Energy-Efficient Dynamic Asynchronous Federated Learning in Mobile Edge Computing Networks

计算机科学 能源消耗 上传 异步通信 强化学习 分布式计算 移动边缘计算 趋同(经济学) GSM演进的增强数据速率 高效能源利用 实时计算 计算机网络 人工智能 工程类 操作系统 电气工程 经济增长 经济
作者
Guozeng Xu,Xiuhua Li,Hui Li,Qilin Fan,Xiaofei Wang,Victor C. M. Leung
标识
DOI:10.1109/icc45041.2023.10278887
摘要

To break data silos and address the challenge of green communication, federated learning (FL) is widely used at network edges to train deep learning models in mobile edge computing (MEC) networks. However, many existing FL algorithms do not fully consider the dynamic environment, resulting in slower convergence of the model and larger training energy consumption. In this paper, we design a dynamic asynchronous federated learning (DAFL) model to improve the efficiency of FL in MEC networks. Specifically, we dynamically choose a certain number of mobile devices (MDs) by their arrival order to participate in the global aggregation at each epoch. Meanwhile, we analyze the energy consumption model of local update and upload update, and formulate the problem as a dynamic sequential decision problem to minimize the energy consumption, which is NP-hard. To address it, we propose an energy-efficient algorithm based on deep reinforcement learning named DDAFL, to intelligently determine the number of MDs participating in global aggregation according to the state of MEC networks at each epoch. Compared with baseline schemes, the proposed algorithm can significantly reduce energy consumption and accelerate model convergence.

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