The popular federated edge learning (FEEL) framework allows privacy-preserving collaborative model training via frequent learning-updates exchange between edge devices and server. Due to the constrained bandwidth, only a subset of devices can upload their updates at each communication round. This has led to an active research area in FEEL studying the optimal device scheduling policy for minimizing communication time. However, owing to the difficulty in quantifying the exact communication time, prior work in this area can only tackle the problem partially by considering either the communication rounds or per-round latency, while the total communication time is determined by both metrics. To close this gap, we make the first attempt in this paper to formulate and solve the communication time minimization problem. We first derive a tight bound to approximate the communication time through cross-disciplinary effort involving both learning theory for convergence analysis and communication theory for per-round latency analysis. Building on the analytical result, an optimized probabilistic scheduling policy is derived in closed-form by solving the approximate communication time minimization problem. It is found that the optimized policy gradually turns its priority from suppressing the remaining communication rounds to reducing per-round latency as the training process evolves. The effectiveness of the proposed scheme is demonstrated via a use case on collaborative 3D objective detection in autonomous driving.


翻译:受欢迎的联邦边际学习框架(FEEL)允许通过边际装置和服务器之间频繁的学习更新交流来进行隐私保护合作模式培训。 由于带宽限制,只有一组装置可以在每轮通信中上传更新信息。这导致一个积极的研究领域,研究最佳设备时间安排政策以尽量减少通信时间的最佳安排政策。但是,由于难以量化准确的通信时间,这一领域的先前工作只能通过考虑通信周期或整个时间间隔来部分解决该问题,而通信总时间则由两种衡量标准来决定。为了缩小这一差距,我们首次尝试在本文中制定和解决通信时间最小化问题。我们首先通过跨学科努力,通过学习统一分析理论和横向拉动分析通信理论,得出了接近的沟通时间安排政策。在分析结果的基础上,通过解决大约的通信时间最小化问题,从封闭式的最优化的时间安排政策逐渐将它的优先事项从压制其余的沟通回合转向通过自主式测试方法减少横向的连接时间。在展示的合作性测试过程中,拟议通过自主性检查方案将展示的实效化做法转化为封闭式检查方案。

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