In this paper, we address the problem of joint sensing, computation, and communication (SC$^{2}$) resource allocation for federated edge learning (FEEL) via a concrete case study of human motion recognition based on wireless sensing in ambient intelligence. First, by analyzing the wireless sensing process in human motion recognition, we find that there exists a thresholding value for the sensing transmit power, exceeding which yields sensing data samples with approximately the same satisfactory quality. Then, the joint SC$^{2}$ resource allocation problem is cast to maximize the convergence speed of FEEL, under the constraints on training time, energy supply, and sensing quality of each edge device. Solving this problem entails solving two subproblems in order: the first one reduces to determine the joint sensing and communication resource allocation that maximizes the total number of samples that can be sensed during the entire training process; the second one concerns the partition of the attained total number of sensed samples over all the communication rounds to determine the batch size at each round for convergence speed maximization. The first subproblem on joint sensing and communication resource allocation is converted to a single-variable optimization problem by exploiting the derived relation between different control variables (resources), which thus allows an efficient solution via one-dimensional grid search. For the second subproblem, it is found that the number of samples to be sensed (or batch size) at each round is a decreasing function of the loss function value attained at the round. Based on this relationship, the approximate optimal batch size at each communication round is derived in closed-form as a function of the round index. Finally, extensive simulation results are provided to validate the superiority of the proposed joint SC$^{2}$ resource allocation scheme.


翻译:在本文中,我们通过在环境智能中无线感测的基础上对人类运动的识别进行具体案例研究,解决联合遥感、计算和通信(SC$%2美元)资源配置问题。首先,通过分析人类运动认知中的无线感测过程,我们发现遥感传输能力存在临界值,超过这一临界值将产生感测数据样本,其质量大致相同。然后,联合SC$%2美元资源分配问题是为了在培训时间、能源供应和每种边缘设备感知质量的限制下最大限度地提高感知汇速度。解决这个问题需要解决两个子问题:第一个问题是为了确定联合感测和通信资源配置,从而最大限度地增加整个培训过程中可以感知到的样本总数;第二个问题涉及在所有通信回合中达到感测样本的总数之间的间隔,以确定每轮感测速度最大化的速度最大化。第一个关于联合感测和通信资源配置的子问题正在转换成一个单一易变值的子问题。 解决这一问题,在每种可测算的精度排序中,通过一种可测的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度排序, 提供了一种精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度。

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