1-Bit Compressive Sensing for Efficient Federated Learning Over the Air

计算机科学 压缩传感 量化(信号处理) 可扩展性 计算机工程 凸优化 数学优化 无线 收敛速度 最优化问题 调度(生产过程) 算法 分布式计算 正多边形 电信 频道(广播) 数据库 数学 几何学
作者
Xin Fan,Yue Wang,Yan Huo,Zhi Tian
出处
期刊:IEEE Transactions on Wireless Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:22 (3): 2139-2155 被引量:33
标识
DOI:10.1109/twc.2022.3209190
摘要

For distributed learning among collaborative users, this paper develops and analyzes a communication-efficient scheme for federated learning (FL) over the air, which incorporates 1-bit compressive sensing (CS) into analog-aggregation transmissions. To facilitate design parameter optimization, we analyze the efficacy of the proposed scheme by deriving a closed-form expression for the expected convergence rate. Our theoretical results unveil the tradeoff between convergence performance and communication efficiency as a result of the aggregation errors caused by sparsification, dimension reduction, quantization, signal reconstruction and noise. Then, we formulate a joint optimization problem to mitigate the impact of these aggregation errors through joint optimal design of worker scheduling and power scaling policy. An enumeration-based method is proposed to solve this non-convex problem, which is optimal but becomes computationally infeasible as the number of devices increases. For scalable computing, we resort to the alternating direction method of multipliers (ADMM) technique to develop an efficient implementation that is suitable for large-scale networks. Simulation results show that our proposed 1-bit CS based FL over the air achieves comparable performance to the ideal case where conventional FL without compression and quantification is applied over error-free aggregation, at much reduced communication overhead and transmission latency.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
与离完成签到 ,获得积分10
5秒前
烁果累累完成签到 ,获得积分10
11秒前
monthli完成签到,获得积分10
12秒前
贝贝完成签到 ,获得积分10
13秒前
Dash完成签到 ,获得积分10
13秒前
14秒前
d00007完成签到,获得积分20
22秒前
26秒前
strama完成签到,获得积分10
27秒前
merry6669完成签到 ,获得积分10
29秒前
HH1202完成签到 ,获得积分10
31秒前
mimosal发布了新的文献求助30
32秒前
32秒前
zokor完成签到 ,获得积分10
36秒前
42秒前
53秒前
杨宁完成签到 ,获得积分10
59秒前
goodsheep完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
xue完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Bin_Liu发布了新的文献求助10
1分钟前
ZH完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
1分钟前
朱婷完成签到 ,获得积分10
1分钟前
joeqin完成签到,获得积分10
1分钟前
科研通AI5应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
湖以完成签到 ,获得积分10
1分钟前
qqq完成签到 ,获得积分10
1分钟前
亭2007完成签到 ,获得积分10
1分钟前
yy完成签到 ,获得积分10
1分钟前
allia完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
李天浩完成签到 ,获得积分10
1分钟前
完美夜云完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
zcbb完成签到,获得积分10
1分钟前
哇咔咔完成签到 ,获得积分10
1分钟前
yujie完成签到 ,获得积分10
2分钟前
代扁扁完成签到 ,获得积分10
2分钟前
高分求助中
Technologies supporting mass customization of apparel: A pilot project 600
Introduction to Strong Mixing Conditions Volumes 1-3 500
Tip60 complex regulates eggshell formation and oviposition in the white-backed planthopper, providing effective targets for pest control 400
A Field Guide to the Amphibians and Reptiles of Madagascar - Frank Glaw and Miguel Vences - 3rd Edition 400
China Gadabouts: New Frontiers of Humanitarian Nursing, 1941–51 400
The Healthy Socialist Life in Maoist China, 1949–1980 400
Walking a Tightrope: Memories of Wu Jieping, Personal Physician to China's Leaders 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3798521
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3344082
关于积分的说明 10318430
捐赠科研通 3060642
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1679732
邀请新用户注册赠送积分活动 806761
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 763353