Enhancing Federated Learning Robustness in Wireless Networks

计算机科学 稳健性(进化) 无线 MNIST数据库 分布式学习 机器学习 边缘设备 联合学习 分布式计算 边缘计算 共享资源 计算 噪音(视频) 服务器 无线网络 背景(考古学) 人工智能 人为噪声 GSM演进的增强数据速率 计算机网络 深度学习 算法 云计算 电信 教育学 图像(数学) 化学 生物 操作系统 心理学 生物化学 古生物学 物理层 基因
作者
Zubair Shaban,Ranjitha Prasad
标识
DOI:10.1145/3632410.3632496
摘要

To harness the benefits of machine learning (ML), users often face the challenge of sharing their private data with a central entity for model training. However, data sharing can be impractical due to privacy concerns, data size, wireless resource limitations, and other factors. Federated learning (FL) offers an efficient solution. In this approach, edge devices, users, or clients independently train machine learning models locally and iteratively share their model parameters with a central entity or server. The server aggregates these parameters into a global model, which is then distributed to all clients for the next round of training. Since the clients communicate with the server via wireless channels, over-the-air (OTA) computations have emerged as the optimal solution in the context of FL to resolve the challenge of aggregating local models. We investigate the influence of intrinsic noise introduced during OTA computations, focusing on the detrimental effects of impulsive noise on OTA-FL performance. Through a combination of theoretical analysis and experimental validation, we quantify the adverse impact of impulsive noise on convergence. We also introduce an algorithm designed to mitigate these effects. Our empirical results, obtained using CIFAR-10 and MNIST datasets, illustrate both the impact of impulsive noise on OTA-FL and the efficacy of our proposed solution.

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