Graph neural networks (GNN) have been widely deployed in real-world networked applications and systems due to their capability to handle graph-structured data. However, the growing awareness of data privacy severely challenges the traditional centralized model training paradigm, where a server holds all the graph information. Federated learning is an emerging collaborative computing paradigm that allows model training without data centralization. Existing federated GNN studies mainly focus on systems where clients hold distinctive graphs or sub-graphs. The practical node-level federated situation, where each client is only aware of its direct neighbors, has yet to be studied. In this paper, we propose the first federated GNN framework called Lumos that supports supervised and unsupervised learning with feature and degree protection on node-level federated graphs. We first design a tree constructor to improve the representation capability given the limited structural information. We further present a Monte Carlo Markov Chain-based algorithm to mitigate the workload imbalance caused by degree heterogeneity with theoretically-guaranteed performance. Based on the constructed tree for each client, a decentralized tree-based GNN trainer is proposed to support versatile training. Extensive experiments demonstrate that Lumos outperforms the baseline with significantly higher accuracy and greatly reduced communication cost and training time.


翻译:由于具备处理图表结构数据的能力,在现实世界网络应用和系统中广泛部署了图形神经网络(GNN),但是,对数据隐私的认识不断提高,对传统的中央模式培训模式提出了严峻挑战,即传统的集中模式培训模式,服务器拥有所有图表信息; 联邦学习是一个新出现的合作计算模式,允许在不集中数据的情况下进行模型培训; 现有的联邦GNN研究主要侧重于客户持有独特图表或子图的系统; 实际的节点级联结状态,即每个客户只知道其直接邻居,但这种情况尚未研究。 在本文件中,我们提议第一个称为“Lumos”的GNN框架,它支持以无偏差的相联图形的特性和程度保护来监督和不受监督的学习。 我们首先设计一个树型建筑师,以在结构信息有限的情况下提高代表能力。 我们进一步介绍一个基于Monte Carlo Markov链的算法,以缓解由程度异质和理论保证的性能造成的工作量不平衡。基于每个客户建造的树制,一个分散的GNNN培训员框架将大大降低成本。</s>

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