論文の概要: Federated Learning in the Sky: Joint Power Allocation and Scheduling with UAV Swarms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2002.08196v2
• Date: Wed, 10 Jun 2020 16:19:18 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2022-12-30 13:53:10.621772
• Title: Federated Learning in the Sky: Joint Power Allocation and Scheduling with UAV Swarms
• Title（参考訳）: 空における連合学習--uavスウォームを用いた協調電力割当とスケジューリング
• Authors: Tengchan Zeng, Omid Semiari, Mohammad Mozaffari, Mingzhe Chen, Walid Saad, and Mehdi Bennis
• Abstract要約: 無人航空機(UAV)は様々なタスクを実行するために機械学習(ML)を利用する必要がある。 本稿では,UAVスワム内に分散学習(FL)アルゴリズムを実装するための新しいフレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 98.78553146823829
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Unmanned aerial vehicle (UAV) swarms must exploit machine learning (ML) in order to execute various tasks ranging from coordinated trajectory planning to cooperative target recognition. However, due to the lack of continuous connections between the UAV swarm and ground base stations (BSs), using centralized ML will be challenging, particularly when dealing with a large volume of data. In this paper, a novel framework is proposed to implement distributed federated learning (FL) algorithms within a UAV swarm that consists of a leading UAV and several following UAVs. Each following UAV trains a local FL model based on its collected data and then sends this trained local model to the leading UAV who will aggregate the received models, generate a global FL model, and transmit it to followers over the intra-swarm network. To identify how wireless factors, like fading, transmission delay, and UAV antenna angle deviations resulting from wind and mechanical vibrations, impact the performance of FL, a rigorous convergence analysis for FL is performed. Then, a joint power allocation and scheduling design is proposed to optimize the convergence rate of FL while taking into account the energy consumption during convergence and the delay requirement imposed by the swarm's control system. Simulation results validate the effectiveness of the FL convergence analysis and show that the joint design strategy can reduce the number of communication rounds needed for convergence by as much as 35% compared with the baseline design.
• Abstract（参考訳）: 無人航空機(UAV)は、協調軌道計画から協調目標認識まで様々なタスクを実行するために機械学習(ML)を利用する必要がある。 しかし、UAVスワムと地上基地局(BS)の連続的な接続が欠如しているため、特に大量のデータを扱う場合、集中型MLの使用は困難である。 本稿では,主要なUAVとそれに続くUAVからなるUAVスワム内に,分散フェデレーション学習(FL)アルゴリズムを実装するための新しいフレームワークを提案する。 その後のUAVは、収集したデータに基づいてローカルFLモデルをトレーニングし、このトレーニングされたローカルモデルを主要なUAVに送信し、受信したモデルを集約し、グローバルFLモデルを生成し、スワームネットワーク上でフォロワーに送信する。 風や機械振動による電波の減衰、伝達遅延、UAVアンテナ角の偏差などの無線要因がFLの性能に与える影響を明らかにするため、FLの厳密な収束解析を行う。 そこで, コンバージェンス時のエネルギー消費とSwarmの制御系に課される遅延要件を考慮しつつ, FLの収束率を最適化するために, 連系電力割当とスケジューリング設計を提案する。 シミュレーションの結果,fl収束解析の有効性を検証し,統合設計戦略がベースライン設計と比較して,収束に必要な通信ラウンド数を最大35%削減できることを示した。

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