Most edge AI focuses on prediction tasks on resource-limited edge devices while the training is done at server machines. However, retraining or customizing a model is required at edge devices as the model is becoming outdated due to environmental changes over time. To follow such a concept drift, a neural-network based on-device learning approach is recently proposed, so that edge devices train incoming data at runtime to update their model. In this case, since a training is done at distributed edge devices, the issue is that only a limited amount of training data can be used for each edge device. To address this issue, one approach is a cooperative learning or federated learning, where edge devices exchange their trained results and update their model by using those collected from the other devices. In this paper, as an on-device learning algorithm, we focus on OS-ELM (Online Sequential Extreme Learning Machine) to sequentially train a model based on recent samples and combine it with autoencoder for anomaly detection. We extend it for an on-device federated learning so that edge devices can exchange their trained results and update their model by using those collected from the other edge devices. This cooperative model update is one-shot while it can be repeatedly applied to synchronize their model. Our approach is evaluated with anomaly detection tasks generated from a driving dataset of cars, a human activity dataset, and MNIST dataset. The results demonstrate that the proposed on-device federated learning can produce a merged model by integrating trained results from multiple edge devices as accurately as traditional backpropagation based neural networks and a traditional federated learning approach with lower computation or communication cost.
翻译:大部分边缘AI 侧重于资源有限边缘装置的预测任务, 而培训是在服务器机上完成的。 但是, 在边缘装置需要重新培训或定制模型, 因为模型由于环境变化而随着时间推移而过时。 遵循这种概念漂移, 最近提出了基于设备学习的神经网络方法, 这样边缘装置在运行时将输入的数据用于更新模型。 在此情况下, 由于培训是在分布式边缘装置上完成的, 问题在于每个边缘装置只能使用有限的培训数据。 为了解决这个问题, 一种方法是合作学习或联合学习, 边装置交换其经过训练的多边缘装置结果, 并使用从其他装置收集的这些结果更新模型。 在本文中, 作为一种在线学习算法, 我们注重OS- ELM( 在线序列极端学习机器), 以便按顺序训练一个基于最新样本的模型, 并结合自动解析模型来检测异常现象。 我们扩展它用于进行在线学习, 边装置可以交换经过训练的内置结果, 并且用从从这些从传统的网络交换的多端装置交换它们经过训练的结果, 更新模型, 更新它们的模型, 用从从从从从从从其他设备收集的 的 的 的 移动 移动 速度 更新它们的数据 更新到不断 更新 演示数据, 将 更新一个通过通过我们所 更新的 复制的 复制的 的 的 复制的 模拟的 复制的 将 复制的 复制的 复制的 更新 数据 复制的 更新 更新 更新的模型 复制的模型 将 更新 更新 更新 复制的 将 更新 更新 更新成为一个通过一个通过一个通过一个通过一个通过 的 的 的 复制 复制 更新 复制 复制 复制 更新 更新 更新 更新 更新 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 数据 和 复制 复制 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 的 复制 和 复制 和 复制 复制 复制 复制 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 复制的 和