With the explosive growth of data and wireless devices, federated learning (FL) over wireless medium has emerged as a promising technology for large-scale distributed intelligent systems. Yet, the urgent demand for ubiquitous intelligence will generate a large number of concurrent FL tasks, which may seriously aggravate the scarcity of communication resources. By exploiting the analog superposition of electromagnetic waves, over-the-air computation (AirComp) is an appealing solution to alleviate the burden of communication required by FL. However, sharing frequency-time resources in over-the-air computation inevitably brings about the problem of inter-task interference, which poses a new challenge that needs to be appropriately addressed. In this paper, we study over-the-air federated multi-task learning (OA-FMTL) over the multiple-input multiple-output (MIMO) multiple access (MAC) channel. We propose a novel model aggregation method for the alignment of local gradients of different devices, which alleviates the straggler problem in over-the-air computation due to the channel heterogeneity. We establish a communication-learning analysis framework for the proposed OA-FMTL scheme by considering the spatial correlation between devices, and formulate an optimization problem for the design of transceiver beamforming and device selection. To solve this problem, we develop an algorithm by using alternating optimization (AO) and fractional programming (FP), which effectively mitigates the impact of inter-task interference on the FL learning performance. We show that due to the use of the new model aggregation method, device selection is no longer essential, thereby avoiding the heavy computational burden involved in selecting active devices. Numerical results demonstrate the validity of the analysis and the superb performance of the proposed scheme.


翻译:随着数据和无线设备的爆炸性增长,对无线媒体的联邦学习(FL)已成为大规模分布式智能系统的有希望的技术。然而,对无所不在的智慧的迫切需求将产生大量同时的FL任务,这可能会严重加剧通信资源的稀缺。利用电磁波的模拟叠加,超空计算(AirComp)是一个令人感兴趣的解决办法,以减轻FL所要求的通信负担。然而,在超空计算中共享频率-时间资源不可避免地带来跨任务干扰问题,这构成了需要适当解决的新挑战。在本文件中,我们对超空-即时多任务学习(OA-FMTL)的多输出(MIMO)多存(MAC)频道(AirComporation)进行研究。我们提出了一个新的模型集成方法,用于调整不同装置的本地梯度,从而缓解了由于频道高能性能性能而导致的超空计算问题。我们建立了一种超载任务性能-超载任务性能分析系统。我们为O-FSiral系统设计了一个快速的计算方法,从而显示O-Siral IMO的计算方法的升级计算结果。我们用了一个模拟计算方法的计算方法,从而显示了一种重计算方法的升级计算方法的升级计算方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

Meta最新WWW2022《联邦计算导论》教程,附77页ppt
专知会员服务
59+阅读 · 2022年5月5日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
多标签学习的新趋势(2020 Survey)
专知会员服务
41+阅读 · 2020年12月6日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
171+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
91+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
100+阅读 · 2019年10月9日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2010年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
31+阅读 · 2021年3月29日
Learning in the Frequency Domain
Arxiv
11+阅读 · 2020年3月12日
VIP会员
相关VIP内容
Meta最新WWW2022《联邦计算导论》教程,附77页ppt
专知会员服务
59+阅读 · 2022年5月5日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
多标签学习的新趋势(2020 Survey)
专知会员服务
41+阅读 · 2020年12月6日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
171+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
91+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
100+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
相关基金
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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2010年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员