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基于主从博弈的分层联邦学习激励机制研究

贾云健 黄宇 梁靓 万杨亮 周继华

李峰, 付琨, 尤红建, 吴一戎, 刘波. 一种高效的海量遥感栅格数据库的空间可视化检索算法[J]. 电子与信息学报, 2006, 28(8): 1463-1467.
引用本文: 贾云健, 黄宇, 梁靓, 万杨亮, 周继华. 基于主从博弈的分层联邦学习激励机制研究[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(4): 1366-1373. doi: 10.11999/JEIT220175
Li Feng, Fu Kun, You Hong-jian, Wu Yi-rong, Liu Bo. An Efficient Spatial Visual Retrieval Algorithm on Magnanimous Remote Sensing Raster Image Data Base[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2006, 28(8): 1463-1467.
Citation: JIA Yunjian, HUANG Yu, LIANG Liang, WAN Yangliang, ZHOU Jihua. Research on Hierarchical Federated Learning Incentive Mechanism Based on Master-Slave Game[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(4): 1366-1373. doi: 10.11999/JEIT220175

基于主从博弈的分层联邦学习激励机制研究

doi: 10.11999/JEIT220175
基金项目: 国家自然科学基金(62071075, 61971077),重庆市自然科学基金(cstc2020jcyj-msxmX0704)
详细信息
    作者简介:

    贾云健:男,博士,教授,研究方向为新一代移动通信网络、网络内生安全

    黄宇:男,硕士生,研究方向为联邦学习

    梁靓:女,博士,副教授,研究方向为移动通信网络、可信网络

    万杨亮:女,硕士,工程师,研究方向为计算机网络与无线通信

    周继华:男,博士,研究员,研究方向为无线通信

    通讯作者:

    梁靓 liangliang@cqu.edu.cn

  • 中图分类号: TN92

Research on Hierarchical Federated Learning Incentive Mechanism Based on Master-Slave Game

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62071075, 61971077), The Natural Science Foundation of Chongqing (cstc2020jcyj-msxmX0704)
  • 摘要: 为了优化分层联邦学习(FL)全局模型的训练时延,针对实际场景中终端设备存在自私性的问题,该文提出一种基于博弈论的激励机制。在激励预算有限的条件下,得到了终端设备和边缘服务器之间的均衡解和最小的边缘模型训练时延。考虑终端设备数量不同,设计了基于主从博弈的可变激励训练加速算法,使得一次全局模型训练时延达到最小。仿真结果显示,所提出的算法能够有效降低终端设备自私性带来的影响,提高分层联邦学习全局模型的训练速度。
  • 图  1  系统模型图

    图  2  博弈框架图

    图  3  激励单价q与单个终端设备效用的关系

    图  4  激励单价q与单个边缘服务器效用的关系

    图  5  激励单价q与单个终端设备本地计算时间的关系

    图  6  不同W1的值与T1, T2的关系

    图  7  两种算法在不同终端设备总数下训练总时间的比较

    算法1 基于主从博弈的可变激励训练加速算法
     输入:N={i:i=1,2,,N}Mi={m:m=1,2,,M},计算任务Task,数据集DW1=W2==Wi=Vi
     输出:激励预算分配的均衡点Wi={Wi,iN}Qi:m={qi:m,mMi} ,终端设备m提供的算力均衡解F*i:m={fi:m,mMi}
     (1) repeat
     (2) for i in N do
     (3) 边缘服务器i分配激励单价{qi:m,mMi},激励单价需满足条件mMiqi:mfi:mWi。终端设备m会提供相应的算力
       {fi:m=max{qi:m2ηkCm,fmaxi:m},mMi},使得自己的效用Ui:m达到最大。
     (4) if tcmpi:mtcmpi:n(mn) then
     (5) 边缘服务器i重新分配qi:m,使得自己的效用函数Ui达到最大,同时得到时间Ti
     (6) end for
     (7) if Ti<Tj(ij) then
     (8) 云服务器重新分配V(减小Wi,增大Wj)。
     (9) Until Ti=Tj(ij)
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-02-25
  • 修回日期:  2022-06-27
  • 录用日期:  2022-08-15
  • 网络出版日期:  2022-08-16
  • 刊出日期:  2023-04-10

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