Stackelberg Game Based Resource Allocation Algorithm for Federated Learning in MEC Systems

斯塔克伯格竞赛 计算机科学 资源配置 能源消耗 水准点(测量) 分布式计算 Lyapunov优化 动态带宽分配 算法 数学优化 计算机网络 带宽(计算) 人工智能 工程类 数理经济学 电气工程 李雅普诺夫指数 Lyapunov重新设计 地理 数学 混乱的 大地测量学
作者
Xiongyan Tang,Yue Wang,Rong Huang,Chen Gao,Liwen Wang
标识
DOI:10.1109/wccct56755.2023.10052172
摘要

Introducing Federated Learning (FL) into the mo- bile edge computing (MEC) system can effectively deal with delay-sensitive tasks and protect end devices (EDs) data privacy. In the process of participating in FL, the EDs will carry out a large number of local iterations and multiple rounds of communication with the MEC server to achieve a target model accuracy. These will bring delay and energy cost which may reduce EDs’ willingness to participate. In this paper, a resource allocation algorithm considering EDs incentives is proposed. We model the resource allocation of the MEC server and EDs as a two-layer Stackelberg game model and design two-layer utility functions. In EDs layer, we provide rewards to incentive EDs to contribute computing resource to achieve higher local model accuracy and weigh it against energy consumption of ED. In MEC server layer, the tradeoff between global model accuracy and system delay is conducted. We take utilities maximization as the optimization objective, and optimize the number of local iterations and bandwidth of EDs to achieve joint computing and communication resource allocation in the MEC system. Then, according to the solution of the optimization problems, we propose a resource allocation algorithm. Finally, the simulation results show that the proposed algorithm is superior to the benchmark schemes in reducing EDs’ energy consumption and system delay, which can achieve the purpose of encouraging EDs to participate.
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