Low Earth Orbit (LEO) satellite constellations have seen a surge in deployment over the past few years by virtue of their ability to provide broadband Internet access as well as to collect vast amounts of Earth observational data that can be utilized to develop AI on a global scale. As traditional machine learning (ML) approaches that train a model by downloading satellite data to a ground station (GS) are not practical, Federated Learning (FL) offers a potential solution. However, existing FL approaches cannot be readily applied because of their excessively prolonged training time caused by the challenging satellite-GS communication environment. This paper proposes FedHAP, which introduces high-altitude platforms (HAPs) as distributed parameter servers (PSs) into FL for Satcom (or more concretely LEO constellations), to achieve fast and efficient model training. FedHAP consists of three components: 1) a hierarchical communication architecture, 2) a model dissemination algorithm, and 3) a model aggregation algorithm. Our extensive simulations demonstrate that FedHAP significantly accelerates FL model convergence as compared to state-of-the-art baselines, cutting the training time from several days down to a few hours, yet achieving higher accuracy.


翻译:近些年来,低地球轨道卫星星座由于能够提供宽带互联网接入和收集大量地球观测数据,可用于在全球范围开发AI,因此部署量激增。传统机器学习(ML)方法通过将卫星数据下载到地面站(GS)来培训模型是不实际的,联邦学习(FL)提供了潜在的解决办法。然而,现有的FL方法由于具有挑战性的卫星-GS通信环境造成培训时间过长,因此无法轻易应用。本文提议FedHAP, 将高高度平台作为分布参数服务器(PS)引入Satcom(或更具体的低地轨道星座)的FL, 以实现快速有效的示范培训。FedHAP由三个部分组成:1) 等级通信结构,2) 模型传播算法,3) 模型汇总算法。我们的广泛模拟表明,FDHAP大大加快了FL模型与最先进的基线的趋同速度,将培训时间从数天缩短到几小时,但达到更高的精确度。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
115+阅读 · 2022年4月21日
专知会员服务
59+阅读 · 2020年3月19日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
161+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年11月1日
Arxiv
0+阅读 · 2022年10月31日
Arxiv
43+阅读 · 2019年12月20日
VIP会员
相关VIP内容
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
115+阅读 · 2022年4月21日
专知会员服务
59+阅读 · 2020年3月19日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
161+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18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
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员