Machine learning (ML) has recently been adopted in vehicular networks for applications such as autonomous driving, road safety prediction and vehicular object detection, due to its model-free characteristic, allowing adaptive fast response. However, most of these ML applications employ centralized learning (CL), which brings significant overhead for data transmission between the parameter server and vehicular edge devices. Federated learning (FL) framework has been recently introduced as an efficient tool with the goal of reducing transmission overhead while achieving privacy through the transmission of model updates instead of the whole dataset. In this paper, we investigate the usage of FL over CL in vehicular network applications to develop intelligent transportation systems. We provide a comprehensive analysis on the feasibility of FL for the ML based vehicular applications, as well as investigating object detection by utilizing image-based datasets as a case study. Then, we identify the major challenges from both learning perspective, i.e., data labeling and model training, and from the communications point of view, i.e., data rate, reliability, transmission overhead, privacy and resource management. Finally, we highlight related future research directions for FL in vehicular networks.


翻译:最近,在自动驾驶、道路安全预测和车辆物体探测等应用应用的车辆网络中采用了机器学习(ML),原因是其无型号特点,允许适应性快速反应;然而,这些ML应用大多采用集中学习(CL),这为参数服务器和车辆边缘装置之间的数据传输带来巨大的间接费用;最近引入了联邦学习(FL)框架,作为一个有效的工具,目的是减少传输管理费用,同时通过传输模型更新而不是整个数据集实现隐私;在本文件中,我们调查了在车辆网络应用中使用FL高于CL开发智能运输系统的情况;我们全面分析了基于ML的车辆应用FL的可行性,以及利用基于图像的数据集作为案例研究来调查物体探测工作;然后,我们从学习角度,即数据标签和模型培训,以及从通信角度,即数据率、可靠性、传输顶部、隐私和资源管理,确定了未来FL系统相关研究方向。

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