Client Selection With Staleness Compensation in Asynchronous Federated Learning

异步通信 计算机科学 延迟(音频) 人工智能 机器学习 计算机网络 电信
作者
Hongbin Zhu,Junqian Kuang,Miao Yang,Hua Qian
出处
期刊:IEEE Transactions on Vehicular Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:72 (3): 4124-4129 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tvt.2022.3220809
摘要

As a nascent privacy-preserving machine learning (ML) paradigm, federated learning (FL) leverages distributed clients at the network edge to collaboratively train an ML model. Asynchronous FL overcomes the straggler issue in synchronous FL. However, asynchronous FL incurs the staleness problem, which degrades the training performance of FL over wireless networks. To tackle the staleness problem, we develop a staleness compensation algorithm to improve the training performance of FL in terms of convergence and test accuracy. By including the first-order term in Taylor expansion of the gradient function, the proposed algorithm compensates the staleness in asynchronous FL. To further minimize training latency, we model the client selection for asynchronous FL as a multi-armed bandit problem. We develop an online client selection algorithm to minimize training latency without prior knowledge of the channel condition or local computing status. Simulation results show that the proposed algorithm outperforms the baseline algorithms in both test accuracy and training latency.
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