Federated Learning (FL) is a machine learning paradigm that enables the training of a shared global model across distributed clients while keeping the training data local. While most prior work on designing systems for FL has focused on using stateful always running components, recent work has shown that components in an FL system can greatly benefit from the usage of serverless computing and Function-as-a-Service technologies. To this end, distributed training of models with severless FL systems can be more resource-efficient and cheaper than conventional FL systems. However, serverless FL systems still suffer from the presence of stragglers, i.e., slow clients due to their resource and statistical heterogeneity. While several strategies have been proposed for mitigating stragglers in FL, most methodologies do not account for the particular characteristics of serverless environments, i.e., cold-starts, performance variations, and the ephemeral stateless nature of the function instances. Towards this, we propose FedLesScan, a novel clustering-based semi-asynchronous training strategy, specifically tailored for serverless FL. FedLesScan dynamically adapts to the behaviour of clients and minimizes the effect of stragglers on the overall system. We implement our strategy by extending an open-source serverless FL system called FedLess. Moreover, we comprehensively evaluate our strategy using the 2nd generation Google Cloud Functions with four datasets and varying percentages of stragglers. Results from our experiments show that compared to other approaches FedLesScan reduces training time and cost by an average of 8% and 20% respectively while utilizing clients better with an average increase in the effective update ratio of 17.75%.


翻译:联邦学习(FL)是一种机器学习模式,它使分布式客户能够培训共享全球模型,同时将培训数据留在本地。虽然大多数以前关于FL系统设计工作的工作侧重于使用固定运行组件,但最近的工作表明,FL系统中的组件可以大大受益于无服务器计算和功能即服务技术的使用。为此,使用无服务器的FL系统进行分布式模型培训,其资源效率和成本比常规FL系统更低。然而,无服务器的FL系统仍然因为存在累进器而受到影响,即由于其资源和统计差异性高,客户的慢化。虽然为FL系统减少累进器运行组件,但最近的工作表明,FL系统中的组件组件部分可以大大受益于无服务器环境的特性,即冷启动、性能变化以及功能性能的简便性。为此,我们建议FedLesScan, 一种基于新组合的半稳定化培训策略,即降低基于没有服务器的FLODS平均成本和成本战略,具体为FLL客户定制,同时使用FLServealSeral的FL战略, 将我们最短的服务器系统的平均效果升级。

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