Federated Deep Reinforcement Learning for Internet of Things With Decentralized Cooperative Edge Caching

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作者
Xiaofei Wang,Chenyang Wang,Xiuhua Li,Victor C. M. Leung,Tarik Taleb
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:7 (10): 9441-9455 被引量:329
标识
DOI:10.1109/jiot.2020.2986803
摘要

Edge caching is an emerging technology for addressing massive content access in mobile networks to support rapidly growing Internet-of-Things (IoT) services and applications. However, most current optimization-based methods lack a self-adaptive ability in dynamic environments. To tackle these challenges, current learning-based approaches are generally proposed in a centralized way. However, network resources may be overconsumed during the training and data transmission process. To address the complex and dynamic control issues, we propose a federated deep-reinforcement-learning-based cooperative edge caching (FADE) framework. FADE enables base stations (BSs) to cooperatively learn a shared predictive model by considering the first-round training parameters of the BSs as the initial input of the local training, and then uploads near-optimal local parameters to the BSs to participate in the next round of global training. Furthermore, we prove the expectation convergence of FADE. Trace-driven simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed FADE framework on reducing the performance loss and average delay, offloading backhaul traffic, and improving the hit rate.
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