In Low Earth Orbit (LEO) mega constellations, there are relevant use cases, such as inference based on satellite imaging, in which a large number of satellites collaboratively train a machine learning model without sharing their local data sets. To address this problem, we propose a new set of algorithms based of Federated learning (FL). Our approach differs substantially from the standard FL algorithms, as it takes into account the predictable connectivity patterns that are immanent to the LEO constellations. Extensive numerical evaluations highlight the fast convergence speed and excellent asymptotic test accuracy of the proposed method. In particular, the achieved test accuracy is within 96% to 99.6% of the centralized solution and the proposed algorithm has less hyperparameters to tune than state-of-the-art asynchronous FL methods.


翻译:在低地球轨道(LEO)巨型星座中,存在一些相关的使用案例,例如基于卫星图像的推断,其中大量卫星在不分享其当地数据集的情况下合作培训机器学习模型。为解决这一问题,我们提出了一套基于联邦学习(FL)的新的算法。我们的方法与标准的FL算法大不相同,因为它考虑到低地球轨道星座所固有的可预测的连通模式。广泛的数字评价突出了拟议方法的快速趋同速度和极好的无药可治测试精度。特别是,所实现的测试精度在集中溶液的96%至99.6%之间,而拟议的算法比最先进的无声功功率FL方法的超参数要小。

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