Federated Learning (FL), as a rapidly evolving privacy-preserving collaborative machine learning paradigm, is a promising approach to enable edge intelligence in the emerging Industrial Metaverse. Even though many successful use cases have proved the feasibility of FL in theory, in the industrial practice of Metaverse, the problems of non-independent and identically distributed (non-i.i.d.) data, learning forgetting caused by streaming industrial data, and scarce communication bandwidth remain key barriers to realize practical FL. Facing the above three challenges simultaneously, this paper presents a high-performance and efficient system named HFEDMS for incorporating practical FL into Industrial Metaverse. HFEDMS reduces data heterogeneity through dynamic grouping and training mode conversion (Dynamic Sequential-to-Parallel Training, STP). Then, it compensates for the forgotten knowledge by fusing compressed historical data semantics and calibrates classifier parameters (Semantic Compression and Compensation, SCC). Finally, the network parameters of the feature extractor and classifier are synchronized in different frequencies (Layer-wiseAlternative Synchronization Protocol, LASP) to reduce communication costs. These techniques make FL more adaptable to the heterogeneous streaming data continuously generated by industrial equipment, and are also more efficient in communication than traditional methods (e.g., Federated Averaging). Extensive experiments have been conducted on the streamed non-i.i.d. FEMNIST dataset using 368 simulated devices. Numerical results show that HFEDMS improves the classification accuracy by at least 6.4% compared with 8 benchmarks and saves both the overall runtime and transfer bytes by up to 98%, proving its superiority in precision and efficiency.


翻译:联邦学习联合会(FL)是一个迅速演变的隐私保护协作机器学习范例,是一个令人振奋的方法,它是一个令人振奋的方法,有助于在新兴工业元体中发现前沿情报。尽管许多成功的使用案例证明FL在理论上是可行的,但在Metverse的工业实践中,非独立和同样分布(非i.i.d.)数据的问题,由于不断流动的工业数据造成的遗忘,以及通信带宽稀缺,仍然是实现实用FL的关键障碍。面对上述三个挑战,本文提出了一个高效和高效的系统,名为高频EDMS,用于将实用FL纳入工业元体。高频EDMS通过动态组合和培训模式转换(动态序列至Parallel 培训,STP)降低了FL的高度灵活性。随后,它通过使用压缩的历史数据精度精度精度精度精度和校准分解参数(Scial Recure,SC)来弥补被遗忘的知识。最后,通过地精度分类和分类的网络参数在不同的频率上同步同步(Latheral-al-alveralveral-Sild Sy Sildalm SilverMS) 将数据转换精度的精度转换成本转换为更精度更精度更精确的精度数据转换。由这些精度技术到更精度转换到FASP-laxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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