In federated learning (FL), reducing the communication overhead is one of the most critical challenges since the parameter server and the mobile devices share the training parameters over wireless links. With such consideration, we adopt the idea of SignSGD in which only the signs of the gradients are exchanged. Moreover, most of the existing works assume Channel State Information (CSI) available at both the mobile devices and the parameter server, and thus the mobile devices can adopt fixed transmission rates dictated by the channel capacity. In this work, only the parameter server side CSI is assumed, and channel capacity with outage is considered. In this case, an essential problem for the mobile devices is to select appropriate local processing and communication parameters (including the transmission rates) to achieve a desired balance between the overall learning performance and their energy consumption. Two optimization problems are formulated and solved, which optimize the learning performance given the energy consumption requirement, and vice versa. Furthermore, considering that the data may be distributed across the mobile devices in a highly uneven fashion in FL, a stochastic sign-based algorithm is proposed. Extensive simulations are performed to demonstrate the effectiveness of the proposed methods.


翻译:在联合学习(FL)中,降低通信管理费是最重要的挑战之一,因为参数服务器和移动设备在无线连接上共享培训参数。考虑到这一点,我们采用了只交换梯度标志的SignSGD概念;此外,大多数现有工作假设流动设备和参数服务器都可用频道国家信息(CSI),因此移动设备可以采用由频道容量决定的固定传输速率。在这项工作中,只假设参数服务器方CSI,考虑断流的频道能力。在这种情况下,移动设备的一个基本问题是选择适当的本地处理和通信参数(包括传输率),以便在总体学习绩效和能源消耗之间实现预期的平衡。开发和解决了两个优化问题,根据能源消耗要求优化学习性能,反之亦然。此外,考虑到数据可以以高度不平衡的方式在移动设备中分布,因此建议了一种基于随机信号的算法。进行了广泛的模拟,以证明拟议方法的有效性。

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