Federated Learning (FL) plays a critical role in distributed systems. In these systems, data privacy and confidentiality hold paramount importance, particularly within edge-based data processing systems such as IoT devices deployed in smart homes. FL emerges as a privacy-enforcing sub-domain of machine learning that enables model training on client devices, eliminating the necessity to share private data with a central server. While existing research has predominantly addressed challenges pertaining to data heterogeneity, there remains a current gap in addressing issues such as varying device capabilities and efficient communication. These unaddressed issues raise a number of implications in resource-constrained environments. In particular, the practical implementation of FL-based IoT or edge systems is extremely inefficient. In this paper, we propose "Resource-Efficient Federated Training Framework for Heterogeneous and Resource-Constrained Environments (REFT)," a novel approach specifically devised to address these challenges in resource-limited devices. Our proposed method uses Variable Pruning to optimize resource utilization by adapting pruning strategies to the computational capabilities of each client. Furthermore, our proposed REFT technique employs knowledge distillation to minimize the need for continuous bidirectional client-server communication. This achieves a significant reduction in communication bandwidth, thereby enhancing the overall resource efficiency. We conduct experiments for an image classification task, and the results demonstrate the effectiveness of our approach in resource-limited settings. Our technique not only preserves data privacy and performance standards but also accommodates heterogeneous model architectures, facilitating the participation of a broader array of diverse client devices in the training process, all while consuming minimal bandwidth.


翻译:联邦学习(FL)在分布式系统中发挥着关键作用,尤其在边缘数据处理系统(如智能家居中的物联网设备)中,数据隐私和安全具有至关重要的意义。FL作为机器学习的隐私增强子领域,能够在客户端设备上完成模型训练,无需将隐私数据共享至中央服务器。现有研究主要关注数据异构性挑战,但尚未充分解决设备能力差异和高效通信等问题。这些未解决的问题在资源受限环境中引发多重影响,尤其是基于FL的物联网或边缘系统的实际部署效率极低。本文提出"面向异构与资源受限环境的高效联邦训练框架(REFT)",这是一种针对资源受限设备上述挑战而设计的新方法。该方法采用可变剪枝技术,通过根据每个客户端的计算能力调整剪枝策略来优化资源利用率。此外,所提出的REFT技术利用知识蒸馏减少客户端与服务器之间持续双向通信的需求,从而显著降低通信带宽,全面提升资源效率。我们在图像分类任务上开展实验,结果表明该方法在资源受限场景下具有有效性。该技术不仅保持了数据隐私和性能标准,还能适应异构模型架构,支持更多样化的客户端设备参与训练流程,且仅需消耗最小化带宽。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
17+阅读 · 2023年12月4日
Arxiv
15+阅读 · 2019年9月11日
VIP会员
最新内容
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天13:30
多智能体协作机制
专知会员服务
0+阅读 · 今天13:26
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:39
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
6+阅读 · 今天2:48
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
9+阅读 · 今天2:43
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
7+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
14+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
10+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
5+阅读 · 4月24日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员