Federated Learning for Computationally Constrained Heterogeneous Devices: A Survey

计算机科学 联合学习 架空(工程) 异步通信 领域(数学) 光学(聚焦) 人工智能 机器学习 分布式计算 计算机网络 物理 光学 操作系统 数学 纯数学
作者
Kilian Pfeiffer,Martin Rapp,Ramin Khalili,Jörg Henkel
出处
期刊:ACM Computing Surveys [Association for Computing Machinery]
卷期号:55 (14s): 1-27 被引量:40
标识
DOI:10.1145/3596907
摘要

With an increasing number of smart devices like internet of things (IoT) devices deployed in the field, offloadingtraining of neural networks (NNs) to a central server becomes more and more infeasible. Recent efforts toimprove users' privacy have led to on-device learning emerging as an alternative. However, a model trainedonly on a single device, using only local data, is unlikely to reach a high accuracy. Federated learning (FL)has been introduced as a solution, offering a privacy-preserving trade-off between communication overheadand model accuracy by sharing knowledge between devices but disclosing the devices' private data. Theapplicability and the benefit of applying baseline FL are, however, limited in many relevant use cases dueto the heterogeneity present in such environments. In this survey, we outline the heterogeneity challengesFL has to overcome to be widely applicable in real-world applications. We especially focus on the aspect ofcomputation heterogeneity among the participating devices and provide a comprehensive overview of recentworks on heterogeneity-aware FL. We discuss two groups: works that adapt the NN architecture and worksthat approach heterogeneity on a system level, covering Federated Averaging (FedAvg), distillation, and splitlearning-based approaches, as well as synchronous and asynchronous aggregation schemes.
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