Federated learning (FL) is an emerging machine learning paradigm that allows to accomplish model training without aggregating data at a central server. Most studies on FL consider a centralized framework, in which a single server is endowed with a central authority to coordinate a number of devices to perform model training in an iterative manner. Due to stringent communication and bandwidth constraints, such a centralized framework has limited scalability as the number of devices grows. To address this issue, in this paper, we propose a ConFederated Learning (CFL) framework. The proposed CFL consists of multiple servers, in which each server is connected with an individual set of devices as in the conventional FL framework, and decentralized collaboration is leveraged among servers to make full use of the data dispersed throughout the network. We develop an alternating direction method of multipliers (ADMM) algorithm for CFL. The proposed algorithm employs a random scheduling policy which randomly selects a subset of devices to access their respective servers at each iteration, thus alleviating the need of uploading a huge amount of information from devices to servers. Theoretical analysis is presented to justify the proposed method. Numerical results show that the proposed method can converge to a decent solution significantly faster than gradient-based FL algorithms, thus boasting a substantial advantage in terms of communication efficiency.


翻译:联邦学习(FL)是一个新兴的机器学习模式,它使得能够完成模型培训而不必在中央服务器上汇总数据。关于FL的大多数研究都考虑一个中央框架,在中央框架内,单一服务器拥有一个中央权力,以协调一些设备,以迭接方式进行模式培训。由于严格的通信和带宽限制,这种中央框架随着设备数量的增加而具有有限的可缩放性。为了解决这个问题,我们在本文件中提议一个Federal(CFL)框架。拟议的CFL由多个服务器组成,其中每个服务器都与常规FL框架中的一套单独设备连接,分散化协作在服务器之间得到充分利用,充分利用分布在整个网络中的数据。我们为CFL开发了一个交替的乘数算法(ADMM)算法。拟议的算法采用随机调度政策,随机选择一组设备,以便在每次迭接时访问各自的服务器,从而减轻将大量信息从设备上传到服务器的需要。理论分析是为了证明拟议的方法是合理的。数字分析结果显示,拟议的方法能够使整个网络中分散的数据能够充分利用分布的数据。我们为CFFL的乘法的大幅增长。

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