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[提交于 2025年1月3日
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标题: 基于年龄的设备选择与空中联邦学习的发射功率优化
标题: Age-Based Device Selection and Transmit Power Optimization in Over-the-Air Federated Learning
摘要: 最近,空中联邦学习(FL)因其能够提高通信效率而受到广泛关注。 然而,空中FL的性能通常受到设备选择策略和信号聚合误差的限制。 特别是,在FL中忽略慢速设备会导致模型更新的公平性下降,并放大全局模型对某些设备数据的偏差,最终影响整体系统性能。 为了解决这个问题,我们提出了一个联合设备选择和发射功率优化框架,确保慢速设备的适当参与,保持高效的训练性能,并保证及时更新。 首先,我们进行理论分析,以量化基于信息时效性(AoI)的设备选择下空中FL的收敛上界。 我们的分析进一步表明,所选设备的数量和信号聚合误差对收敛上界有显著影响。 为了最小化期望加权峰值信息时效性的总和,我们使用Lyapunov优化计算每个通信轮次的设备优先级,并通过贪心算法选择优先级最高的设备。 然后,我们制定并解决一个发射功率和归一化因子优化问题,以最小化时间平均均方误差(MSE)。 实验结果表明,我们提出的方法具有两个显著优势:(1) 与基线方法相比,它降低了MSE并提高了模型性能,以及 (2) 它在公平性和训练效率之间取得平衡,同时保持令人满意的时效性,确保模型性能稳定。
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