I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   3 6 ,   No .   2 ,  N o v em b e r   20 24 ,   p p .   1 30 1 ~ 1 30 8   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 3 6 . i 2 . pp 1 30 1 - 1 30 8           1301     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   E nha ncing  stress  detec tion in  wea r a ble Io T dev ices  using   federate d learnin g  and LS TM  bas ed hybrid mo del       Na o ua l Mo uh ni 1 ,   I btiss a m   Am a lo u 2, 3 ,   Sa na   Cha k ri 3 ,   M o ha m edo u  C heik h  T o ura d 4 ,    M o ha m ed  Cha k ra o ui 5 ,   Abdelm o un a im   Abda li 2   1 GL - I S I   Te a m,  D e p a r t me n t   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e ,   F S T E,   U M I - M e k n e s,  Er r a c h i d i a ,   M o r o c c o   2 C I S I EV ,   F S TG ,   U n i v e r si t y   C a d i   A y y a d ,   M a r r a k e c h ,   M o r o c c o   3 LA M I G EP,  E M S I   M a r r a k e c h ,   M a r r a k e c h ,   M o r o c c o   4 S c i e n t i f i c   C o m p u t i n g ,   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   D a t a   S c i e n c e   R e se a r c h   U n i t   ( C S I D S ) / F ST   U n i v e r si t y   o f   N o u a k c h o t t ,     N o u a k c h o t t ,  M a u r i t a n i a   5 LS3 M ,   P o l y   D i sc i p l i n a r y   F a c u l t y   o f   K h o u r i b g a ,   S u l t a n   M o l y   S l i m a n e   U n i v e r si t y ,   B e n i   M e l l a l ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   4 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Au g   6 ,  2 0 2 4   Acc ep ted   A ug   11 ,   2 0 2 4       I n   th e   d o m a in   o f  sm a rt  h e a lt h   d e v ice s,  th e   a c c u ra te  d e tec ti o n   o f   p h y sic a l   in d ica to rs  le v e ls  p lay s  a   c ru c ial  ro le  in   e n h a n c in g   sa fe ty   a n d   we ll - b e in g .     Th is  p a p e r  i n tr o d u c e s  a   c ro ss   d e v ice   fe d e ra ted   lea rn in g   fra m e wo rk   u sin g   h y b rid   d e e p   lea rn in g   m o d e l.   S p e c ifi c a ll y ,   th e   p a p e r  p r e se n ts  a   c o m p re h e n siv e   c o m p a riso n   o f  d iffere n t  c o m b i n a ti o n   o f  l o n g   sh o rt - term   m e m o ry   (LS TM ),   g a ted   re c u rre n t   u n it   (G RU) ,  c o n v o l u ti o n a l  n e u ra l  n e two rk   (CNN ),   ra n d o m   f o re st   (RF ),   a n d   e x trem e   g ra d ie n t  b o o stin g   ( XG Bo o st ) ,   in   o rd e r  to   fo re c a st  stre ss   lev e ls   b y   u ti li z i n g   ti m e   se ries   i n fo rm a ti o n   d e ri v e d   fr o m   we a ra b le  sm a rt  g a d g e ts.  Th e   LS TM - RF   m o d e l  d e m o n stra ted   th e   h ig h e st  lev e l   o f  a c c u ra c y ,   a c h iev in g   9 3 . 5 3 %   f o r   u se r   1 ,   9 9 . 4 0 %   f o r  u se r   2 ,   a n d   9 7 . 8 8 %   f o r  u se r   3 .   S imil a rly ,   t h e   LS T M - XG Bo o st  m o d e l  y ield e d   fa v o ra b le o u tc o m e s,  with   a c c u ra c y   ra tes   o f  8 5 . 8 8 % ,   9 8 . 5 5 % ,   a n d   9 2 . 0 2 %   fo r   u se r s  1 ,   2 ,   a n d   3 ,   re sp e c ti v e ly ,   o u t  o f  2 3   u se rs  stu d ie d .   Th e s e   fin d in g s   h ig h li g h t   th e   e ffica c y   o f  fe d e ra t e d   lea rn i n g   a n d   t h e   u ti li z a ti o n   o f  h y b rid   m o d e ls  i n  stre ss   d e tec ti o n .   Un li k e   trad it i o n a l   c e n tralize d   lea rn in g   p a ra d ig m s,  th e   p re se n ted   fe d e ra ted   a p p ro a c h   e n su re s   p ri v a c y   p re se rv a ti o n   a n d   re d u c e s  d a ta t ra n sm issio n   re q u irem e n ts  b y   p r o c e ss in g   d a ta l o c a ll y   o n   E d g e   d e v ice s.   K ey w o r d s :   Fed er ated   l ea r n in g   GR U   Hy b r id   m o d els   I o T   w ea r ab les   L STM   R an d o m   f o r est   Stre s s   d etec tio n   XGBo o s t   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Nao u al  Mo u h n i   Dep ar tm en t   o f   co m p u ter   s cien ce ,   FS T E ,   UM I   o f   Me k n es   5 2 0 0 0   E r r ac h id ia,   Mo r o cc o     E m ail:  n . m o u h n i@ ieee . o r g       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   r ec en t  y ea r s ,   th e  p r o life r a tio n   o f   wea r ab le  in ter n et  o f   th in g s   ( I o T )   d ev ices  h as  s ig n if ican tly   tr an s f o r m ed   t h e  lan d s ca p e  o f   p er s o n al  h ea lth ca r e  m o n ito r i n g ,  as  s h o wn   in   [ 1 ] - [ 5 ] .   Stre s s ,   a  p r ev alen t  h ea lth   is s u e  ass o ciate d   with   v ar io u s   p h y s ical  a n d   m en tal  ail m en ts ,   ca n   cu r r e n tly   b e  b e tter   m o n ito r ed   b y   in co r p o r atin g   wea r ab le  s en s o r s   an d   I o T   tech n o lo g ies.  Acc u r ate  d etec tio n   o f   s tr ess   lev els  u s in g   wea r ab le  d ev ices c an   r esu lt in   tim ely   i n ter v en tio n s ,   th e r eb y   lea d in g   to   n o tab le  en h an ce m en ts   in   h ea lth   o u tco m es.   Desp ite  ad v an ce m en ts   in   wea r ab le  tech n o lo g y ,   s ev er al  ch allen g es  p er s is t  in   th e  ac cu r ate  an d   ef f icien t  d etec tio n   o f   s tr ess .   T r ad itio n al  ce n tr alize d   m o d els  f o r   s tr ess   d etec tio n   r aise  s ig n i f ican t  p r iv ac y   an d   s ec u r ity   co n c er n s   as  t h ey   r eq u ir e  d ata   to   b e  tr a n s m itted   to   c en tr al  s er v er s   f o r   p r o ce s s in g .   Ad d itio n ally ,   th ese  m o d els  o f ten   f ail  to   ac h iev e   h i g h   ac cu r ac y   an d   r o b u s tn ess   ac r o s s   d iv er s e  u s er   d atasets   d u e  to   th eir   in ab ilit y   to   ef f ec tiv ely   ca p tu r e  tem p o r al  d ep en d en cies in   p h y s io lo g ical  d ata.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   2 ,  No v em b er   20 24 :   1 3 0 1 - 130 8   1302   Pre v io u s   r esear ch   h as  ex p lo r ed   v ar i o u s   m eth o d s   f o r   s tr ess   d etec tio n   u s in g   I o T   d ev ice s .   Ma jo r   co n tr ib u to r s   in   th is   f ield   h av e  u tili ze d   s in g le  n eu r al  n etwo r k   ar c h itectu r es  o r   tr a d itio n al  m ac h in e  lear n in g   m o d els.  C an   et  a l.   [ 6 ]   u tili ze d   co n v o l u tio n al  n eu r al  n e two r k s   ( C NNs)  f o r   s tr ess   d etec tio n   b u t  f ac ed   lim itatio n s   in   ca p tu r in g   lo n g - t er m   d ep en d en cies  in   th e  d ata.   Patel  et  a l.  [ 7 ]   im p lem en ted   r an d o m   f o r est   ( R F)   m o d els,  wh ich   p r o v id e d   r o b u s t  class if icatio n   b u t  lack e d   t h e  ab ilit y   to   h an d le   s eq u en ti al  d ata  e f f ec tiv ely .     C h en   et  a l.   [ 8 ]   em p lo y e d   lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L ST M)   n etwo r k s ,   ac h iev i n g   b ette r   p er f o r m an ce   with   tim e - s er ies d ata  b u t e n co u n ter in g   co m p u tatio n al  in e f f icien ci es o n   r eso u r ce - co n s tr ain ed   d e v ices.   T h e  ex is tin g   liter atu r e  h i g h lig h ts   s ev er al  u n r eso lv ed   p r o b le m s ,   in clu d in g   d ata   p r iv ac y   a n d   s ec u r ity   is s u es,  m o d el  ac cu r ac y   an d   r o b u s tn ess ,   an d   th e  ef f ec tiv e  h an d lin g   o f   s eq u e n tial  d ata.   Hig h   co m p u tatio n al   r eq u ir em e n ts   o f   d ee p   lear n in g   m o d els  lim it  th eir   p r ac tical  ap p licatio n   o n   wea r ab le  d e v ices,  an d   th er e  is   v ar iab ilit y   in   m o d el  p er f o r m an ce   ac r o s s   d if f er en t  u s er s   d u e  to   in d iv id u al  p h y s io lo g ical  d if f er en c es.   Fu r th er m o r e ,   d ela y s   in   d ata   p r o ce s s in g   h in d er   r ea l - tim e   d ete ctio n   ca p ab ilit ies,  an d   lim ited   ev alu atio n   m et r ics  d o   n o t  p r o v id e  a  f u ll  ass ess m en t  o f   m o d el  p e r f o r m an ce .   T o   ad d r ess   th ese  g ap s ,   o u r   s tu d y   in tr o d u ce s   a   f ed er ated   l ea r n in g   [ 9 ]   f r am ew o r k   c o m b in e d   with   a   h y b r id   d ee p   lear n in g   m o d el  f o r   s tr ess   d etec tio n   u s in g   d ata  p r o v id e d   f r o m   wea r ab le   I o T   d ev ices.  T h e  f ed er ated   l ea r n in g   a p p r o ac h   e n h an ce s   p r i v ac y   a n d   s ec u r ity ,   ad d r ess in g   s ig n if ican t  p r iv ac y   co n ce r n s   in   ce n tr alize d   d ata   co llectio n   m eth o d s .   Fu r t h er m o r e,   t h e   ev alu ate d   h y b r id   m o d el s ,   s u ch   as  th e   co m b in atio n s   L STM - RF   an d   L STM - XGBo o s t,  ar e  p r es en tin g   th e   h ig h est   ac cu r ac y   f o r   alm o s t  all  th e  in v o lv ed   u s er s .   T h ese  m o d els   ar e   o p tim ized   f o r   co m p u tatio n al  ef f icien cy ,   m ak i n g   th em   s u itab le  f o r   im p lem en ta tio n   o n   r eso u r ce - co n s tr ain e d   d ev ices   u s in g   T in y ML   tech n i q u es .   On   th e  o th er   h an d ,   t h e  f ed er ated   lear n in g   a p p r o ac h   en s u r es  th at  th e   s tu d i ed   m o d el s   g en er alize   well  ac r o s s   d if f er en t  u s er s  b y   tr ain i n g   o n   d iv er s e   lo ca l  d atasets ,   m itig atin g   v ar iab ilit y   in   in d iv i d u al  p h y s io lo g ical  r e s p o n s es.  Mo r eo v er ,   o u r   e v alu ated   m o d el s   s u p p o r t   r ea l - tim e  s tr ess   d etec tio n ,   en a b lin g   tim ely   in ter v e n tio n s   an d   im p r o v in g   o v e r all  h ea lth   o u tco m es.   T h e  f o llo win g   s ec tio n s   o f   th i s   m an u s cr ip t  will  d em o n s tr ate  th e  r elev a n ce   an d   im p ac t  o f   o u r   w o r k ,   s ec tio n   1   p r o v id es  th e  in tr o d u ctio n   an d   b ac k g r o u n d .   S ec tio n   2   d escr ib es  th e  m eth o d o lo g y   an d   ex p er im e n tal  s etu p .   S ec tio n   3   p r esen ts   th e   r esu lts   an d   th eir   im p licatio n s .   S ec tio n   4   d is cu s s es  th e  f in d i n g s   an d   co m p ar es  th em   with   ex is tin g   wo r k s ,   an d   s ec tio n   5   co n cl u d es with   f u tu r e  wo r k   d ir ec tio n s .       2.   M O T I VAT I O N  AND  R E L A T E D  WO RK S   R ec en t  ad v an ce m en ts   in   s tr es s   d etec tio n   u s in g   wea r a b le  I o T   d ev ices  h av e   h ig h lig h ted   th e  p o ten tial   o f   f ed er ated   lear n in g   an d   h y b r id   m o d els  to   ad d r ess   k ey   ch allen g es  in   th e  f ield .   Alah m ad i  et  a l.   [ 1 0 ]   p r o v id e d   a  co m p r eh en s iv e  o v er v iew  o f   a  p r iv ac y - p r eser v ed   I o T - b ased   m en tal  s tr ess   d etec tio n   f r am ew o r k   u s in g   f ed er ated   lear n in g ,   em p h asizi n g   th e  im p o r tan ce   o f   d ec en tr a lized   lear n in g   m o d els  in   p r eser v in g   d ata  p r iv ac y   wh ile  en ab lin g   ef f ec tiv e  m o d el  tr ain in g   ac r o s s   d is tr ib u te d   d e v ices.  Similar ly ,   J ian g   e t  a l.   [ 1 1 ]   ex p lo r e d   p r iv ac y - p r eser v in g   tech n iq u es   in   f ed er ated   lear n in g ,   f o cu s in g   o n   th eir   in teg r atio n   with in   I o T   f r am ewo r k s   to   en s u r e  s ec u r e   d ata   h a n d lin g   a n d   p r o ce s s in g .   T h ese  s tu d ies   u n d er s co r e   th e   p o ten tial  o f   f e d er ated   lea r n in g   to   ad d r ess   p r iv ac y   co n ce r n s ,   wh i ch   is   a  cr itical  asp ec t o f   o u r   r e s ea r ch .   Sev er al  s tu d ies  h av e   in v esti g ated   th e  u s e  o f   h y b r id   m o d el s   to   im p r o v e  d iag n o s tic  ac cu r ac y   in   I o T   d ev ices.  Yaq o o b   et  a l.   [ 1 2 ]   e x am in ed   th e  i n teg r atio n   o f   v ar i o u s   m ac h in e   lear n in g   m o d els,  d em o n s tr atin g   h o w   h y b r id   a p p r o ac h es  ca n   s ig n if ican tly   en h an ce   d iag n o s tic  ac cu r ac y   in   wea r ab le  d ev ices.  Alm ad h o r   et  a l.  [ 1 3 ]   p r esen ted   a   d etailed   an aly s is   o f   wr is t - b ased   elec tr o d er m a l  ac tiv ity   m o n ito r in g   f o r   s tr ess   d etec tio n   u s in g   f ed er ated   lear n in g ,   em p h asizi n g   th e  p o ten tial  o f   h y b r id   m o d els  in   th is   d o m ain .   Ya q o o b   e t  a l.   [ 1 4 ]   lev er a g ed   h y b r id   m o d els  to   ac h iev e  e n h an ce d   d iag n o s tic  ac cu r ac y ,   p a r ticu lar ly   in   th e  c o n tex t   o f   s k in   lesi o n   d iag n o s is .   Kh an   et  a l.   [ 1 5 ]   p r o p o s ed   an   asy n ch r o n o u s   f ed e r ated   lear n in g   ap p r o ac h   f o r   im p r o v ed   ca r d io v ascu lar   d is ea s e  p r ed ictio n ,   h ig h lig h tin g   th e   p r ac tical  im p licatio n s   o f   tim el y   h ea lth   m o n ito r in g .   J u n i o r   a n d   Kam ien s k i   [1 6 ]   ex p an d e d   o n   t h is   b y   d ev elo p in g   h y b r id   m o d els  th at   co m b in e  m u ltip le  n e u r al  n etwo r k   a r ch itectu r es  to   im p r o v e  t h e  ac cu r ac y   an d   r esp o n s iv en ess   o f   p er f o r m a n ce   b e h av io r   d etec tio n   in   f o g - I o T   s y s tem s .   Desp ite  th ese  ad v an ce m en ts ,   t r ad itio n al  ce n tr alize d   m o d els  s till   p o s e  p r iv ac y   a n d   s ec u r ity   r is k s ,   an d   ex is tin g   m o d els  o f ten   f ail  to   ac h iev e  h ig h   ac cu r ac y   ac r o s s   d iv er s e  d atasets   d u e  to   lim it atio n s   in   ca p tu r in g   tem p o r al  d ep e n d en cies  in   p h y s io lo g ical  d ata.   Hig h   c o m p u tatio n al  r eq u ir em en ts   also   lim it  th e  p r ac tical  ap p licatio n   o f   d ee p   lear n in g   m o d els o n   r eso u r ce - c o n s tr ain ed   wea r ab le  d ev ices.  Nan d i a n d   Xh af a  [ 1 7 ]   f o cu s ed   o n   o p tim izin g   h y b r i d   m o d els  f o r   r ea l - tim e  em o tio n   s tate  class if icatio n ,   o f f er i n g   in s ig h ts   in to   th e  p er f o r m an ce   en h an ce m e n ts   ac h iev ab le  th r o u g h   m o d el  i n teg r atio n   an d   o p tim izatio n   tech n iq u es.  T r ip ath y   et  a l.   [ 1 8 ]   ad d r ess ed   th e  s ca lab ilit y   o f   f e d er ated   lear n in g   in   I o T   e n v ir o n m en ts ,   d is cu s s in g   h o w  s ca lab le  s o lu tio n s   ca n   b e  im p lem en ted   to   h an d le  g r o win g   d ata  v o lu m es a n d   d ev ice  co u n ts   in   I o T   n etwo r k s .     Ou r   s tu d y   r ep r esen ts   a  s ig n if ic an t  ad v a n ce m en t   o v e r   ex is tin g   wo r k   b y   tak in g   in to   ac co u n t  e n h an c in g   n o t  o n l y   th e  ac cu r ac y   a n d   r o b u s tn ess   o f   s tr ess   d etec tio n   b u t  also   en s u r es  ef f icien t  an d   s ec u r e  d ata  h a n d lin g   th r o u g h   f ed er ate d   lear n in g   a n d   ed g e  co m p u tin g .   B y   ad d r ess in g   th e  h eter o g en eity   o f   d atasets   an d   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       E n h a n ci n g   s tr ess   d etec tio n   in   w ea r a b le  I o T d ev ices u s in g   fe d era ted   lea r n in g   a n d   …  ( N a o u a l Mo u h n i )   1303   ch allen g e  o f   im b alan ce d   d ata,   o u r   ap p r o ac h   p r o v id es  a  s ca lab le  an d   p r ac tical  s o lu tio n   f o r   r ea l - tim e  s tr ess   m o n ito r in g   in   wea r ab le  I o T   d ev ices.   T h e  k ey   to   th e  s u cc es s   o f   a  f ed er ated   lear n i n g   s o lu tio n   u s in g   a  c r o s s - d ev ice  ar c h itectu r e  lies   in   p r o p o s in g   a n   ef f icien t  an d   ef f ec tiv e  s o lu tio n .   T h is   s o lu tio n ,   m u s t  tak e  in to   ac c o u n t   th e  lim ited   co m p u tatio n al  r es o u r ce s   o f   e d g e  d e v ices  an d   t h e  u n iq u e  d ata  o f   ea ch   u s er   in   m ea s u r in g   s tr ess   lev els.  T h is   ca n   b e  d o n e  b y   co m b in in g   L STM   a n d   RF   o r   X G B o o s t a s   we  will d is co v er   in   th e  n ex t sectio n .       3.   M E T H O D   Ou r   p ap er   a d d r ess es  th e  ch allen g e  o f   ac c u r ately   d etec tin g   s tr ess   lev els  u s in g   d ata  f r o m   wea r ab le  I o T   d ev ices  wh ile  p r eser v in g   u s e r   p r iv ac y .   T r ad itio n al  ce n tr al ized   m o d els  f o r   s tr ess   d etec tio n   r aise  p r iv ac y   co n ce r n s   a n d   o f ten   f ail  to   ac h iev e  h ig h   ac cu r a cy   ac r o s s   d iv er s e  u s er   d atasets .   We   in tr o d u ce   in   th is   s ec tio n ,   a  cr o s s - d ev ice  f ed er ated   lear n i n g   f r am ewo r k   u s in g   h y b r id   d ee p   lear n in g   m o d els.  T h is   ap p r o ac h   aim s   to   im p r o v e  s tr ess   d etec tio n   ac cu r ac y   wh ile  m ain tain in g   d ata  p r iv ac y   b y   p r o ce s s in g   d ata  lo ca ll y   o n   ed g e  d ev ices.   I n   a  f ed er ated   lear n i n g   co n te x t,  d atasets   f r o m   u s er s   ar e  n o t  m er g ed   d u e  to   p r iv ac y   co n ce r n s   an d   to   th e   d is tr ib u ted   n atu r e   o f   t h e  p r o b l em .   I n s tead ,   s o m e   co m p u tatio n s   ar e  d o n e  lo ca lly   o n   ea ch   u s er ’ s   d ata  an d   th e n   ag g r eg ate  th e   r esu lt.  Fig u r e  1   d escr ib es th e  ad o p te d   wo r k f lo w  f o r   o u r   s tu d y .           Fig u r e  1 .   Fed er ate d   lear n in g   wo r k f lo w  f o r   o u r   s tu d y       I n   o r d e r   t o   t r a i n   a n d   e v a l u a t e   o u r   p r o p o s e d   h y b r i d   m o d e l s ,   w e   u s e d   t h e   P R I D E   d a t a s e t   i n t r o d u c e d   b y   [ 1 9 ] .   I t  o f f e r s   an   e x ten s iv e  ar r ay   o f   ch ar ac ter is tics   th at  en c o m p as s   th e  p h y s io lo g ical  an d   b eh av io r al  d im en s io n s   o f   th e  in d iv id u als  p ar ticip atin g   i n   th e  s tu d y .   Af ter   th e  d ata  p r ep r o ce s s in g   p h ase,   wh er e  we  d id   in co r p o r ate  th e   “s tr ess ed ”   v ar iab le,   wh ich   will  b e  p r ed icted   b y   o u r   m o d el  af ter   tr ain in g ,   f ea tu r e  en c o d in g ,   d ata  in teg r atio n   an d   n o r m aliza tio n ,   a   f ea tu r e  i m p o r tan ce   an aly s is   was  m a d e   u s in g   RF   class if ier   to   p r ep ar e  th e  d ataset  f o r   th e   f ed er ated   l ea r n in g   m o d el.   T h e  d ataset  co n tain s   tim e   s er ies   d ata  co llected   f r o m   wea r ab le  d ev ices  o v er   o n e   wee k ,   2 4   h o u r s   p er   d ay ,   f o r   2 3   test   s u b jects.  T h ey   ar e  ag ed   b etwe en   2 1   an d   5 2   y ea r s   o ld .   Data   lo g s   in clu d e  d ata  f r o m   0 0 :0 0   to   2 3 :5 9   ea ch   d ay ,   an d   Gap s   o f   at  least  4 0   m in u tes  th r ee   tim es  a   d ay   f o r   b atter y   r ec h ar g in g .   T h e  d ataset  co n tain s   tim eser ies  d ata  f r o m   2 3   s u b jects,  o r g an ized   f o r   ea c h   s u b ject  as  d e s cr ib ed   in   F ig u r e  2 .  Fig u r es 3   an d   4   p r esen t a n   ex a m p le  o f   th e   h ea r t r ate   an d   t h e  s k in   tem p er atu r e  o v er   tim e  f o r   a  r an d o m   u s er .           Fig u r e  2 .   Data s et  c o lu m n   d esc r ip tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   2 ,  No v em b er   20 24 :   1 3 0 1 - 130 8   1304       Fig u r e  3 .   Hea r t  r ate  an d   s k i n   t em p er atu r e  o v er   tim e   f o r   u s er   1           Fig u r e  4 .   Dis tr ib u tio n   p lo ts   f o r   h ea r t r ate  a n d   s k in   tem p er atu r e       T h e  d ata  b elo n g in g   to   in d i v id u al  u s er s   is   u p lo ad ed   o n to   t h e  r esp ec tiv e  lo ca l  d ev ice.   I n   o r d er   to   p r eser v e  p r i v ac y   a n d   r esp ec t  t h e  f ed er ate d   lear n in g   ap p r o ac h .   T h e  PR I DE   d ataset  co n tain s   d ata  f r o m   2 3   u s er s  s ep ar ated   o n   two   f iles   f o r   ea ch   u s er   ( all  th e  f iles   h av e   th e  s am e  co lu m n s ) .   T h e  f ir s t  f i le  p r esen ts   d ata  in   n o r m al  c o n d itio n s ,   t h e  s ec o n d   co n tain s   d ata   wh en   th e   u s e r   is   u n d er   s tr ess f u l  co n d itio n s .   W e  f ir s t  clea n ed   d ata,   ad d   h ea d er s   an d   co d e d   Stre s s ed   co lu m n   v alu es  ( b in ar y   v a r iab le  0 = ‘ n o r m al ’   an d   1= ‘ s tr ess ed ’ ) .     At  th e  en d   o f   th is   s tep ,   we   p r ep ar ed   o n e   m er g ed   f ile  f o r   e v er y   u s er   wh ic h   will  b e  u s ed   in   t h e  n ex t  s tep   to   s elec t im p o r tan t f ea tu r es th at  i n f lu en ce   th e   tar g et  “ s tr ess ed ” .   I n   o r d er   to   r ed u ce   th e  n u m b e r   o f   f ea tu r es  o n   th e   d ataset,   we   u s ed   a   RF   class if ier   to   d etec t  th e  m o s t  im p o r tan t  f ea tu r es  f o r   o u r   s tu d y .   W e  f ir s t  ca lcu late  f ea tu r e  im p o r tan ce   lo ca lly   f o r   ev e r y   u s er ,   th en   ag g r eg ate   th e  r esu lt  to   h a v e  th e  a b o v e   class if icatio n   as  o n   th e  F ig u r e  5 .   T h e n   th e  t o p   1 0   f ea t u r e s   with   th e  h ig h est  im p o r tan ce   s co r e   ar e  u s ed   s in c e  th ey   ar e  th e   f ea tu r es th at  c o n tr ib u te  th e  m o s t to   t h e  m o d el ’ s   p r ed ictio n .           Fig u r e  5 .   Featu r e   im p o r ta n ce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       E n h a n ci n g   s tr ess   d etec tio n   in   w ea r a b le  I o T d ev ices u s in g   fe d era ted   lea r n in g   a n d   …  ( N a o u a l Mo u h n i )   1305   Af ter   d ata  an aly s is ,   we  f o u n d   th at  th e  two   class es  f o r   tar g et  “ s tr ess ed ”   ar e  n o t  b alan ce d ,   w h ich   will  ca u s e  ce r tain ly   a  m o d el   o v e r f itti n g .   T h at ’ s   wh y ,   we   u s ed   SMOT E   tech n ic  to   b ala n ce   d ata  f o r   ea ch   u s er .  W h en   u tili zin g   alg o r ith m s   s u ch   as  XGBo o s t  o r   o th er   m o d els  th at  o f f er   f u n ctio n ality   f o r   in co r p o r atin g   class   weig h ts ,   it  is   p o s s ib le  to   ass i g n   weig h ts   ex p licitly   to   u s e  c lass   weig h tin g   tech n ic.   T h e   n ex t  s tep   co n s is ts   o n   tr ain in g   m o d els  lo ca lly   u s in g   ea ch   u s er ’ s   d ataset,   th e  r esu lt  weig h ts   wer e  lo ad ed   af ter   th at  an d   th en   ag g r eg ated   to   u p d ate  th e  g lo b al  m o d el.   T h e  m o d el  r esu lt  will  b e  d is cu s s ed   in   th e  “r esu lt  an d   d is cu s s io n   s ec tio n ” .   T h e  d ata  th at  was  g ath er ed   th e n   an aly ze d   u tili zin g   Py th o n   an d   T en s o r Flo w  lib r ar ies,  an d   t h e  k e y   m ea s u r es  u tili ze d   f o r   th e  e v al u atio n   o f   th e  s tr ess   d etec tio n   m o d el  in clu d ed   ac c u r ac y ,   p r e cisi o n ,   r ec all,   an d     F1 - s co r e.   I n   th is   s tu d y ,   m u ltip le  n e u r al  n etwo r k   a r ch itectu r es  wer e   ap p lied   to   m ea s u r e   th eir   e f f icien cy   in   s tr ess   d etec tio n   with in   th e   f ed e r ated   lear n in g   co n te x t.  T h e   u tili za tio n   o f   th e  L STM   n etwo r k   in   co m b in atio n   with   g ated   r ec u r r e n t  u n it s   ( GR U) ,   RF ,   an d   XGBo o s t   allo wed   f o r   th e  ex p lo itatio n   o f   L STM ’ s   ca p ac ity   to   ca p tu r e   p r o lo n g ed   d ep en d en cies  in   s eq u en tial  d ata.   GR U,   wh ic h   is   a  s im p lifie d   iter atio n   o f   L STM ,   o f f er s   co m p u tatio n al   ef f icien cy   wh ile  u p h o l d in g   p er f o r m an ce   s tan d ar d s   [ 20 ] .  RF ,   as  an   e n s em b le  tech n iq u e   co m p r is ed   o f   d ec is io n   tr ee s ,   b o ls ter s   p r ed ictiv e  p r ec is io n   an d   m itig ates  o v er f itti n g ,   wh er ea s   XGBo o s t,  an   o p tim ized   g r ad ien t   b o o s tin g   alg o r ith m ,   en h an ce s   s p ee d   an d   p er f o r m an c e  b y   m ea n s   o f   s eq u e n tial  tr ee   co n s tr u ctio n .   Mo r e o v er ,   th e  in teg r atio n   o f   r esid u al  n etwo r k s   ( R esNet)   w ith   L STM   an d   C N N  [ 2 1 ]   was  ca r r ied   o u t  to   lev er ag e  R esNet ’ s   s k ip   co n n ec tio n s   f o r   th e   tr ain in g   o f   d ee p   n etwo r k s ,   L S T M ’ s   ca p ab ilit y   in   r ec o g n izin g   s eq u en tial  p atter n s ,   an d   C NN ’ s   p r o f icien cy   i n   ex tr ac tin g   s p atial  h ier a r ch i es.  T h ese  s p ec if ic  ar ch itectu r es  wer e  ch o s en   d u e  to   th eir   co m p lem en tar y   s tr e n g th s   in   ad d r ess in g   d iv er s e  d ata  ch ar ac ter is tics ,   s u ch   as  tem p o r al  d ep e n d en cie s   an d   s p atial  h ier ar ch ies,  with   th e  aim   o f   o p tim izin g   th e  p r e d ictiv e  ca p ab ilit ies  o f   th e  s tu d y .   Aim in g   to   ev alu ate  th e  e f f ec tiv en ess   o f   o u r   f e d er ated   lea r n in g   m o d el,   a  s tr atif ied   ap p r o ac h   was  u tili ze d   to   d iv id e  th e  d ataset  in to   tr ain in g   an d   test in g   s ets.   T h is   s tr atif icatio n   tech n iq u e  g u ar an tees  th at  th e   d is tr ib u tio n   o f   class es  r em ain s   u n if o r m   ac r o s s   b o th   s ets,  t h er eb y   en h an cin g   th e  cr ed ib i lity   o f   th e  m o d el ’ s  p er f o r m an ce .   I n itially ,   d ata  p r ep r o ce s s in g   was  co n d u c ted   in d iv id u ally   f o r   ea ch   u s er ’ s   d ataset.   T h e  p r ep r o ce s s in g   p r o ce d u r e   in v o l v ed   s tan d a r d izin g   th e  f ea tu r es   to   ac h iev e  a   m ea n   o f   ze r o   an d   a  v ar ian ce   o f   o n e ,   f o llo wed   b y   r esh a p in g   th e  d at a  to   co n f o r m   to   th e  in p u t sp ec i f icatio n s   o f   th e  h y b r id   m o d el s .   Mo r e  s p ec if ically ,   th e  Stan d ar d Scaler   to o l  f r o m   th e  s cik it - lear n   lib r ar y   was  u t ilized   to   s tan d ar d ize  ea ch   u s e r ’ s   d ata,   wh ile   th e  tar g et  v ar iab le  was  r esh ap ed   to   m atch   th e  ex p ec ted   in p u t  f o r m at.   Su b s eq u e n tly ,   th e  d at aset  u n d er wen t  an     80 - 2 0   s p lit  to   cr ea te   tr ain in g   an d   test in g   s u b s ets.  T h is   allo ca tio n   in v o lv ed   u tili zin g   8 0 %   o f   ea ch   u s er ’ s   d ata   f o r   m o d el  tr ain i n g   p u r p o s es,  with   th e  r em ain in g   2 0 %  d esig n ated   f o r   p er f o r m an ce   ev alu atio n .   T h e   d iv is io n   was  ex ec u ted   th r o u g h   th e  im p lem en tatio n   o f   th e  tr ain _ test _ s p lit  f u n ctio n   f r o m   s cik it - lea r n ,   wh ich   e n s u r ed   a   r an d o m   d i v is io n   b y   estab lis h in g   a  f ix ed   r an d o m   s tate.   T h is   p ar titi o n in g   was  ess en tial  to   m ain tain   u n if o r m ity   an d   av o id   p o s s ib le  b ias  in   th e  m o d el ’ s   p er f o r m an ce   m et r ics  ca u s ed   b y   d ata  leak ag e  b etwe en   th e  tr ain in g   an d   test in g   p h ases .   T o   e n h an ce   th e   g en er aliza tio n   ca p ab ilit y   o f   o u r   h y b r id   L STM   m o d el s   an d   t o   av o i d   o v er f itti n g ,   d r o p o u t   lay e r s   wer e  in c o r p o r a ted   in to   t h e  p r o p o s ed   ar c h itectu r es .   Dr o p o u t  s er v es   as  a  r e g u lar izatio n   m eth o d   wh er e,   in   ea c h   tr ain in g   iter at io n ,   a  p o r tio n   o f   n eu r o n s   is   r an d o m l y   ch o s en   to   b e   d is r e g ar d ed .   T h is   ac tio n   p r ev en ts   an   ex ce s s iv e  d ep e n d en cy   o n   s p ec if ic  n e u r o n s   with in   th e  n etwo r k   an d   f o s ter s   th e   f o r m atio n   o f   m o r e  r esil ien t  f ea tu r es  th at   ex h i b it  r ed u ce d   s en s itiv ity   to   n o is e  a n d   v a r iab ilit y   p r esen t  in   th e   in p u t  d ata .   A   d r o p o u t  r ate  o f   0 . 5   was  em p lo y ed ,   in d icatin g   th at  5 0 %  o f   n e u r o n s   wer e  r an d o m l y   ex clu d e d   d u r in g   ev er y   tr ain in g   cy cle.   T h is   p ar ticu lar   r ate  was  s elec ted   b ased   o n   em p ir ical  f in d in g s   an d   p r i o r   r esear ch   [ 2 1 ] - [ 2 6 ] ,   s h o wca s in g   its   ef f icac y   in   d im i n is h in g   o v er f itti n g   with in   a n alo g o u s   n eu r al  n etwo r k   s tr u ctu r es.   A  co m p a r is o n   was   co n d u cte d   b etwe en   m u ltip le  f ed er ated   lear n in g   ar ch itectu r e s   u s in g   d if f er en t  h y b r id   m o d els  to   ev alu ate  th e  ef f icien cy   o f   th e  f e d er ated   m eth o d o lo g y .       4.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   I n   th is   s ec tio n ,   we  ar e  g o i n g   to   p r esen t  th e  m ai n   f in d i n g   o f   o u r   s tu d y .   T ab le  1   a n d   Fig u r e  6   s u m m ar ize  th e   r esu lts   o f   ea ch   ev alu ated   h y b r id   m o d el   o v er   a  s am p le  o f   3   u s er s   f r o m   a  lis t  o f   2 3   to   s im p lify   th e  r esu lts   p r esen tatio n .   W e  n o ticed   th at  th e  co m b in atio n s   L STM - RF   an d   L STM - XG B o o s t  ar e  p r esen tin g   th e   h ig h est  ac cu r ac y   f o r   alm o s t  all  u s er s.   T h o s e  r esu lts   wer e   o b tain ed   b y   s im u latin g   t h e  f ed er ated   lea r n in g   co n tex t u s in g   G o o g le  C o lab   w ith   th e  co n f i g u r atio n   d escr ib ed   o n   T ab le  2 .   Ho wev er ,   t h e  v ar y in g   p er f o r m an ce   o b s er v e d   ac r o s s   u s er s   o v er all  s ig n if ies  th at  th e  m o d el ’ s   ef f icac y   m ay   v a r y   d ep en d in g   o n   th e   u n iq u e  d ata  ch a r ac ter is tics   o f   i n d iv id u al   u s er s .   W h ile  m ain t ain in g   c o n s is ten tly   h ig h   p r ec is io n ,   en d ea v o r s   to   i m p r o v e   r ec all  f o r   s p ec if ic  u s er s   co u ld   p o ten tially   b o o s t  th e  o v er all  p er f o r m a n ce   an d   ap p licab ilit y   o f   th e  m o d el .   T h is   v ar ia b ilit y   in   m o d el  p er f o r m an ce   ac r o s s   d if f er en t  u s er s ,   ca n   b e   attr ib u ted   to   in d iv id u al  d if f er en c es  in   p h y s io lo g ical  r esp o n s es  to   s tr ess .   T h is   h ig h lig h ts   th e  n ee d   f o r   m o r e  p er s o n alize d   m o d els  in   f u t u r e  r esear ch .   T h at ’ s   wh y   we  in ten d   to   ex p l o r e,   in   f u tu r e  wo r k ,   I n d iv id u al - b ased   lear n in g   th at  in v o lv es  tailo r in g   s tr ess   d ete ctio n   m o d els  to   s p ec if ic  in d iv id u als  b y   lev er a g in g   p er s o n alize d   d ata  f r o m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   2 ,  No v em b er   20 24 :   1 3 0 1 - 130 8   1306   wea r ab le  d ev ices.  T h e  co m b i n atio n   o f   th is   ap p r o ac h   in   a  f ed er ated   lear n in g   co n tex t  m a y   allo w  f o r   th e  f in e - tu n in g   o f   alg o r ith m s   to   th e  u n iq u e  p h y s io lo g ical  an d   b e h av io r al  p atter n s   o f   ea ch   p e r s o n ,   en h an cin g   th e   ac cu r ac y   o f   s tr ess   d etec tio n .       T ab le  1 .   C o m p a r is o n   o f   th e  u s ed   m o d el ’ s   ef f icien cy       P r e c i s i o n   R e c a l l   F1 - s c o r e   A c c u r a c y   LSTM - C N N   U ser 1   9 1 . 1 0 %   5 5 . 9 1 %   6 9 . 2 9 %   7 5 . 1 7 %     U ser 2   6 6 . 1 0 %   6 8 . 1 5 %   6 7 . 1 1 %   6 6 . 5 0 %   U ser 3   9 0 . 5 0 %   7 4 . 2 3 %   8 1 . 1 6 %   8 3 . 1 4 %   LSTM - G R U   U ser 1   9 6 . 3 1 %   4 8 %   6 4 . 0 6 %   7 3 . 0 1 %     U ser 2   9 5 . 8 5 %   5 7 . 8 2 %   7 2 . 1 3 %   7 7 . 5 9 %   U ser 3   9 6 . 3 3 %   9 7 . 7 3 %   9 7 . 0 2 %   9 6 . 9 9 %   LSTM - RF   U ser 1   9 6 . 4 4 %   9 0 . 4 1 %   9 3 . 3 3 %   9 3 . 5 2 %     U ser 2   9 9 %   9 9 . 8 0 %   9 9 . 3 9 %   9 9 . 3 9 %   U ser 3   9 7 . 3 2 %   9 8 . 4 8 %   9 7 . 9 0 %   9 7 . 8 8 %   LSTM - X G B o o st   U ser 1   8 7 . 6 4 %   8 3 . 6 1 %   8 5 . 5 8 %   8 5 . 8 7 %     U ser 2   9 7 . 7 7 %   9 9 . 3 7 %   9 8 . 5 6 %   9 8 . 5 5 %   U ser 3   9 2 . 4 2 %   9 1 . 6 2 %   9 2 . 0 2 %   9 2 . 0 2 %           Fig u r e  6 .   Mo d el  p er f o r m a n ce   m etr ics co m p ar is o n   f o r   3   u s er s   as a n   ex am p le       T ab le  2 .   C o m p u tin g   e x p er im e n tal  d etails   S p e c i f i c a t i o n   D e t a i l s   C o n n e c t i o n   B a c k e n d   G o o g l e   c o m p u t e   e n g i n e   La n g u a g e   P y t h o n   3   ( G P U )   To t a l   R A M   1 2 . 6 7   G B   G P U   N V I D I A   T4   P r o g r a m mi n g   p l a t f o r m   P y t h o n   3 . 8   w i t h   T e n so r F l o w   2 . 4   N u mb e r   o f   c l i e n t   n o d e s   23   Le a r n i n g   r a t e   0 . 0 0 1   ( A d a m)   B a t c h   s i z e   32   Ep o c h s   A v e r a g e   o f   2 0   ( u si n g   e a r l y   st o p p i n g   t e c h n i c   t o   o v o i d   o v e r f i t t i n g )       5.   CO NCLU SI O N   I n   co n clu s io n ,   o u r   s tu d y   d e m o n s tr ates  th at  in teg r atio n   o f   t h e  L STM   with   RF   o r   XGBo o s t  with in   a   f ed er ated   lear n in g   co n tex t  i m p r o v es  s tr ess   d etec tio n   ac cu r ac y   wh ile  p r eser v in g   u s er   p r iv ac y .   Ho wev er ,     w e  n o ticed   a  s ig n if ican t  d if f e r en ce   in   th e  im p r o v em en t  o f   ac cu r ac y   f r o m   o n e  u s er   to   an o th er .   Fo r   in s tan ce ,   th e  L STM - XGBo o s t  co m b in atio n   d em o n s tr ated   n o tab le  ef f ic ac y ,   esp ec ially   f o r   u s er   2 .   T h is   o b s er v atio n   lead s   u s   to   ex p lo r e  o th e r   tech n o lo g ies   th at  co u ld   h elp   en h an ce   o u r   m o d el  wh ile  p r eser v i n g   u s er   d ata   p r iv ac y   a n d   co n s id er in g   t h e  lim ited   co m p u tatio n al  r eso u r ce s   o f   ed g e  d ev ices.   Fin ally ,   f u tu r e   r esear c h   s h o u ld   f o cu s   o n   in d iv id u al - b ased   lear n in g   with in   f ed er ate d   f r am ew o r k s   to   p er s o n alize   s tr ess   d etec tio n   m o d els,  im p r o v in g   r ea l - tim e  m o n ito r in g   an d   in te r v en tio n   ca p ab ilit ies.  T h is   r es ea r ch   p r o v id es  a  r o b u s t  f o u n d atio n   f o r   p r iv ac y - p r eser v ed ,   I o T - b ased   h ea lth   m o n ito r in g   s y s tem s ,   with   ap p licatio n s   ex ten d in g   b ey o n d   s tr ess   d etec tio n   to   v ar io u s   h ea lth - r elate d   d o m ain s .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   A .   R o c h a   e t   a l . ,  “ E d g e   A I   f o r   i n t e r n e t   o f   me d i c a l   t h i n g s :   a   l i t e r a t u r e   r e v i e w , ”   C o m p u t e rs  a n d   El e c t r i c a l   E n g i n e e ri n g ,   v o l .   1 1 6 ,     p .   1 0 9 2 0 2 ,   M a y   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o m p e l e c e n g . 2 0 2 4 . 1 0 9 2 0 2 .   [ 2 ]   A .   P r e sci u t t i n i ,   A .   C a n t i n i ,   F .   C o s t a ,   a n d   A .   P o r t i o l i - S t a u d a c h e r ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   a p p l i c a t i o n s  o n   I o T  d a t a   i n   m a n u f a c t u r i n g   o p e r a t i o n s  a n d   t h e i r   i n t e r p r e t a b i l i t y   i mp l i c a t i o n s:   a   sy st e mat i c   l i t e r a t u r e   r e v i e w , ”   J o u r n a l   o f   Ma n u f a c t u r i n g   S y st e m s ,   v o l .   7 4 ,     p p .   4 7 7 – 4 8 6 ,   J u n .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j ms y . 2 0 2 4 . 0 4 . 0 1 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       E n h a n ci n g   s tr ess   d etec tio n   in   w ea r a b le  I o T d ev ices u s in g   fe d era ted   lea r n in g   a n d   …  ( N a o u a l Mo u h n i )   1307   [ 3 ]   J.  X u ,   B .   S .   G l i c k s b e r g ,   C .   S u ,   P .   W a l k e r ,   J.  B i a n ,   a n d   F .   W a n g ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   h e a l t h c a r e   i n f o r m a t i c s, ”   J o u r n a l   o f   H e a l t h c a re  I n f o rm a t i c s  Re se a r c h ,   v o l .   5 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 1 9 ,   M a r .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 4 1 6 6 6 - 0 2 0 - 0 0 0 8 2 - 4.   [ 4 ]   P .   K a i r o u z   e t   a l . ,  “ A d v a n c e s  a n d   o p e n   p r o b l e ms   i n   f e d e r a t e d   l e a r n i n g , ”   Fo u n d a t i o n s   a n d   T r e n d s ®  i n   Ma c h i n e   L e a r n i n g ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 – 2 ,   p p .   1 – 2 1 0 ,   D e c .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 5 6 1 / 2 2 0 0 0 0 0 0 8 3 .   [ 5 ]   I .   H .  A h me d ,   A .   D j e b b a r i ,   A .   K a c h e n o u r a ,   a n d   L.   S e n h a d j i ,   “ T e l e me d i c a l   t r a n sp o r t   l a y e r   sec u r i t y   b a se d   p l a t f o r m  f o r   c a r d i a c   a r r h y t h mi a   c l a ss i f i c a t i o n   u s i n g   q u a d r a t i c   t i me – f r e q u e n c y   a n a l y si s   o f   H R V   si g n a l , ”   T h e   J o u r n a l   o f   S u p e r c o m p u t i n g ,   v o l .   7 8 ,     n o .   1 1 ,   p p .   1 3 6 8 0 – 1 3 7 0 9 ,   J u l .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 1 2 2 7 - 0 2 2 - 0 4 3 8 7 - 6.   [ 6 ]   Y .   S .   C a n ,   B .   A r n r i c h ,   a n d   C .   Er so y ,   “ S t r e ss   d e t e c t i o n   i n   d a i l y   l i f e   s c e n a r i o s  u s i n g   sm a r t   p h o n e s  a n d   w e a r a b l e   se n so r s :   a   su r v e y , ”   J o u rn a l   o f   Bi o m e d i c a l   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   9 2 ,   p .   1 0 3 1 3 9 ,   A p r .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j b i . 2 0 1 9 . 1 0 3 1 3 9 .   [ 7 ]   S .   P a t e l ,   H .   P a r k ,   P .   B o n a t o ,   L.   C h a n ,   a n d   M .   R o d g e r s ,   “ A   r e v i e w   o f   w e a r a b l e   se n s o r s  a n d   s y st e ms  w i t h   a p p l i c a t i o n   i n   r e h a b i l i t a t i o n , ”   J o u r n a l   o f   N e u ro En g i n e e ri n g   a n d   R e h a b i l i t a t i o n ,   v o l .   9 ,   n o .   1 ,   p .   2 1 ,   D e c .   2 0 1 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / 1 7 4 3 - 0 0 0 3 - 9 - 2 1 .   [ 8 ]   J.  C h e n ,   M .   A b b o d ,   a n d   J. - S .   S h i e h ,   “ P a i n   a n d   s t r e ss   d e t e c t i o n   u si n g   w e a r a b l e   se n so r s   a n d   d e v i c e s - a   r e v i e w , ”   S e n so rs ,   v o l .   2 1 ,     n o .   4 ,   p .   1 0 3 0 ,   F e b .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 1 0 4 1 0 3 0 .   [ 9 ]   N .   M o u h n i ,   A .   E l k a l a y ,   M .   C h a k r a o u i ,   A .   A b d a l i ,   A .   A mm o u m o u ,   a n d   I .   A mal o u ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   me d i c a l   i ma g i n g :   a n   u p d a t e d   s t a t e   o f   t h e   a r t , ”   I n g é n i e ri e   d e s sy s t è m e s  d   i n f o rm a t i o n ,   v o l .   2 7 ,   n o .   1 ,   p p .   1 4 3 – 1 5 0 ,   F e b .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 8 2 8 0 / i si . 2 7 0 1 1 7 .   [ 1 0 ]   A .   A l a h m a d i   e t   a l . ,  “ A   p r i v a c y - p r e s e r v e d   I o M T - b a se d   me n t a l   st r e ss   d e t e c t i o n   f r a m e w o r k   w i t h   f e d e r a t e d   l e a r n i n g , ”   T h e   J o u rn a l   o f   S u p e r c o m p u t i n g ,   v o l .   8 0 ,   n o .   8 ,   p p .   1 0 2 5 5 – 1 0 2 7 4 ,   M a y   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 2 2 7 - 0 2 3 - 0 5 8 4 7 - 3.   [ 1 1 ]   S .   Ji a n g ,   F .   F i r o u z i ,   a n d   K .   C h a k r a b a r t y ,   “ Lo w - o v e r h e a d   c l u st e r e d   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   p e r so n a l i z e d   st r e ss  mo n i t o r i n g , ”     I EEE  I n t e r n e t   o f   T h i n g s  J o u r n a l ,   v o l .   1 1 ,   n o .   3 ,   p p .   4 3 3 5 – 4 3 4 7 ,   F e b .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JI O T. 2 0 2 3 . 3 2 9 9 7 3 6 .   [ 1 2 ]   M .   M .   Y a q o o b   e t   a l . ,  “ M o d i f i e d   a r t i f i c i a l   b e e   c o l o n y   b a se d   f e a t u r e   o p t i mi z e d   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   h e a r t   d i sea se  d i a g n o si s  i n   h e a l t h c a r e , ”   A p p l i e d   S c i e n c e s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   2 3 ,   p .   1 2 0 8 0 ,   N o v .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a p p 1 2 2 3 1 2 0 8 0 .   [ 1 3 ]   A .   A l ma d h o r   e t   a l . ,  “ W r i st - b a s e d   e l e c t r o d e r mal   a c t i v i t y   mo n i t o r i n g   f o r   s t r e ss  d e t e c t i o n   u si n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g , ”     S e n so rs ,   v o l .   2 3 ,   n o .   8 ,   p .   3 9 8 4 ,   A p r .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 3 0 8 3 9 8 4 .   [ 1 4 ]   M .   M .   Y a q o o b ,   M .   A l su l a m i ,   M .   A .   K h a n ,   D .   A l s a d i e ,   A .   K .   J .   S a u d a g a r ,   a n d   M .   A l K h a t h a m i ,   “ F e d e r a t e d   ma c h i n e   l e a r n i n g   f o r   sk i n   l e si o n   d i a g n o s i s:   a n   a sy n c h r o n o u s  a n d   w e i g h t e d   a p p r o a c h , ”   D i a g n o s t i c s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 1 ,   p .   1 9 6 4 ,   J u n .   2 0 2 3 ,     d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / d i a g n o st i c s 1 3 1 1 1 9 6 4 .   [ 1 5 ]   M .   A .   K h a n   e t   a l . ,  “ A s y n c h r o n o u s  f e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   i mp r o v e d   c a r d i o v a sc u l a r   d i s e a s e   p r e d i c t i o n   u si n g   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e , ”   D i a g n o s t i c s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 4 ,   p .   2 3 4 0 ,   Ju l .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / d i a g n o s t i c s1 3 1 4 2 3 4 0 .   [ 1 6 ]   F .   M .   R.   J u n i o r   a n d   C .   A .   K a m i e n s k i ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   p e r f o r ma n c e   b e h a v i o r   d e t e c t i o n   i n   a   f o g - I o T  s y st e m, ”     I n t e r n e t   o f   T h i n g s ,   v o l .   2 5 ,   p .   1 0 1 0 7 8 ,   A p r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i o t . 2 0 2 4 . 1 0 1 0 7 8 .   [ 1 7 ]   A .   N a n d i   a n d   F .   X h a f a ,   “ A   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   me t h o d   f o r   r e a l - t i me   e m o t i o n   s t a t e   c l a ss i f i c a t i o n   f r o m   m u l t i - m o d a l   s t r e a m i n g , ”   Me t h o d s ,   v o l .   2 0 4 ,   p p .   3 4 0 – 3 4 7 ,   A u g .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . y me t h . 2 0 2 2 . 0 3 . 0 0 5 .   [ 1 8 ]   S .   S .   Tr i p a t h y   e t   a l . ,  “ F e d H e a l t h F o g :   a   f e d e r a t e d   l e a r n i n g - e n a b l e d   a p p r o a c h   t o w a r d s  h e a l t h c a r e   a n a l y t i c s  o v e r   f o g   c o mp u t i n g   p l a t f o r m , ”   H e l i y o n ,   v o l .   1 0 ,   n o .   5 ,   p .   e 2 6 4 1 6 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . h e l i y o n . 2 0 2 4 . e 2 6 4 1 6 .   [ 1 9 ]   A .   Y .   B a r r e r a - A n i m a s,  L.   A .   Tr e j o ,   M .   A .   M e d i n a - P é r e z ,   R .   M o n r o y ,   J .   B .   C a mi ñ a ,   a n d   F .   G o d í n e z ,   “ O n l i n e   p e r so n a l   r i s k   d e t e c t i o n   b a s e d   o n   b e h a v i o u r a l   a n d   p h y s i o l o g i c a l   p a t t e r n s, ”   I n f o rm a t i o n   S c i e n c e s ,   v o l .   3 8 4 ,   p p .   2 8 1 – 2 9 7 ,   A p r .   2 0 1 7 ,     d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i n s . 2 0 1 6 . 0 8 . 0 0 6 .   [ 2 0 ]   I .   A mal o u ,   N .   M o u h n i ,   a n d   A .   A b d a l i ,   “ M u l t i v a r i a t e   t i m e   ser i e s  p r e d i c t i o n   b y   R N N   a r c h i t e c t u r e s  f o r   e n e r g y   c o n s u mp t i o n   f o r e c a st i n g , ”   E n e r g y   Re p o rt s ,   v o l .   8 ,   p p .   1 0 8 4 – 1 0 9 1 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e g y r . 2 0 2 2 . 0 7 . 1 3 9 .   [ 2 1 ]   G .   H i n t o n ,   A .   K r i z h e v s k y ,   I .   S u t s k e v e r ,   R .   S a l a k h u t d i n o v ,   a n d   N .   S r i v a s t a v a ,   “ D r o p o u t :   a   si m p l e   w a y   t o   p r e v e n t   n e u r a l   n e t w o r k s   f r o m  o v e r f i t t i n g , ”   J o u rn a l   o f   M a c h i n e   L e a rn i n g   R e se a rc h ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 ,   p p .   1 9 2 9 – 1 9 5 8 ,   2 0 1 4 ,   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / j m l r . o r g / p a p e r s/ v 1 5 / sr i v a st a v a 1 4 a . h t ml .   [ 2 2 ]   G .   E.   H i n t o n ,   N .   S r i v a s t a v a ,   A .   K r i z h e v sk y ,   I .   S u t sk e v e r ,   a n d   R .   R .   S a l a k h u t d i n o v ,   “ I mp r o v i n g   n e u r a l   n e t w o r k s  b y   p r e v e n t i n g     co - a d a p t a t i o n   o f   f e a t u r e   d e t e c t o r s, ”   a r Xi v   p r e p r i n t ,   2 0 1 2 ,   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p : / / a r x i v . o r g / a b s/ 1 2 0 7 . 0 5 8 0 .   [ 2 3 ]   L.   W u   e t   a l . ,  “ R - d r o p :   r e g u l a r i z e d   d r o p o u t   f o r   n e u r a l   n e t w o r k s, ”   Ad v a n c e s  i n   N e u r a l   I n f o rm a t i o n   Pr o c e ssi n g   S y s t e m s ,   v o l .   1 3 ,     p p .   1 0 8 9 0 – 1 0 9 0 5 ,   2 0 2 1 .   [ 2 4 ]   I .   S a l e h i n   a n d   D .   K .   K a n g ,   “ A   r e v i e w   o n   d r o p o u t   r e g u l a r i z a t i o n   a p p r o a c h e s   f o r   d e e p   n e u r a l   n e t w o r k s   w i t h i n   t h e   sc h o l a r l y   d o m a i n , ”   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   1 4 ,   p .   3 1 0 6 ,   Ju l .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e l e c t r o n i c s 1 2 1 4 3 1 0 6 .   [ 2 5 ]   S .   M i n ,   B .   Le e ,   a n d   S .   Y o o n ,   “ D e e p   l e a r n i n g   i n   b i o i n f o r m a t i c s , ”   Bri e f i n g s   i n   b i o i n f o rm a t i c s ,   v o l .   1 8 ,   n o .   5 ,   p p .   8 5 1 – 8 6 9 ,     Ju l .   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 9 3 / b i b / b b w 0 6 8 .   [ 2 6 ]   T.   C h e n   a n d   C .   G u e s t r i n ,   “ X G B o o s t :   a   s c a l a b l e   t r e e   b o o st i n g   s y st e m, ”   i n   Pro c e e d i n g s  o f   t h e   2 2 n d   A C M  S I G K D D   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   K n o w l e d g e   D i sco v e ry   a n d   D a t a   Mi n i n g ,   A u g .   2 0 1 6 ,   v o l .   1 3 - 17 - A u g u ,   p p .   7 8 5 – 7 9 4 ,     d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 2 9 3 9 6 7 2 . 2 9 3 9 7 8 5 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       Na o u a l  Mo u h n i           S M IEE E,   h o l d s  a   P h . D .   i n   Co m p u ter  S c ien c e   a n d   is  c u rre n tl y   a   p ro fe ss o r  a t  F S TE   Un iv e rsit y   M o u la y   Ism a il   o f  M e k n e s.  P re v i o u sly ,   sh e   se rv e d   a s  th e   Dire c to r  o f  Re se a rc h   a n d   De v e lo p m e n t  a t  th e   LAM IG EP   m u lt id isc ip li n a ry   re se a rc h   lab o ra to r y   a t  EM S I  M a rra k e c h .   S h e   h a s  b e e n   tea c h in g   a s  a   C o m p u ter  S c ien c e   P ro fe ss o r  a t   th e   sa m e   in sti tu ti o n   sin c e   2 0 1 2 .   S h e   h a s  o b tai n e d   sp e c ialize d   trai n in g s:   i n   a rti ficia l   in telli g e n c e   fro m   t h e   NV IDIA   De e p   Lea rn in g   In sti tu te,   e d u c a ti o n a l  a d v a n c e m e n ts  fro m   Ho n o r is  Un i v e rsity ,   e x p e rti se   i n   b ig   d a ta  fro m   IB M ,   a n d   d a tab a s e   Ad m in istratio n   fro m   ORA C LE.   He r  re se a rc h   fo c u se s  o n   a rti f icia l  in telli g e n c e ,   re n e wa b le  e n e rg ies ,   a n d   d a tab a se   tec h n o l o g ies .   S h e   se rv e s  a s  a   se n i o r  m e m b e r  o f  t h e   IEE E  a n d   is  a c t iv e ly   in v o l v e d   i n   se v e ra l   a c a d e m ic an d   p ro fe ss io n a l  c o m m u n it ies .   S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a t   e m a il :  n . m o u h n i@iee e . o rg .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   2 ,  No v em b er   20 24 :   1 3 0 1 - 130 8   1308     Ibti ss a m   Am a l o u           is  a   d o c to ra l  stu d e n t   a t  th e   F a c u lt y   o f  S c ien c e   a n d   Tec h n o l o g y   o f  Ca d i  A y y a d   Un i v e rsity ,   fo c u si n g   o n   th e   p re d ict i o n   o f   e n e rg y   c o n su m p ti o n   th ro u g h   a rti ficia l  in telli g e n c e   a p p ro a c h e s.  S h e   h o ld s  a   M a ste r ’ s  d e g re e   in   Da ta  S c ien c e   a n d   De c isio n   S u p p o rt  fr o m   th e   sa m e   u n i v e rsity .   Wi t h   a   stro n g   b a c k g r o u n d   in   c o m p u ter  sc ien c e ,   sh e   a lso   se rv e s  a s  a   c o m p u ter  s c ien c e   in stru c to r   a t  t h e   M o ro c c a n   S c h o o l  o f  E n g i n e e rin g   S c ien c e s.  He r  a c a d e m ic  p u rsu it s   a n d   p ro fe ss io n a l  r o les   re flec t  h e r   d e d ica ti o n   to   a d v a n c in g   k n o wle d g e   i n   th e   fiel d   o f  e n e r g y   c o n su m p ti o n   p re d ictio n   a n d   a rti f i c ial  in telli g e n c e .   S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a t   e m a il :  i b ti ss a m a m a lo u 1 7 0 @ g m a il . c o m .       S a n a   Cha k r i          h o l d s  a   P h . D .   in   S o ftwa re   E n g i n e e rin g   fro m   F S TG - UC A   M a rra k e c h   a n d   a n   E n g i n e e rin g   d e g re e   in   S o ftwa re   En g i n e e rin g   fro m   F S T  M o h a m m e d ia - UH 2   Ca sa b lan c a .   S h e   c o m p let e d   h e r  DU T  i n   Co m p u ter  S c ien c e   fro m   F S TG - UCA   M a rra k e c h   t h e ir  i n fl u e n ti a l   sc h o l a rly   a rti c les   o n   se m a n ti c   traje c t o ry   k n o wle d g e   d isc o v e ry   h a v e   il l u m in a ted   m o v i n g   o b jec t   b e h a v i o rs  a n d   p a tt e r n   e x trac ti o n .   He r   e x p e rti se   in   d a ta   m in in g   b r id g e s  th e o re ti c a l  re s e a rc h   a n d   p ra c ti c a l  a p p li c a ti o n s,  a d d re ss in g   re a l - wo rl d   c h a ll e n g e s  with   in n o v a ti v e   so l u ti o n s.  T h e ir  c o m m it m e n t  t o   c u tt in g - e d g e   re se a rc h   in   o u t li e r   d e tec t io n   s y ste m s  e n rich e s  th e   s c ien ti fic  c o m m u n it y   a n d   in sp i re s  th e   n e x t  g e n e ra ti o n   o f   re se a rc h e rs.  Dr.  Ch a k ri ’ s  c u rre n t  re se a rc h   fo c u se s  o n   n e w  m e th o d s  fo r  o u tl ier  d e tec ti o n ,   a imin g   t o   d e e p e n   u n d e rsta n d i n g   in   th e   fiel d   a n d   f o ste r  t h e   d e v e lo p m e n t   o f  ro b u st  o u tl ier   d e tec ti o n   s y ste m s.  S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  c h a k ri. sa n a @g m a il . c o m .       Mo h a m e d o u   Cheik h   T o u r a d           is  a   re se a r c h   p ro fe ss o r  o f  C o m p u ter  S c ien c e   a t   th e   F a c u lt y   o f  S c ie n c e   a n d   Tec h n o lo g y ,   Un iv e rsity   o f  No u a k c h o tt .   His  re se a rc h   in tere sts   in c lu d e   a rti ficia l  in telli g e n c e ,   n a t u ra l  lan g u a g e   p ro c e ss in g ,   d e e p   lea rn in g ,   sim il a rit y   lea rn in g ,   a n d   b ig   d a ta.   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t   e m a il :  c h e ik h t o u ra d m o h a m e d o u @g m a il . c o m .       Mo h a m e d   C h a k r a o u i           c o m p lete d   h is  P h . D.   in   Co m p u ter  S c ien c e   a t  Ca d i   Ay y a d   U n iv e rsit y ,   M o ro c c o ,   w h e re   h is  re se a rc h   fo c u se d   o n   a d v a n c e d   a lg o rit h m s  fo r   d a tab a se   a n a ly sis.  He   is  c u rre n tl y   a n   As so c iate   P r o fe ss o r  a t  S u lt a n   M o u lay   S li m a n e   Un iv e rsity ,   a tt a c h e d   to   t h e   P o ly d isc ip li n a ry   F a c u lt y   o f  K h o u rib g a .   He r   re se a rc h   in tere sts   p rima ril y   in c lu d e   a rti ficia l   in telli g e n c e   a n d   it s  a p p li c a ti o n s  i n   v a rio u s  fiel d s.  Wi th   a   sig n ifi c a n t  re se a rc h   g ra n t  fro m   t h e   u n iv e rsit y ,   su c h   a s a d v a n c e m e n t s in   m e d ica l  ima g in g .   His  wo rk   in   th is  a re a   in c l u d e s   d e v e l o p i n g   AI - b a se d   d iag n o st ic  t o o ls   fo r  t h e   e a rl y   d e tec ti o n   o f   d ise a se s  su c h   a s  b re a st  c a n c e r.   He   is  th e   p re sid e n t  o f  th e   M o r o c c a n   As so c iatio n   o f   Artifi c ial   In telli g e n c e   a n d   Di g it a l  Tran siti o n ,   wh ich   o r g a n ize s  se v e ra l  in te rn a ti o n a l  c o n fe re n c e s  a n d   fo ru m s,  in c l u d i n g   th e   In ter n a ti o n a l  Co n fe re n c e   o n   Co m p u ter  E n g i n e e rin g   a n d   Artifi c ial   In telli g e n c e .   His  c o n tri b u ti o n s   si g n ifi c a n t ly   imp a c t  g lo b a l  d isc u ss io n s  o n   t h e   a d v a n c e m e n ts  in   AI f o r  h e a lt h c a re .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t   e m a il :  m . c h a k ra o u i@u s m s.m a .       Abd e lm o u n a im   Abd a li           Ph . D .   in   S o li d   M e c h a n ics   a n d   S tr u c tu r e s  in   U n iv e rsit y   P ica rd ie  Ju les   Ve rn e s  o f  Am ien s   in   1 9 9 6 ,   F ra n c e .   He   is   a   P r o fe ss o r  o f   Co m p u ter  S c ien c e ,   De p u ty   Dire c to r  o f  th e   C o n tr o l  a n d   Co m p u ter  S c ien c e   fo r  In tell ig e n t  S y ste m s  a n d   G re e n   En e rg y   (CI S IEV)  tea m   a t  th e   F a c u lt y   o f  S c ien c e   a n d   Tec h n o lo g y   i n   M a rra k e c h ,   Ca d i  Ay y a d   Un iv e rsity   (M o ro c c o ).   His   re s e a rc h   in tere sts  in c l u d e   b i g   d a t a ,   d a ta  sc ien c e ,   e n e r g y   o p ti m iza ti o n   i n   sm a rt  g rid s ,   DTN   m o b il e   n e tw o rk s,  b o n e   re m o d e li n g ,   d a ta  a n a ly sis,  m a c h i n e   lea rn in g ,   d e e p   lea rn in g ,   a n d   n u m e rica l  sim u latio n s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a t   em a il :  a a b d a li 5 @g m a il . c o m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.