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Enregistrement W4415905037 · doi:10.34028/iajit/22/6/1

Strategic Optimization of Convergence and Energy in Federated Learning Systems

2025· article· en· W4415905037 sur OpenAlexaboutno aff
Ghassan Samara, Raed Alazaidah, Mohammad Aljaidi, Mahmoud Odeh, Alaa Elhilo, Sattam Almatarneh, Mo’ath Alluwaici, Essam Al-Daoud

Notice bibliographique

RevueThe International Arab Journal of Information Technology · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiquePrivacy-Preserving Technologies in Data
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésConvergence (economics)Raw dataCarbon footprintTestbedEfficient energy useInformation exchangeMNIST databaseProcess (computing)Green computing

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Federated Learning (FL) is a Machine Learning (ML) paradigm in which multiple devices collaboratively train a model without sharing their local data. This decentralized approach provides significant privacy benefits, enabling compliance with data protection regulations and safeguarding sensitive user information by keeping raw data on local devices. Instead of transmitting raw data, FL sends model updates to a central aggregator to improve the global model. However, this process can result in higher Carbon Dioxide (CO₂) emissions compared to traditional centralized ML systems, due to the increased number of participating devices and communication rounds. This study evaluates the performance, convergence speed, energy efficiency, and environmental impact of FL models compared to centralized models, using the Modified National Institute of Standards and Technology dataset (MNIST) and Canadian Institute for Advanced Research-10 classes dataset (CIFAR-10). Four models were tested: two FL models and two centralized models. The evaluation focused on accuracy, number of training rounds to convergence, and total CO₂ emissions. To optimize both convergence and energy efficiency, a dynamic hill-climbing-based early stopping technique was introduced. After every 100 rounds, model accuracy improvements were assessed, and training was terminated early if further gains fell below a shrinking threshold, effectively reducing unnecessary computation and energy consumption. Results show that, under the tested conditions, FL models achieved competitive or higher accuracy than centralized models, particularly on non-Independent and Identically Distributed (IID) data distributions. For example, the federated MNIST model reached 98.79% accuracy with a significantly lower carbon footprint when early stopping was applied. Overall, the proposed optimization approach reduced CO₂ emissions by approximately 60% without substantial loss in accuracy. By integrating privacy preservation, explicit regulatory relevance, and a practical dynamic optimization method, this research demonstrates that FL can deliver strong model performance while meeting modern requirements for data privacy and environmental sustainability

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.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesScience ouverte
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,944
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0060,004
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 Opus0,012
Tête enseignante GPT0,243
Écart entre enseignants0,230 · 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

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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