It is anticipated that aerial-terrestrial integrated networks incorporating unmanned aerial vehicles (UAVs) mounted relays will offer improved coverage and connectivity in the beyond 5G era. Meanwhile, federated learning (FL) is a promising distributed machine learning technique for building inference models over wireless networks due to its ability to maintain user privacy and reduce communication overhead. However, off-the-shelf FL models aggregate global parameters at a central parameter server (CPS), increasing energy consumption and latency, as well as inefficiently utilizing radio resource blocks (RRBs) for distributed user devices (UDs). This paper presents a resource-efficient FL framework, called FedMoD (\textbf{fed}erated learning with \textbf{mo}del \textbf{d}issemination), for millimeter-wave (mmWave) aerial-terrestrial integrated networks with the following two unique characteristics. Firstly, FedMoD presents a novel decentralized model dissemination algorithm that makes use of UAVs as local model aggregators through UAV-to-UAV and device-to-device (D2D) communications. As a result, FedMoD (i) increases the number of participant UDs in developing FL model and (ii) achieves global model aggregation without involving CPS. Secondly, FedMoD reduces the energy consumption of FL using radio resource management (RRM) under the constraints of over-the-air learning latency. In order to achieve this, by leveraging graph theory, FedMoD optimizes the scheduling of line-of-sight (LOS) UDs to suitable UAVs/RRBs over mmWave links and non-LOS UDs to available LOS UDs via overlay D2D communications. Extensive simulations reveal that decentralized FedMoD offers same convergence rate performance as compared to conventional FL frameworks.


翻译:预计包含无人驾驶航空飞行器(UALOS2)安装的继电器的空中-地面综合网络将改善5G时代以后的覆盖面和连通性。同时,联邦学习(FL)是一个很有希望的分布式机器学习技术,用于在无线网络上建立推论模型,因为其有能力维护用户隐私和减少通信管理管理。然而,现成的FL模型在中央参数服务器(CPS)上将全球参数汇总起来,增加能源消耗和静态,以及低效率地利用无线电资源块(RRRBs)用于分布式用户设备(UD)。本文提出了一个资源效率高的FL框架,称为FDMD(mobff{f{f}fered}),它是一个在无线上建立推断模型(textbf{mof}del\ textbf{f{d}{d}missulferation的学习方法,它以两种独特的特点。首先,FMDMoD提供了一种新的分散式模型传播算法,通过UA-UA作为当地模型集成电,通过UA-UA-UAVD-e-de-de(D)在FM-de-de的模型中实现了实现不使用FFUD的节能的节能, 和FFD-de的节能的节能的节能的节制,通过FFFFFFD(D的节能的节能的节制,通过F-F-de-de-de-de-de-de-de-de-de-lalisalisalisald-lald-ld-ld-lal-ld-d-d-d-d-d-d-d-ld-ld-d-l-de的节制的节制,使的节的节的节的节的节的节的节的节的节的节的节的节的节的节,使使使使使能到制,使提高了的节能到FF-d-d-d-d-d-d-d-d-d-d-d-d-d-d-d-l-al-al-d-al-d-d-al-d-al-al-d-d-l</s>

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