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DecFFD: A Personalized Federated Learning Framework for Cross-Location Fault Diagnosis

监督人 联合学习 计算机科学 趋同(经济学) 一般化 领域(数学分析) 数据挖掘 断层(地质) 数据建模 分布式计算 机器学习 人工智能 数据库 地质学 地震学 数学分析 数学 政治学 法学 经济 经济增长
作者
Dongshang Deng,Wei Zhao,Xuangou Wu,Tao Zhang,Jinde Zheng,Jiawen Kang,Dusit Niyato
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (5): 7082-7091 被引量:7
标识
DOI:10.1109/tii.2024.3353920
摘要

Federated learning has emerged as a promising approach for fault diagnosis, as its ability to learn from decentralized data while preserving client privacy for industry. Yet, it also brings the problem of nonidentically and independently distributed (Non-IID) data, which can result in model convergence delay and performance degradation. Recent research aims to alleviate the problem caused by cross-domain without considering by cross-location. However, it is common in industrial production to have devices across different monitoring locations. Furthermore, experimental results indicate that the diagnostic models' performance of the latest techniques is significantly affected. To address the cross-location Non-IID data problem, we propose DecFFD, a personalized federated fault diagnosis framework that decouples global and personalized features. In DecFFD, we design a reconstructor for each client that acts as a supervisor and decoupler to disentangle global and personalized features. We then present a client alignment algorithm to eliminate the differences in global features among clients. In addition, we provide a theoretical analysis of fairness and generalization capability, offering a theoretical guarantee for model convergence. Finally, extensive experiments are conducted on two real-world datasets. Experimental results show that the accuracy of DecFFD outperforms the accuracy that of the state-of-the-art approach by 14.67% and converges at a faster rate.
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