Federated learning (FL) is a promising distributed learning technique particularly suitable for wireless learning scenarios since it can accomplish a learning task without raw data transportation so as to preserve data privacy and lower network resource consumption. However, current works on FL over wireless communication do not profoundly study the fundamental performance of FL that suffers from data delivery outage due to network interference and data heterogeneity among mobile clients. To accurately exploit the performance of FL over wireless communication, this paper proposes a new FL model over a cellular-connected unmanned aerial vehicle (UAV) network, which characterizes data delivery outage from UAV clients to their server and data heterogeneity among the datasets of UAV clients. We devise a simulation-based approach to evaluating the convergence performance of the proposed FL model. We then propose a tractable analytical framework of the uplink outage probability in the cellular-connected UAV network and derive a neat expression of the uplink outage probability, which reveals how the proposed FL model is impacted by data delivery outage and UAV deployment. Extensive numerical simulations are conducted to show the consistency between the estimated and simulated performances.


翻译:联邦学习(FL)是一种有希望的分布式学习技术,特别适合于无线学习情景,因为它可以在没有原始数据传输的情况下完成学习任务,从而保护数据隐私和降低网络资源消耗;然而,目前FL无线通信的工程并没有深入研究FL由于网络干扰和移动客户之间数据传输中断而导致FL基本性能的问题;为准确利用FL无线通信的性能,本文件提议了一个新的FL模式,它涉及一个手机连接的无人驾驶飞行器(UAV)网络,它说明从UAV客户向其服务器发送的数据流出,以及UAV客户数据集的数据异质性。我们设计了一个基于模拟的方法来评价拟议的FL模式的趋同性能。我们随后提出了一个可移植的分析框架,说明与手机连接的UAV网络的超链接概率,并清晰地表达超链接的概率,从而显示拟议的FL模型如何受到数据传输中断和UAV部署的影响。我们进行了广泛的数字模拟,以显示估计和模拟性能之间的一致性。

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