論文の概要: A Semi-Supervised Federated Learning Framework with Hierarchical Clustering Aggregation for Heterogeneous Satellite Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.22339v1
• Date: Wed, 30 Jul 2025 02:47:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-31 16:14:17.933568
• Title: A Semi-Supervised Federated Learning Framework with Hierarchical Clustering Aggregation for Heterogeneous Satellite Networks
• Title（参考訳）: 不均一衛星ネットワークのための階層的クラスタリング集約を用いた半教師付きフェデレーション学習フレームワーク
• Authors: Zhuocheng Liu, Zhishu Shen, Qiushi Zheng, Tiehua Zhang, Zheng Lei, Jiong Jin,
• Abstract要約: 低軌道(LEO)衛星は6Gネットワークの重要なコンポーネントとして出現している。 階層的な集約を伴うLEO衛星ネットワークに適した,新しい半教師付きフェデレーション学習フレームワークを提案する。 提案手法は,他の比較手法と比較して処理時間(最大3倍)とエネルギー消費(最大4倍)を著しく削減できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5774044809669663
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Low Earth Orbit (LEO) satellites are emerging as key components of 6G networks, with many already deployed to support large-scale Earth observation and sensing related tasks. Federated Learning (FL) presents a promising paradigm for enabling distributed intelligence in these resource-constrained and dynamic environments. However, achieving reliable convergence, while minimizing both processing time and energy consumption, remains a substantial challenge, particularly in heterogeneous and partially unlabeled satellite networks. To address this challenge, we propose a novel semi-supervised federated learning framework tailored for LEO satellite networks with hierarchical clustering aggregation. To further reduce communication overhead, we integrate sparsification and adaptive weight quantization techniques. In addition, we divide the FL clustering into two stages: satellite cluster aggregation stage and Ground Stations (GSs) aggregation stage. The supervised learning at GSs guides selected Parameter Server (PS) satellites, which in turn support fully unlabeled satellites during the federated training process. Extensive experiments conducted on a satellite network testbed demonstrate that our proposal can significantly reduce processing time (up to 3x) and energy consumption (up to 4x) compared to other comparative methods while maintaining model accuracy.
• Abstract（参考訳）: ローアース軌道(LEO)衛星は6Gネットワークの重要なコンポーネントとして登場しており、多くの衛星はすでに大規模な地球観測や関連するタスクを検知するために配備されている。 Federated Learning(FL)は、これらのリソースに制約のある動的環境において、分散インテリジェンスを実現するための有望なパラダイムを提供する。 しかし、信頼性の高い収束を達成することは、処理時間とエネルギー消費の両方を最小化する一方で、特に異質で部分的にラベル付けされていない衛星ネットワークにおいて大きな課題である。 この課題に対処するために、階層的なクラスタリングアグリゲーションを備えたLEO衛星ネットワークに適した、新しい半教師付きフェデレーション学習フレームワークを提案する。 通信オーバヘッドをさらに低減するため、スペーシフィケーションと適応重み量子化技術を統合する。 さらに、FLクラスタリングを衛星クラスタ集約ステージと地上ステーション(GS)集約ステージの2段階に分けた。 GSsにおける教師付き学習は、パラメータサーバ(PS)衛星の選択をガイドする。 衛星ネットワークテストベッド上で行った大規模な実験により,提案手法はモデル精度を維持しながら,他の比較手法と比較して処理時間(最大3倍)とエネルギー消費(最大4倍)を著しく削減できることが示された。

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