Federated learning (FL) promotes predictive model training at the Internet of things (IoT) devices by evading data collection cost in terms of energy, time, and privacy. We model the learning gain achieved by an IoT device against its participation cost as its utility. Due to the device-heterogeneity, the local model learning cost and its quality, which can be time-varying, differs from device to device. We show that this variation results in utility unfairness because the same global model is shared among the devices. By default, the master is unaware of the local model computation and transmission costs of the devices, thus it is unable to address the utility unfairness problem. Also, a device may exploit this lack of knowledge at the master to intentionally reduce its expenditure and thereby enhance its utility. We propose to control the quality of the global model shared with the devices, in each round, based on their contribution and expenditure. This is achieved by employing differential privacy to curtail global model divulgence based on the learning contribution. In addition, we devise adaptive computation and transmission policies for each device to control its expenditure in order to mitigate utility unfairness. Our results show that the proposed scheme reduces the standard deviation of the energy cost of devices by 99% in comparison to the benchmark scheme, while the standard deviation of the training loss of devices varies around 0.103.


翻译:联邦学习(FL)通过在能量、时间和隐私方面回避数据收集成本,促进在互联网上对事物进行预测模型培训,促进在事物设备(IoT)设备进行预测模型培训,避免在能量、时间和隐私方面收集数据成本。我们用IoT设备作为学习成果的模型,以其参与成本作为工具。由于装置的异质性,当地的示范学习成本及其质量可能因时间的不同而不同。我们表明,这种差异导致在互联网设备之间共享同一全球模型的实用性不公平。默认情况下,船长不了解当地模型的计算和传输成本,因此无法解决实用性不公平问题。此外,一种装置可能利用主机缺乏的知识来故意减少其支出,从而提高其效用。我们提议根据设备的贡献和支出来控制每轮与这些设备共享的全球模型的质量。我们通过使用差异的隐私来限制基于学习贡献的全球模型 divulg。此外,我们为每个设备设计了适应性计算和传输政策,以控制其支出,从而减轻实用性不公平性问题。此外,一种装置的缺乏知识,可能利用这种装置利用这种工具来利用这种缺乏知识来减少其支出,从而提高其开支,从而加强其效用的效用的效用,从而加强其效用的效用的效用的效用的效用的效用。 我们提议在标准计划在标准标准标准标准标准计划将缩小了比标度。

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