Federated learning (FL) enables privacy-preserving predictive maintenance across distributed aerospace fleets, but gradient communication overhead constrains deployment on bandwidth-limited IoT nodes. This paper investigates the impact of symmetric uniform quantization ($b \in \{32,8,4,2\}$ bits) on the accuracy--efficiency trade-off of a custom-designed lightweight 1-D convolutional model (AeroConv1D, 9\,697 parameters) trained via FL on the NASA C-MAPSS benchmark under a realistic Non-IID client partition. Using a rigorous multi-seed evaluation ($N=10$ seeds), we show that INT4 achieves accuracy \emph{statistically indistinguishable} from FP32 on both FD001 ($p=0.341$) and FD002 ($p=0.264$ MAE, $p=0.534$ NASA score) while delivering an $8\times$ reduction in gradient communication cost (37.88~KiB $\to$ 4.73~KiB per round). A key methodological finding is that naïve IID client partitioning artificially suppresses variance; correct Non-IID evaluation reveals the true operational instability of extreme quantization, demonstrated via a direct empirical IID vs.\ Non-IID comparison. INT2 is empirically characterized as unsuitable: while it achieves lower MAE on FD002 through extreme quantization-induced over-regularization, this apparent gain is accompanied by catastrophic NASA score instability (CV\,=\,45.8\% vs.\ 22.3\% for FP32), confirming non-reproducibility under heterogeneous operating conditions. Analytical FPGA resource projections on the Xilinx ZCU102 confirm that INT4 fits within hardware constraints (85.5\% DSP utilization), potentially enabling a complete FL pipeline on a single SoC. The full simulation codebase and FPGA estimation scripts are publicly available at https://github.com/therealdeadbeef/aerospace-fl-quantization.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

机器学习系统设计系统评估标准
【剑桥大学博士论文】联邦学习效率原则研究
专知会员服务
13+阅读 · 2025年9月6日
【剑桥大学博士论文】联邦自监督学习,141页pdf
专知会员服务
19+阅读 · 2024年6月15日
亚马逊最新《联邦学习》简明综述
专知会员服务
85+阅读 · 2022年2月6日
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
「联邦学习隐私保护 」最新2022研究综述
专知
16+阅读 · 2022年4月1日
联邦学习安全与隐私保护研究综述
专知
12+阅读 · 2020年8月7日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18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
0+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
4+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
12+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
Arxiv
20+阅读 · 2022年10月10日
VIP会员
最新内容
DeepSeek 版Claude Code,免费小白安装教程来了!
专知会员服务
7+阅读 · 5月5日
《美空军条令出版物 2-0:情报(2026版)》
专知会员服务
12+阅读 · 5月5日
帕兰提尔 Gotham:一个游戏规则改变器
专知会员服务
6+阅读 · 5月5日
【综述】 机器人学习中的世界模型:全面综述
专知会员服务
11+阅读 · 5月4日
伊朗的导弹-无人机行动及其对美国威慑的影响
相关基金
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
0+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
4+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
12+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员