There is an increasing interest in a fast-growing machine learning technique called Federated Learning, in which the model training is distributed over mobile user equipments (UEs), exploiting UEs' local computation and training data. Despite its advantages in data privacy-preserving, Federated Learning (FL) still has challenges in heterogeneity across UEs' data and physical resources. We first propose a FL algorithm which can handle the heterogeneous UEs' data challenge without further assumptions except strongly convex and smooth loss functions. We provide the convergence rate characterizing the trade-off between local computation rounds of UE to update its local model and global communication rounds to update the FL global model. We then employ the proposed FL algorithm in wireless networks as a resource allocation optimization problem that captures the trade-off between the FL convergence wall clock time and energy consumption of UEs with heterogeneous computing and power resources. Even though the wireless resource allocation problem of FL is non-convex, we exploit this problem's structure to decompose it into three sub-problems and analyze their closed-form solutions as well as insights to problem design. Finally, we illustrate the theoretical analysis for the new algorithm with Tensorflow experiments and extensive numerical results for the wireless resource allocation sub-problems. The experiment results not only verify the theoretical convergence but also show that our proposed algorithm outperforms the vanilla FedAvg algorithm in terms of convergence rate and testing accuracy.


翻译:快速增长的机器学习技术“Feded Learning”越来越受关注,在这种技术中,模型培训是通过移动用户设备(UEs)分配的,利用UES的当地计算和培训数据。尽管在数据隐私保护方面有其优点,但Feded Learning(FL)在数据与物理资源之间的差异性方面仍然存在挑战。我们首先提出一个FL算法,可以处理各种Ues的数据挑战,而无需进一步假设,除非有强烈的松动和平稳的损失功能。我们提供了将地方计算周期(UE)之间的折叠合率特性,以更新其本地模型和全球通信周期,更新FL全球模型。我们随后在无线网络中使用拟议的FL算法算法,作为资源分配的最优化问题,抓住FL趋同墙时间和电源的能源消耗之间的折合。即使FL的无线资源分配问题是非convevex,但我们利用这个问题的结构将其分解成三个子问题,但分析其封闭式的算法解决办法,作为对问题进行深度分析的结果,而不是对数字分析结果进行深入的试算。最后,我们用FLIalalalalevormaltralation violaltra 。

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Explanation:无线网。 Publisher:Springer。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/journals/winet/
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