Optimizing Training Efficiency and Cost of Hierarchical Federated Learning in Heterogeneous Mobile-Edge Cloud Computing

计算机科学 云计算 利用 GSM演进的增强数据速率 分布式计算 加速 边缘设备 高效能源利用 移动设备 培训(气象学) 比例(比率) 启发式 人工智能 操作系统 计算机安全 气象学 工程类 物理 电气工程 量子力学
作者
Yangguang Cui,Kun Cao,Junlong Zhou,Tongquan Wei
出处
期刊:IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:42 (5): 1518-1531 被引量:23
标识
DOI:10.1109/tcad.2022.3205551
摘要

Federated learning (FL), an emerging distributed machine learning (ML) technique, allows massive embedded devices and a server to work together for training a global ML model without collecting user data on a server. Most existing approaches adopt the traditional centralized FL paradigm with a single server: one is the cloud-centric FL paradigm and the other is the edge-centric FL paradigm. The cloud-centric FL paradigm is able to manage a large-scale FL system across massive user devices with high communication cost, whereas the edge-centric FL paradigm is capable of coordinating a small-scale FL system benefiting from the low communication delay over wireless networks. To fully exploit the advantages of both, in this article, we develop a distinctive hierarchical FL framework for the promising mobile-edge cloud computing (MECC) system, called HELCHFL, to achieve high-efficiency and low-cost hierarchical FL training. In particular, we formulate the corresponding theoretical foundation for our HELCHFL to ensure hierarchical training performance. Furthermore, to address the inherent communication and user heterogeneity issues of FL training, our HELCHFL develops a utility-driven and heterogeneity-aware heuristic user selection strategy to enhance training performance and reduce training delay. Subsequently, by analyzing and utilizing the slack time in FL training, our HELCHFL introduces a device operating frequency determination approach to reduce training energy cost. Experiments demonstrate that our HELCHFL can enhance the highest accuracy by up to 52.93%, gain the training speedup of up to 483.74%, and obtain up to 45.59% training energy savings compared to state-of-the-art baselines.
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
刚刚
刚刚
1秒前
3秒前
大模型应助科研搞不动了采纳,获得10
4秒前
孤风发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
7秒前
思源应助www采纳,获得10
7秒前
7秒前
8秒前
8秒前
8秒前
p1发布了新的文献求助10
9秒前
月沁蓝山发布了新的文献求助30
10秒前
10秒前
Betty完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
12秒前
口腔张完成签到,获得积分20
12秒前
科研通AI6.2应助QQ采纳,获得10
12秒前
12秒前
WWW发布了新的文献求助10
13秒前
科研通AI6.4应助彬彬采纳,获得10
13秒前
13秒前
Hobobi发布了新的文献求助10
13秒前
13秒前
14秒前
Akim应助p1采纳,获得10
14秒前
14秒前
zx发布了新的文献求助10
15秒前
心心子完成签到 ,获得积分10
16秒前
金鱼发布了新的文献求助10
17秒前
17秒前
18秒前
18秒前
Tmac完成签到 ,获得积分10
18秒前
科研通AI2S应助卷卷采纳,获得10
18秒前
qiu123发布了新的文献求助10
18秒前
19秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场现状调查及投资机会研判报告 1000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场规模及竞争格局分析报告 1000
模型平均及其应用 900
Nondestructive Testing Handbook: Vol. 4, Thermal and Infrared Testing (IR), 4th ed 800
Évora na Idade Média 555
作者名:Kristopher P. Plain,悉尼大学的,目前只能查到其四篇论文,想找到其博士论文 550
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7344266
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8956848
关于积分的说明 19017647
捐赠科研通 6996191
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3219701
关于科研通互助平台的介绍 2384735
邀请新用户注册赠送积分活动 2199900