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Enregistrement W4405286552 · doi:10.1016/j.jnca.2024.104086

Optimizing federated learning with weighted aggregation in aerial and space networks

2024· article· en· W4405286552 sur OpenAlex

Pourquoi ce travail est dans la base

Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.

affAu moins un auteur déclare une institution canadienne dans l'instantané OpenAlex épinglé.
fundUn bailleur canadien est enregistré sur le travail.

Notice bibliographique

RevueJournal of Network and Computer Applications · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiquePrivacy-Preserving Technologies in Data
Établissements canadiensUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesUniversity of Calgary
Mots-clésComputer scienceSpace (punctuation)Artificial intelligenceComputer networkMachine learningTheoretical computer scienceData mining

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Federated learning offers a promising solution for overcoming the challenges of networking and data privacy in aerial and space networks by harnessing large-scale private edge data and computing resources from drones, balloons, and satellites. Although existing research has extensively explored optimizing the learning process, improving computing efficiency, and reducing communication overhead, statistical heterogeneity remains a substantial challenge for federated learning optimization. While state-of-the-art algorithms have made progress, they often overlook diversity heterogeneity and fail to significantly improve performance in high-degree label heterogeneity conditions. In this paper, statistical heterogeneity is further dissected into two categories: diversity heterogeneity and label heterogeneity, allowing for a more nuanced analysis. It also emphasizes the importance of addressing both diversity heterogeneity and high-degree label heterogeneity in aerial and space network applications. A theoretical analysis is provided to guide optimization in these two challenging scenarios. To tackle diversity heterogeneity, the WeiAvgCS algorithm is introduced to accelerate federated learning convergence. This algorithm employs weighted aggregation and client selection based on an estimated diversity measure, termed projection , enabling WeiAvgCS to outperform other benchmarks without compromising privacy. For high-degree label heterogeneity, the FedBalance algorithm is proposed, utilizing the label distribution information of each client. A novel metric, termed relative scarcity , is introduced to determine the aggregation weights assigned to clients. During the training process, fully homomorphic encryption is employed to protect clients’ label distributions. Additionally, two communication protocols are designed to facilitate training across different scenarios. Extensive experiments were conducted, demonstrating the effectiveness of WeiAvgCS and FedBalance in addressing the research gaps in diversity heterogeneity and high-degree label heterogeneity. • Statistical heterogeneity was dissected into diversity heterogeneity and label heterogeneity. An analysis of FL applications on ASNs revealed that previous research often overlooked diversity heterogeneity and frequently focused on less heterogeneous label heterogeneity. • A theoretical analysis was conducted to guide the optimization of FL for both diversity heterogeneity and high-degree label heterogeneity. • The WeiAvgCS and FedBalance algorithms were developed to address diversity heterogeneity and high-degree label heterogeneity, respectively. • Extensive experiments were conducted to demonstrate the superiority of WeiAvgCS and FedBalance in various scenarios.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,930
Score d'incertitude au seuil0,541

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0010,003
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,011
Tête enseignante GPT0,238
Écart entre enseignants0,227 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle