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计算机科学 > 机器学习

arXiv:2501.01693 (cs)
[提交于 2025年1月3日 ]

标题: 去噪与自适应在线垂直联邦学习在工业物联网中顺序多传感器数据中的应用

标题: Denoising and Adaptive Online Vertical Federated Learning for Sequential Multi-Sensor Data in Industrial Internet of Things

Authors:Heqiang Wang, Xiaoxiong Zhong, Kang Liu, Fangming Liu, Weizhe Zhang
摘要: 随着边缘设备(如工业物联网中的智能传感器)计算能力的持续提升,这些传感器不再仅限于简单的数据采集,而是越来越能够执行复杂的计算任务。 这一进展为采用分布式学习方法提供了动力和基础。 本研究聚焦于一个工业装配线场景,其中多个分布在不同位置的传感器依次收集具有不同特征空间的实时数据。 为了利用这些传感器的计算潜力,同时解决集中式学习固有的通信开销和隐私问题,我们提出了去噪和自适应在线垂直联邦学习(DAO-VFL)算法。 针对工业装配线场景进行定制,DAO-VFL能够有效管理连续的数据流并适应变化的学习目标。 此外,它还能解决工业环境中普遍存在的关键挑战,如通信噪声和传感器能力的异构性。 为了支持所提出的算法,我们提供了全面的理论分析,强调了降噪和自适应本地迭代决策对遗憾界的影响。 在两个真实数据集上的实验结果进一步证明了DAO-VFL相比基准算法的优越性能。
摘要: With the continuous improvement in the computational capabilities of edge devices such as intelligent sensors in the Industrial Internet of Things, these sensors are no longer limited to mere data collection but are increasingly capable of performing complex computational tasks. This advancement provides both the motivation and the foundation for adopting distributed learning approaches. This study focuses on an industrial assembly line scenario where multiple sensors, distributed across various locations, sequentially collect real-time data characterized by distinct feature spaces. To leverage the computational potential of these sensors while addressing the challenges of communication overhead and privacy concerns inherent in centralized learning, we propose the Denoising and Adaptive Online Vertical Federated Learning (DAO-VFL) algorithm. Tailored to the industrial assembly line scenario, DAO-VFL effectively manages continuous data streams and adapts to shifting learning objectives. Furthermore, it can address critical challenges prevalent in industrial environment, such as communication noise and heterogeneity of sensor capabilities. To support the proposed algorithm, we provide a comprehensive theoretical analysis, highlighting the effects of noise reduction and adaptive local iteration decisions on the regret bound. Experimental results on two real-world datasets further demonstrate the superior performance of DAO-VFL compared to benchmarks algorithms.
主题: 机器学习 (cs.LG) ; 网络与互联网架构 (cs.NI)
引用方式: arXiv:2501.01693 [cs.LG]
  (或者 arXiv:2501.01693v1 [cs.LG] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.01693
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Heqiang Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 1 月 3 日 08:22:15 UTC (314 KB)
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