道潜在的不确定性可能导致偏向FL模式,特别是,无人驾驶飞行器FL学习回合中全球模型的分布和当地更新汇总受无线频道可靠性的制约,这给地面设备的培训数据带来了不可取的偏向,而通道条件则较好,反之亦然。本文描述了大型无人驾驶飞行器网络中空中FL全球偏差问题。为此,本文建议采用一个频道觉察分布和汇总计划,强制实施FL培训中所有装置的平等贡献,作为解决全球偏向问题的一种手段。我们通过试验MNIST数据集并展示其优劣与现有方法的优势,展示了拟议方法的趋同性。取得的结果使系统参数得以调控,以减轻空中频道缺陷对FL融合率的影响。

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