[發(fā)明專利]一種基于信道與局部模型更新結(jié)合的設(shè)備調(diào)度方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211422803.7
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115767758A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張帆;王昆侖;萬俊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號: H04W72/566
• 分類號: H04W72/566;H04W72/1263;H04B17/391;H04B17/382
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

1.一種基于信道與局部模型更新結(jié)合的設(shè)備調(diào)度方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟1：構(gòu)建聯(lián)邦學(xué)習(xí)系統(tǒng)

在一個邊緣智能場景中，有K個單天線的邊緣移動設(shè)備，表示為K＝{1,2,…,K}及一個配有M根天線的參數(shù)服務(wù)器，每個邊緣移動設(shè)備k∈K都有本地數(shù)據(jù)集D_k,|D_k|表示數(shù)據(jù)集D_k的樣本數(shù)量，聯(lián)邦學(xué)習(xí)中由參數(shù)服務(wù)器和邊緣移動設(shè)備共同訓(xùn)練一個全局模型ω，聯(lián)邦學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程是一個循環(huán)的過程，每一輪循環(huán)稱為一個訓(xùn)練輪次，每一個訓(xùn)練輪次得到新的全局模型，使用ω^t表示第t個訓(xùn)練輪次得到的全局模型，ω⁰代表未經(jīng)過聯(lián)邦學(xué)習(xí)訓(xùn)練的初始全局模型，ω^t-1代表上一個訓(xùn)練輪次得到的全局模型，構(gòu)得聯(lián)邦學(xué)習(xí)系統(tǒng)；

步驟2：結(jié)合信道與局部模型更新兩個參數(shù)，參數(shù)服務(wù)器調(diào)度參與訓(xùn)練的邊緣移動設(shè)備；

步驟3：參數(shù)服務(wù)器將上一次循環(huán)得到的全局模型ω^t-1下發(fā)給所有被調(diào)度的邊緣移動設(shè)備；

步驟4：被調(diào)度的邊緣移動設(shè)備采用隨機(jī)梯度下降算法進(jìn)行局部訓(xùn)練，得到各自的局部梯度；

步驟5：被調(diào)度的邊緣移動設(shè)備將得到的局部梯度上傳至參數(shù)服務(wù)器，更新全局模型，得到ω^t，上傳局部梯度的過程采用空中計算，并對空中計算進(jìn)行優(yōu)化；

循環(huán)執(zhí)行步驟2-5，直到全局模型ω^t收斂。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信道與局部模型更新結(jié)合的設(shè)備調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟2具體包括：

信道參數(shù)：在第t輪訓(xùn)練輪次中，參數(shù)服務(wù)器與各個邊緣移動設(shè)備k之間有不同的信道增益向量h_k,t；各個邊緣移動設(shè)備向參數(shù)服務(wù)器發(fā)送導(dǎo)頻序列，參數(shù)服務(wù)器根據(jù)接收到的導(dǎo)頻序列估計出各個邊緣移動設(shè)備與參數(shù)服務(wù)器之間的信道增益向量h_k,t；使用信道增益向量h_k,t的l₂范數(shù)表示參數(shù)服務(wù)器與邊緣移動設(shè)備k之間的信道參數(shù)，其中代表向量h_k,t第i個分量的絕對值，由于參數(shù)服務(wù)器一共有M根天線，因此信道增益向量h_k,t一共有M個分量；

局部模型更新參數(shù)：在第t輪訓(xùn)練輪次中，邊緣移動設(shè)備k進(jìn)行局部訓(xùn)練后得到局部梯度g_k,t，使用局部梯度g_k,t的l₂范數(shù)||g_k,t||表示邊緣移動設(shè)備k的局部模型更新參數(shù)；||g_k,t||的值越大意味著設(shè)備k局部訓(xùn)練的結(jié)果對聯(lián)邦學(xué)習(xí)訓(xùn)練的效果提升越大；

由于邊緣移動設(shè)備k在被調(diào)度之前并沒有進(jìn)行局部訓(xùn)練，而在調(diào)度時又要用到局部訓(xùn)練的結(jié)果g_k,t，算出g_k,t的l₂范數(shù)||g_k,t||指導(dǎo)調(diào)度，因此需要對局部訓(xùn)練得到的局部梯度的l₂范數(shù)||g_k,t||進(jìn)行估計；

將信道與局部模型更新相結(jié)合，決定設(shè)備調(diào)度的優(yōu)先級，設(shè)備調(diào)度優(yōu)先級的定義如下：

I_k,t＝c||h_k,t||+(1-c)||g_k,t|| (1)

其中I_k,t代表邊緣移動設(shè)備k在第t輪訓(xùn)練輪次中的調(diào)度優(yōu)先級，c∈[0,1]是一個超參數(shù)，用來控制兩個調(diào)度參數(shù)的影響權(quán)重；

對所有邊緣移動設(shè)備k的調(diào)度優(yōu)先級I_k,t進(jìn)行降序排列，在調(diào)度設(shè)備數(shù)量固定為N的情況下，0NK，選擇前N個I_k,t最大的設(shè)備參與第t輪的聯(lián)邦學(xué)習(xí)訓(xùn)練；第t輪訓(xùn)練輪次中被調(diào)度的邊緣移動設(shè)備集為：