无线联邦学习系统自适应延迟等待时间调整算法
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四川省科技计划 (2023YFG0301, 2023YFG0018)


Adaptive Delay Wait Time Tuning Algorithm for Wireless Federated Learning Systems
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    摘要:

    在智慧城市中, 无线通信网络连接了众多边缘智能设备, 用于收集和传输各种类型的数据. 为了保护数据隐私, 联邦学习被广泛应用于智慧城市环境中. 然而, 城市中的高密度建筑物和复杂多径传播会导致信道衰落, 严重影响通信质量和联邦学习的性能. 针对这一问题, 提出了一种基于强化学习的无线联邦学习系统自适应延迟等待时间调整算法. 该算法通过强化学习方法自动调整等待时间, 以适应动态变化的信道条件, 缓解由信道衰落引起的数据传输延迟问题, 并通过优化等待时间避免因部分客户端延迟掉队而导致的模型不可信问题. 在MNIST和CIFAR-10数据集上的仿真结果表明, 所提出的算法在保证系统性能的同时能够确保结果的可信性, 并且在多个关键性能指标上显著优于其他基线算法.

    Abstract:

    In smart cities, wireless communication networks are employed to connect numerous edge devices for the collection and transmission of various types of data. To safe guard data privacy, federated learning is widely adopted in such urban environments. However, densely packed buildings and complex multipath propagation often lead to channel fading, which significantly degrades communication quality and the performance of federated learning. To address this challenge, a reinforcement learning-based adaptive waiting time adjustment algorithm is proposed for wireless federated learning systems. The waiting time is automatically adjusted using reinforcement learning techniques to accommodate dynamically changing channel conditions. Data transmission delays caused by channel fading are mitigated, and the risk of untrustworthy models due to delayed or dropped clients is reduced by optimizing the waiting time. Simulation results on the MNIST and CIFAR-10 datasets demonstrate that, while ensuring overall system performance, the proposed approach maintains high result fidelity and significantly outperforms baseline algorithms across multiple key performance metrics.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

张宇,赵长名,黄科荣,李善超.无线联邦学习系统自适应延迟等待时间调整算法.计算机系统应用,2025,34(9):31-45

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  • 收稿日期:2025-01-13
  • 最后修改日期:2025-01-26
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  • 在线发布日期: 2025-07-14
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