Robust Federated Learning in Unreliable Wireless Networks: A Client Selection Approach

计算机科学 无线网络 稳健性(进化) 计算机网络 分布式计算 无线 灵活性(工程) 选择(遗传算法) 联合学习 传输(电信) 资源配置 电信线路 资源(消歧) 异构网络 数据传输 蜂窝网络 资源管理(计算) 趋同(经济学) 基站 限制 机器学习 同种类的 服务器 数据建模 无线传感器网络 移动计算 人工神经网络 数据挖掘 人工智能 深度学习
作者
Yanmeng Wang,Wenkang Ji,Jian Zhou,Fu Xiao,Tsung‐Hui Chang
出处
期刊:IEEE Transactions on Mobile Computing [IEEE Computer Society]
卷期号:25 (4): 5181-5198 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tmc.2025.3628154
摘要

Federated learning (FL) has emerged as a promising distributed learning paradigm for training deep neural networks (DNNs) at the wireless edge, but its performance can be severely hindered by unreliable wireless transmission and inherent data heterogeneity among clients. Existing solutions primarily address these challenges by incorporating wireless resource optimization strategies, often focusing on uplink resource allocation across clients under the assumption of homogeneous client-server network standards. However, these approaches overlooked the fact that mobile clients may connect to the server via diverse network standards (e.g., 4G, 5G, Wi-Fi) with customized configurations, limiting the flexibility of server-side modifications and restricting applicability in real-world commercial networks. This paper presents a novel theoretical analysis about how transmission failures in unreliable networks distort the effective label distributions of local samples, causing deviations from the global data distribution and introducing convergence bias in FL. Our analysis reveals that a carefully designed client selection strategy can mitigate biases induced by network unreliability and data heterogeneity. Motivated by this insight, we propose FedCote, a client selection approach that optimizes client selection probabilities without relying on wireless resource scheduling. Experimental results demonstrate the robustness of FedCote in DNN-based classification tasks under unreliable networks with frequent transmission failures.
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