Machine learning and wireless communication technologies are jointly facilitating an intelligent edge, where federated edge learning (FEEL) is a promising training framework. As wireless devices involved in FEEL are resource limited in terms of communication bandwidth, computing power and battery capacity, it is important to carefully schedule them to optimize the training performance. In this work, we consider an over-the-air FEEL system with analog gradient aggregation, and propose an energy-aware dynamic device scheduling algorithm to optimize the training performance under energy constraints of devices, where both communication energy for gradient aggregation and computation energy for local training are included. The consideration of computation energy makes dynamic scheduling challenging, as devices are scheduled before local training, but the communication energy for over-the-air aggregation depends on the l2-norm of local gradient, which is known after local training. We thus incorporate estimation methods into scheduling to predict the gradient norm. Taking the estimation error into account, we characterize the performance gap between the proposed algorithm and its offline counterpart. Experimental results show that, under a highly unbalanced local data distribution, the proposed algorithm can increase the accuracy by 4.9% on CIFAR-10 dataset compared with the myopic benchmark, while satisfying the energy constraints.


翻译:机械学习和无线通信技术正在共同促进智能优势,即联合边际学习(FEEL)是一个充满希望的培训框架;由于感知中的无线装置是通信带宽、计算电力和电池能力方面的资源有限的资源,因此必须仔细安排它们,以优化培训业绩;在这项工作中,我们考虑一种具有模拟梯度聚合的超空感觉系统,并提议一种能觉动态装置调度算法,以优化在设备能源限制下的培训业绩,其中既包括用于梯度汇总的通信能源,也包括用于当地培训的计算能源;考虑计算能源使动态的时间安排具有挑战性,因为装置是在当地培训之前安排的,但超空聚集的通信能量取决于当地梯度的纬度,这是在当地培训之后所知道的。因此,我们把估算方法纳入预测梯度规范的时间安排中。考虑到估计错误,我们确定了拟议算法与离线对等的计算方法之间的性能差距。实验结果表明,根据高度不平衡的当地数据分布,拟议的计算法可以使CIFAR-10数据集成的准确度增加4.9%,与近光基准相比,同时满足能源限制。

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