Does Federated Learning (FL) work when both uplink and downlink communications have errors? How much communication noise can FL handle and what is its impact to the learning performance? This work is devoted to answering these practically important questions by explicitly incorporating both uplink and downlink noisy channels in the FL pipeline. We present several novel convergence analyses of FL over simultaneous uplink and downlink noisy communication channels, which encompass full and partial clients participation, direct model and model differential transmissions, and non-independent and identically distributed (IID) local datasets. These analyses characterize the sufficient conditions for FL over noisy channels to have the same convergence behavior as the ideal case of no communication error. More specifically, in order to maintain the O(1/T) convergence rate of FedAvg with perfect communications, the uplink and downlink signal-to-noise ratio (SNR) for direct model transmissions should be controlled such that they scale as O(t^2) where t is the index of communication rounds, but can stay constant for model differential transmissions. The key insight of these theoretical results is a "flying under the radar" principle - stochastic gradient descent (SGD) is an inherent noisy process and uplink/downlink communication noises can be tolerated as long as they do not dominate the time-varying SGD noise. We exemplify these theoretical findings with two widely adopted communication techniques - transmit power control and diversity combining - and further validating their performance advantages over the standard methods via extensive numerical experiments using several real-world FL tasks.


翻译:联邦学习联盟(FL)是否在上链接和下链接通信都有错误? 联邦学习联盟(FL)在上链接和下链接通信有错误时工作? 联邦学习联盟(FL)能处理多少通信噪音,它能对学习成绩产生什么影响? 这项工作致力于回答这些实际重要的问题,明确将上链接和下链接的噪音频道纳入FL管道。 我们对FAvg的O(1/T)融合率与完美通信管道的连接率、同时上链接和下链接的噪音通信频道(SNR)提出了几项新颖的融合分析,包括完全和部分客户参与、直接模式和模式差异传输,以及不独立和同样分布的本地数据集。这些分析为FL对超音频频道的沟通行为与理想的趋同性格。 这些理论结果的关键是“在雷达原则下进行同步的趋同行为 ”, 将FAFAVG(S-S) 长期的信号和下行(S-ral-ral-lick ) 将S-ral-ral-ral-ral-ligal-slink) 用作一种长期的循环。

0
下载
关闭预览

相关内容

迁移学习简明教程,11页ppt
专知会员服务
105+阅读 · 2020年8月4日
【Manning新书】现代Java实战,592页pdf
专知会员服务
98+阅读 · 2020年5月22日
Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
106+阅读 · 2020年5月15日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
56+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
BERT/Transformer/迁移学习NLP资源大列表
专知
19+阅读 · 2019年6月9日
深度卷积神经网络中的降采样
极市平台
12+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Call for Participation: Shared Tasks in NLPCC 2019
中国计算机学会
5+阅读 · 2019年3月22日
人工智能 | SCI期刊专刊信息3条
Call4Papers
5+阅读 · 2019年1月10日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【计算机类】期刊专刊/国际会议截稿信息6条
Call4Papers
3+阅读 · 2017年10月13日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Capacity of Noisy Permutation Channels
Arxiv
0+阅读 · 2022年2月7日
VIP会员
相关VIP内容
迁移学习简明教程,11页ppt
专知会员服务
105+阅读 · 2020年8月4日
【Manning新书】现代Java实战,592页pdf
专知会员服务
98+阅读 · 2020年5月22日
Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
106+阅读 · 2020年5月15日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
56+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
相关资讯
BERT/Transformer/迁移学习NLP资源大列表
专知
19+阅读 · 2019年6月9日
深度卷积神经网络中的降采样
极市平台
12+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Call for Participation: Shared Tasks in NLPCC 2019
中国计算机学会
5+阅读 · 2019年3月22日
人工智能 | SCI期刊专刊信息3条
Call4Papers
5+阅读 · 2019年1月10日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【计算机类】期刊专刊/国际会议截稿信息6条
Call4Papers
3+阅读 · 2017年10月13日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员