Adaptive Incentive for Cross-Silo Federated Learning in IIoT: A Multiagent Reinforcement Learning Approach

计算机科学 强化学习 激励 过程(计算) 功能(生物学) 机制(生物学) 知识管理 分布式计算 人工智能 经济 微观经济学 哲学 认识论 进化生物学 生物 操作系统
作者
Shijing Yuan,Beiyu Dong,Hongtao Lv,Hongze Liu,Hongyang Chen,Chentao Wu,Song Guo,Yue Ding,Jie Li
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:11 (9): 15048-15058 被引量:5
标识
DOI:10.1109/jiot.2023.3315770
摘要

In the Industrial Internet of Things (IIoT), cross-silo federated learning (CSFL) enables entities, such as manufacturers and suppliers to train global models for optimizing production processes while ensuring data privacy. A well-designed incentive mechanism is essential to persuade clients to contribute data resources. However, existing methodologies overlook the dynamic nature of the training process, where the accuracy of the globally trained model and the client's data ownership change over time. Furthermore, the majority of previous research assumes a defined functional relationship between the data contribution and the model accuracy, which is infeasible in realistic and dynamic training environments. To address these challenges, we design a novel adaptive mechanism for CSFL that inspires organizations to contribute data resources in a dynamic training environment with the aim of maximizing their long-term payoffs. This mechanism leverages multiagent reinforcement learning (MARL) to ascertain near-optimal data contribution strategies from potential game histories without necessitating private organizational information or a precise accuracy function. Experimental results indicate that our mechanism achieves adaptive incentive in dynamic environments and effectively enhances the long-term payoffs of organizations.
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