Vertical Federated Learning Across Heterogeneous Regions for Industry 4.0

MNIST数据库 联合学习 计算机科学 差别隐私 过程(计算) 噪音(视频) 数据建模 数据挖掘 机器学习 人工智能 工作(物理) 深度学习 分布式计算 数据库 工程类 机械工程 图像(数学) 操作系统
作者
Rui Ying Zhang,Hongwei Li,Luoding Tian,Meng Hao,Yuan Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (8): 10145-10155 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tii.2024.3393492
摘要

This work investigates fine-grained data distribution in real-world federated learning (FL) applications, wherein training samples are distributed across multiple regions, and different clients within each region possess distinct features of local training samples. Furthermore, the datasets and models in these regions often exhibit heterogeneity, characterized by varying label distributions and model architectures, posing challenges to the model construction process. In this article, we propose a vertical federated learning (VFL) framework, named HeteroVFL, to address the data distribution complexities and overcome the hurdles posed by heterogeneous regions. Besides, we enhance the privacy of HeteroVFL by adopting differential privacy, a privacy-preserving technology by injecting measured noise into data based on a stochastic framework. We compare our HeteroVFL with existing solutions on three real-world datasets in simulations. The results demonstrate that HeteroVFL can achieve over 96% accuracy on MNIST, surpassing the accuracy of 90% in the state-of-the-art VFL benchmarks.
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