Federated learning is an emerging machine learning paradigm that enables multiple devices to train models locally and formulate a global model, without sharing the clients' local data. A federated learning system can be viewed as a large-scale distributed system, involving different components and stakeholders with diverse requirements and constraints. Hence, developing a federated learning system requires both software system design thinking and machine learning knowledge. Although much effort has been put into federated learning from the machine learning perspectives, our previous systematic literature review on the area shows that there is a distinct lack of considerations for software architecture design for federated learning. In this paper, we propose FLRA, a reference architecture for federated learning systems, which provides a template design for federated learning-based solutions. The proposed FLRA reference architecture is based on an extensive review of existing patterns of federated learning systems found in the literature and existing industrial implementation. The FLRA reference architecture consists of a pool of architectural patterns that could address the frequently recurring design problems in federated learning architectures. The FLRA reference architecture can serve as a design guideline to assist architects and developers with practical solutions for their problems, which can be further customised.


翻译:联邦学习是一种新兴的机械学习模式,它使多种设备能够在当地培训模型并制定全球模型,而没有分享客户的当地数据。联合会式学习系统可被视为一个大型分布式系统,涉及不同组成部分和不同要求和制约因素的利益攸关方。因此,发展联合会式学习系统既需要软件系统设计思维,也需要机器学习知识。虽然已经从机器学习的角度为联合会式学习做出了很大努力,但我们以前对该领域的系统文献审查表明,在联合学习的软件结构设计方面明显缺乏考虑。我们在此文件中提议,联合会式学习系统的参考结构是联合会式学习系统的参考结构,它为以联合会式学习为基础的解决方案提供模板设计。拟议的联合会式学习系统参考结构的基础是对文献和现有工业实施中发现的现有联合会式学习系统模式进行广泛审查。FRA式参考结构包括一套建筑模型,它可以解决联式学习结构中经常重复出现的设计问题。FLRA型参考结构可以作为设计指南,协助建筑师和开发人员解决其问题的实用解决方案,可以进一步定制。

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联邦学习(Federated Learning)是一种新兴的人工智能基础技术,在 2016 年由谷歌最先提出,原本用于解决安卓手机终端用户在本地更新模型的问题,其设计目标是在保障大数据交换时的信息安全、保护终端数据和个人数据隐私、保证合法合规的前提下,在多参与方或多计算结点之间开展高效率的机器学习。其中,联邦学习可使用的机器学习算法不局限于神经网络,还包括随机森林等重要算法。联邦学习有望成为下一代人工智能协同算法和协作网络的基础。
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