Federated edge learning (FEEL) is a promising distributed machine learning (ML) framework to drive edge intelligence applications. However, due to the dynamic wireless environments and the resource limitations of edge devices, communication becomes a major bottleneck. In this work, we propose time-correlated sparsification with hybrid aggregation (TCS-H) for communication-efficient FEEL, which exploits jointly the power of model compression and over-the-air computation. By exploiting the temporal correlations among model parameters, we construct a global sparsification mask, which is identical across devices, and thus enables efficient model aggregation over-the-air. Each device further constructs a local sparse vector to explore its own important parameters, which are aggregated via digital communication with orthogonal multiple access. We further design device scheduling and power allocation algorithms for TCS-H. Experiment results show that, under limited communication resources, TCS-H can achieve significantly higher accuracy compared to the conventional top-K sparsification with orthogonal model aggregation, with both i.i.d. and non-i.i.d. data distributions.


翻译:联邦边缘学习(FEEL)是一个有希望的分布式机器学习框架,可以推动边缘智能应用,然而,由于动态无线环境和边缘装置的资源限制,通信成为了一大瓶颈。在这项工作中,我们提议与通信效率感觉混合(TCS-H)进行与时间有关的聚变,以利用模型压缩和超空计算的力量。我们利用模型参数之间的时间相关性,构建了一个全球封闭化遮罩,这种遮罩在各种装置之间是相同的,从而能够有效地在空中进行模型集成。每个装置还建造一个本地稀释矢量矢量,以探索其自身的重要参数,这些参数是通过数字通信或多端多重访问加以汇总的。我们进一步设计TCS-H的装置时间安排和动力分配算法。实验结果表明,在有限的通信资源下,TCS-H可以比常规的顶K宽度聚和或超光层模型集精度高得多的精确度,包括i.d及非i.d数据发布。

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