Scheduling and Aggregation Design for Asynchronous Federated Learning Over Wireless Networks

计算机科学 异步通信 调度(生产过程) 分布式计算 无线 计算机网络 数据聚合器 强化学习 人工智能 无线传感器网络 电信 运营管理 经济
作者
Chung-Hsuan Hu,Zheng Chen,Erik G. Larsson
出处
期刊:IEEE Journal on Selected Areas in Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:41 (4): 874-886 被引量:116
标识
DOI:10.1109/jsac.2023.3242719
摘要

Federated Learning (FL) is a collaborative machine learning (ML) framework that combines on-device training and server-based aggregation to train a common ML model among distributed agents. In this work, we propose an asynchronous FL design with periodic aggregation to tackle the straggler issue in FL systems. Considering limited wireless communication resources, we investigate the effect of different scheduling policies and aggregation designs on the convergence performance. Driven by the importance of reducing the bias and variance of the aggregated model updates, we propose a scheduling policy that jointly considers the channel quality and training data representation of user devices. The effectiveness of our channel-aware data-importance-based scheduling policy, compared with state-of-the-art methods proposed for synchronous FL, is validated through simulations. Moreover, we show that an “age-aware” aggregation weighting design can significantly improve the learning performance in an asynchronous FL setting.

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