Predicting Traffic Flow with Federated Learning and Graph Neural with Asynchronous Computations Network

计算机科学 异步通信 推论 图形 深度学习 卷积神经网络 人工智能 计算 机器学习 智能交通系统 数据挖掘 理论计算机科学 算法 计算机网络 工程类 土木工程
作者
Muhammad Yaqub,Shahzad Ahmad,Malik Abdul Manan,Imran Shabir Chuhan
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2401.02723
摘要

Real-time traffic flow prediction holds significant importance within the domain of Intelligent Transportation Systems (ITS). The task of achieving a balance between prediction precision and computational efficiency presents a significant challenge. In this article, we present a novel deep-learning method called Federated Learning and Asynchronous Graph Convolutional Network (FLAGCN). Our framework incorporates the principles of asynchronous graph convolutional networks with federated learning to enhance the accuracy and efficiency of real-time traffic flow prediction. The FLAGCN model employs a spatial-temporal graph convolution technique to asynchronously address spatio-temporal dependencies within traffic data effectively. To efficiently handle the computational requirements associated with this deep learning model, this study used a graph federated learning technique known as GraphFL. This approach is designed to facilitate the training process. The experimental results obtained from conducting tests on two distinct traffic datasets demonstrate that the utilization of FLAGCN leads to the optimization of both training and inference durations while maintaining a high level of prediction accuracy. FLAGCN outperforms existing models with significant improvements by achieving up to approximately 6.85% reduction in RMSE, 20.45% reduction in MAPE, compared to the best-performing existing models.

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