異種無線ネットワークにおける基盤モデルの連合微調整パラダイム

異種無線ネットワークにおける基盤モデルの連合微調整パラダイム

なぜ重要か: 企業や社会への影響が見込まれ、一般メディアにも波及する可能性があります。

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arXiv:2509.19306v1 発表種別:クロス

概要:エッジインテリジェンスは、モバイルデバイス向けに低遅延かつユビキタスなサービスを提供するための有望な戦略として台頭しています。基盤モデルのファインチューニング機構における最近の進歩により、低ランク適応(LoRA)とフェデレーテッドラーニングを統合したエッジインテリジェンスが可能になりました。しかしながら、無線ネットワークにおいては、デバイスの不均一性とエッジデバイスのリソース制約が、フェデレーテッドファインチューニングのパフォーマンスに大きな脅威をもたらします。これらの問題に対処するために、本稿では、オンライン学習を用いた異種無線ネットワークにおけるフェデレーテッドファインチューニングの最適化手法を提案します。まず、無線ネットワークにおけるスイッチングベースのフェデレーテッドファインチューニングのフレームワークを示します。エッジデバイスは、デバイスの不均一性と伝送の信頼性の問題を軽減するために、基地局とのフェデレーテッドファインチューニングにおいてLoRAモジュールを動的に切り替えます。次に、理論的解析に基づいて、推論リスクギャップの上限値を求めます。汎化能力を向上させるために、長期的な制約を含む非凸混合整数計画問題を定式化し、モデルの切り替え、送信電力制御、帯域幅割り当てのサブ問題に分解します。多項式計算量で問題を解くためのオンライン最適化アルゴリズムを開発します。最後に、SST-2およびQNLIデータセットを用いたシミュレーション結果により、テスト精度とエネルギー効率の向上を示します。

原文(英語)を表示

Title (EN): A Federated Fine-Tuning Paradigm of Foundation Models in Heterogenous Wireless Networks

arXiv:2509.19306v1 Announce Type: cross
Abstract: Edge intelligence has emerged as a promising strategy to deliver low-latency and ubiquitous services for mobile devices. Recent advances in fine-tuning mechanisms of foundation models have enabled edge intelligence by integrating low-rank adaptation (LoRA) with federated learning. However, in wireless networks, the device heterogeneity and resource constraints on edge devices pose great threats to the performance of federated fine-tuning. To tackle these issues, we propose to optimize federated fine-tuning in heterogenous wireless networks via online learning. First, the framework of switching-based federated fine-tuning in wireless networks is provided. The edge devices switches to LoRA modules dynamically for federated fine-tuning with base station to jointly mitigate the impact of device heterogeneity and transmission unreliability. Second, a tractable upper bound on the inference risk gap is derived based on theoretical analysis. To improve the generalization capability, we formulate a non-convex mixed-integer programming problem with long-term constraints, and decouple it into model switching, transmit power control, and bandwidth allocation subproblems. An online optimization algorithm is developed to solve the problems with polynomial computational complexity. Finally, the simulation results on the SST-2 and QNLI data sets demonstrate the performance gains in test accuracy and energy efficiency.

Published: 2025-09-24 19:00 UTC


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