Federated Multi-Task Learning with Non-Stationary and Heterogeneous Data in Wireless Networks

计算机科学 推论 机器学习 无线 分歧(语言学) 随机性 趋同(经济学) 数据建模 无线网络 人工智能 数据挖掘 经济增长 电信 数据库 统计 数学 哲学 经济 语言学
作者
Hongwei Zhang,Meixia Tao,Yuanming Shi,Xiaoyan Bi,Khaled B. Letaief
出处
期刊:IEEE Transactions on Wireless Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (4): 2653-2667 被引量:2
标识
DOI:10.1109/twc.2023.3301611
摘要

Federated multi-task learning (FMTL) is a promising edge learning framework to fit the data with non-independent and non-identical distribution (non-i.i.d.) by leveraging the statistical correlations among the personalized models. For many practical applications in wireless communications, the sensory data are not only heterogeneous but also non-stationary due to the mobility of terminals and the randomness of link connections. The non-stationary heterogeneous data may lead to model divergence and staleness in the training stage and poor test accuracy in the inference stage. In this paper, we shall develop an adaptive FMTL framework, which works well with non-stationary data. We further propose to optimize the model updating and cluster splitting schemes in the training stage to accelerate model convergence. We also design a low-complexity model selection and pruning schemes in both the training and inference stages to select the best model for fitting the current data and delete redundant models, respectively. The proposed framework is validated in the edge learning model, namely, the linear regression problem for indoor localization in wireless networks and GNN for wireless power control problems. Numerical results demonstrate that the proposed framework can accelerate the model training convergence and reduce the computation complexity while ensuring model accuracy.

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