Joint Client Selection and Bandwidth Allocation of Wireless Federated Learning by Deep Reinforcement Learning

计算机科学 强化学习 带宽(计算) 计算机网络 带宽分配 分布式计算 无线网络 能源消耗 无线 基站 选择(遗传算法) 高效能源利用 机器学习 人工智能 电信 生态学 生物 电气工程 工程类
作者
Wei Mao,Xingjian Lu,Yuhui Jiang,Haikun Zheng
出处
期刊:IEEE Transactions on Services Computing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:17 (1): 336-348 被引量:9
标识
DOI:10.1109/tsc.2024.3350050
摘要

Federated Learning (FL) is a promising paradigm for massive data mining service while protecting users' privacy. In wireless federated learning networks (WFLNs), limited communication resources and heterogeneity of user devices have essential impacts on training efficiency of FL, hence it is critical to select clients and allocate network bandwidths among them in each learning round to improve the training efficiency. In this article, we formulate the joint client selection and bandwidth allocation optimization problem as a MDP process and design a FL framework CSBWA to solve it. CSBWA relies on DRL-based REINFORCE algorithm to automatically perform effective policy based on observed information, e.g., client states, historical bandwidths, and feedback rewards. It is able to achieve lower time cost and energy consumption with long-term FL performance guarantee by jointly optimizing the client selection and bandwidth allocation. Experimental results show the effectiveness of CSBWA in reducing time cost and energy consumption while guaranteeing model performance of wireless federated learning compared with existing state-of-art methods.
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