FairEquityFL:異種IoVネットワークにおける公平かつ衡平なクライアント選定に関する連邦学習

FairEquityFL:異種IoVネットワークにおける公平かつ衡平なクライアント選定に関する連邦学習

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:2509.20193v1発表形式:新規

概要:フェデレーテッドラーニング(FL)は、プライバシー保護の性質と通信オーバーヘッドの軽減における効率性から、機械学習の多くのアプリケーションで広く利用されている。Internet of Vehicles(IoV)はその有望なアプリケーションの1つであり、FLを利用してモデルをより効率的に訓練できる。各FL訓練ラウンドに参加できるのはクライアントのサブセットのみであるため、クライアント選択プロセスの公平性に関連する課題が生じる。長年にわたり、学術界と産業界の多くの研究者が多数のFLフレームワークを提案してきた。しかしながら、私たちの知る限り、動的で異種混合なIoV環境におけるFLベースのクライアント選択に公平性を適用したものは存在しない。そこで本稿では、全てのクライアントがFL訓練プロセスに参加する公平な機会を確保するため、FairEquityFLフレームワークを提案する。特に、クライアント選択プロセスにおいて全てのクライアントの公平な協調機会を確保するため、セレクターコンポーネント内にサンプリングイコライザーモジュールを導入した。セレクターはさらに、各FL訓練ラウンドにおけるクライアントの参加の監視と制御も担当する。さらに、精度または損失最小化の著しい変動という観点からモデルのパフォーマンスに基づいて、悪意のあるクライアントを特定するための外れ値検出メカニズムが適用される。セレクターは疑わしいクライアントにフラグを立て、そのようなクライアントのFL訓練プロセスへの参加を一時的に停止する。さらに、公開データセットであるFEMNISTを用いてFairEquityFLのパフォーマンスを評価する。シミュレーション結果から、FairEquityFLはベースラインモデルを大幅に上回る性能を示す。

原文(英語)を表示

Title (EN): FairEquityFL — A Fair and Equitable Client Selection in Federated Learning for Heterogeneous IoV Networks

arXiv:2509.20193v1 Announce Type: new
Abstract: Federated Learning (FL) has been extensively employed for a number of applications in machine learning, i.e., primarily owing to its privacy preserving nature and efficiency in mitigating the communication overhead. Internet of Vehicles (IoV) is one of the promising applications, wherein FL can be utilized to train a model more efficiently. Since only a subset of the clients can participate in each FL training round, challenges arise pertinent to fairness in the client selection process. Over the years, a number of researchers from both academia and industry have proposed numerous FL frameworks. However, to the best of our knowledge, none of them have employed fairness for FL-based client selection in a dynamic and heterogeneous IoV environment. Accordingly, in this paper, we envisage a FairEquityFL framework to ensure an equitable opportunity for all the clients to participate in the FL training process. In particular, we have introduced a sampling equalizer module within the selector component for ensuring fairness in terms of fair collaboration opportunity for all the clients in the client selection process. The selector is additionally responsible for both monitoring and controlling the clients’ participation in each FL training round. Moreover, an outlier detection mechanism is enforced for identifying malicious clients based on the model performance in terms of considerable fluctuation in either accuracy or loss minimization. The selector flags suspicious clients and temporarily suspend such clients from participating in the FL training process. We further evaluate the performance of FairEquityFL on a publicly available dataset, FEMNIST. Our simulation results depict that FairEquityFL outperforms baseline models to a considerable extent.

Published: 2025-09-24 19:00 UTC


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