Federated Learning (FL) is a machine learning paradigm that enables the training of a shared global model across distributed clients while keeping the training data local. While most prior work on designing systems for FL has focused on using stateful always running components, recent work has shown that components in an FL system can greatly benefit from the usage of serverless computing and Function-as-a-Service technologies. To this end, distributed training of models with serverless FL systems can be more resource-efficient and cheaper than conventional FL systems. However, serverless FL systems still suffer from the presence of stragglers, i.e., slow clients due to their resource and statistical heterogeneity. While several strategies have been proposed for mitigating stragglers in FL, most methodologies do not account for the particular characteristics of serverless environments, i.e., cold-starts, performance variations, and the ephemeral stateless nature of the function instances. Towards this, we propose FedLesScan, a novel clustering-based semi-asynchronous training strategy, specifically tailored for serverless FL. FedLesScan dynamically adapts to the behaviour of clients and minimizes the effect of stragglers on the overall system. We implement our strategy by extending an open-source serverless FL system called FedLess. Moreover, we comprehensively evaluate our strategy using the 2nd generation Google Cloud Functions with four datasets and varying percentages of stragglers. Results from our experiments show that compared to other approaches FedLesScan reduces training time and cost by an average of 8% and 20% respectively while utilizing clients better with an average increase in the effective update ratio of 17.75%.


翻译:联邦学习联合会(FL)是一个机器学习模式,它使得培训分布式客户共享全球模型,同时保持培训数据本地化。虽然大多数以前关于FL系统设计工作的工作都侧重于使用固定运行组件,但最近的工作表明,FL系统中的组件可以大大受益于无服务器计算和功能化服务技术的使用。为此,无服务器FL系统的模型分布培训比常规FL系统更节约资源,更便宜。然而,没有服务器的FL系统仍然因为存在累赘者而受到影响,即由于其资源和统计实验性异常,客户的慢。虽然已经提出了一些战略,以减少FL系统中的累赘者,但大多数方法都没有考虑到无服务器环境的特殊性,例如,冷启动、性能变化以及功能性能的简便性。为此,我们建议FedLesScan, 一种基于新组合的半同步性培训战略,具体针对没有服务器的FLS.S.ScaldL.

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