RINGS: Walk For Resiliency & Privacy: A Random Walk Framework for Learning at the Edge

RINGS:步行以增强弹性

基本信息

  • 批准号:
    2148182
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 100万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-05-01 至 2025-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Learning in Next Generation (NextG) wireless systems is expected to bring about a technological and societal revolution even bigger than that which data brought to early voice-centered systems. Learning will have to be performed on data predominantly originating at edge and user devices in order to support applications such as Internet of Things (IoT), federated learning, mobile healthcare, self-driving cars, and others. A growing body of research work has focused on engaging the edge in the learning process, which can be advantageous in terms of a better utilization of network resources, delay reduction, resiliency against cloud unavailability and catastrophic failures, and increased security and privacy. Present proposed solutions, however, predominantly suffer from having a critical centralized component, typically in the cloud, that organizes and aggregates the nodes’ computations. This rigid centralized infrastructure can inhibit the full potential of resiliency and privacy in NextG systems. By relaxing the centralized infrastructure, the proposed research aims to advance Random Walk learning algorithms as the basis of a unified framework for the joint design of distributed learning and networking, with resiliency and privacy being the overarching goal.In Random Walk learning, the model can be thought of as a “baton” that is updated and passed from one node (cloud, edge node, end-devices, etc.) in the network to one of its neighbors that is smartly chosen. This baton can be then passed to the cloud at a prescribed schedule and/or adaptively as part of the random walk, allowing thus a fluid architecture where centralization and full decentralization constitute two corner points. The proposed work will focus on major challenges and opportunities specific to the applicability of random walk learning in NextG, namely: (i) Adaptability to the heterogeneity of the data and the heterogeneity and dynamic nature of the network; (ii) Resiliency and graceful degradation in the face of failures via coding-theoretic redundancy methods; (iii) Model distribution across nodes and random walking snakes; and (iv) Privacy of the locally owned data.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
下一代(NextG)无线系统的学习预计将带来一场技术和社会革命,甚至比数据给早期以语音为中心的系统带来的革命还要大。必须对主要源自边缘和用户设备的数据进行学习,以支持物联网 (IoT)、联合学习、移动医疗、自动驾驶汽车等应用。越来越多的研究工作集中在学习过程中的边缘化,这在更好地利用网络资源、减少延迟、针对云不可用和灾难性故障的弹性以及提高安全性和隐私性方面具有优势。然而,目前提出的解决方案主要受到关键的集中式组件(通常在云中)的影响,该组件负责组织和聚合节点的计算。这种僵化的集中式基础设施会抑制 NextG 系统弹性和隐私的全部潜力。通过放宽集中式基础设施,所提出的研究旨在推进随机游走学习算法,作为分布式学习和网络联合设计的统一框架的基础,弹性和隐私是首要目标。在随机游走学习中,模型可以被视为一根“接力棒”,从网络中的一个节点(云、边缘节点、终端设备等)更新并传递到其智能邻居之一。 选择的。然后,这个接力棒可以按照规定的时间表和/或作为随机游走的一部分自适应地传递到云端,从而允许一种流动的架构,其中集中和完全分散构成两个角点。 拟议的工作将重点关注随机游走学习在 NextG 中的适用性所特有的主要挑战和机遇,即:(i)对数据异构性以及网络的异构性和动态性质的适应性; (ii) 通过编码理论冗余方法在面对故障时实现弹性和优雅降级; (iii) 跨节点和随机行走蛇的模型分布; (iv) 本地拥有数据的隐私。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并且通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
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专利数量(0)
Walk for Learning: A Random Walk Approach for Federated Learning From Heterogeneous Data
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  • 资助金额:
    $ 100万
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