Communication-Efficient Distributed Learning: An Overview

计算机科学 分布式计算 分布式学习 瓶颈 计算机网络 嵌入式系统 心理学 教育学
作者
Xuanyu Cao,Tamer Başar,Suhas Diggavi,Yonina C. Eldar,Khaled B. Letaief,H. Vincent Poor,Junshan Zhang
出处
期刊:IEEE Journal on Selected Areas in Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:41 (4): 851-873 被引量:60
标识
DOI:10.1109/jsac.2023.3242710
摘要

Distributed learning is envisioned as the bedrock of next-generation intelligent networks, where intelligent agents, such as mobile devices, robots, and sensors, exchange information with each other or a parameter server to train machine learning models collaboratively without uploading raw data to a central entity for centralized processing. By utilizing the computation/communication capability of individual agents, the distributed learning paradigm can mitigate the burden at central processors and help preserve data privacy of users. Despite its promising applications, a downside of distributed learning is its need for iterative information exchange over wireless channels, which may lead to high communication overhead unaffordable in many practical systems with limited radio resources such as energy and bandwidth. To overcome this communication bottleneck, there is an urgent need for the development of communication-efficient distributed learning algorithms capable of reducing the communication cost and achieving satisfactory learning/optimization performance simultaneously. In this paper, we present a comprehensive survey of prevailing methodologies for communication-efficient distributed learning, including reduction of the number of communications, compression and quantization of the exchanged information, radio resource management for efficient learning, and game-theoretic mechanisms incentivizing user participation. We also point out potential directions for future research to further enhance the communication efficiency of distributed learning in various scenarios.
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