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.   37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 ,   p p .   2 8 8 ~ 2 9 9   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 37. i 1 . p p 288 - 2 9 9          288     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   A  co ncep tual a pp ro a ch of optimiza tion in  federat ed l ea rning       F a rha nn a   M a r’ i 1 ,  Ahm a d Af if   Su pia nto 2, 3   1 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i c s ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t a s   N e g e r i   S u r a b a y a ,   S u r a b a y a ,   I n d o n e si a   2 D e p a r t me n t   o f   I C T  a n d   N a t u r a l   S c i e n c e s,  N o r w e g i a n   U n i v e r s i t y   o f   S c i e n c e   a n d   Te c h n o l o g y ,   Tr o n d h e i m,  N o r w a y   3 R e s e a r c h   C e n t e r   f o r   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   C y b e r   S e c u r i t y ,   N a t i o n a l   R e sea r c h   a n d   I n n o v a t i o n   A g e n c y   ( B R I N ) ,   J a k a r t a ,  I n d o n e s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   May   23 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Sep   3 ,  202 4   Acc ep ted   Sep   7 ,   2 0 2 4       F e d e r a te d   l e a r n i n g   ( F L )   i s   a n   e m e r g i n g   a p p r o a c h   t o   d i s t r i b u t e d   l e a rn i n g   f r o m   d e c e n t r a l iz e d   d a ta ,   d e s i g n e d   w i th   p r i v a c y   c o n c e r n s   i n   m i n d .   F L   h a s   b e e n   s u c c e s s f u l l y   a p p l i e d   i n   s e v e ra l   f ie l d s ,   s u c h   a s   t h e   i n t e r n e t   o f   t h i n g s   ( I o T ) ,   h u m a n   a c t i v i t y   r e c o g n i t i o n   ( H A R ) ,   a n d   n a t u r a l   l a n g u a g e   p r o c e s s i n g   ( N L P ) ,   s h o w i n g   r e m a r k a b l e   re s u l t s .   H o we v e r ,   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   F L   i n   r e a l - w o r l d   a p p l i c a t i o n s   s t i l l   f a c e s   s e v e r a l   c h a l l e n g e s .   Re c e n t   o p t i m i z a t i o n s   o f   F L   h a v e   b e e n   m a d e   t o   a d d r e s s   t h e s e   i ss u e s  a n d   e n h a n c e   t h e   F L   s e t t i n g s .   I n   th i s   p a p e r ,   w e   c a te g o r i z e   t h e   o p t i m i z a t i o n   o f   F L   i n t o   f i v e   m a i n   c h a l l e n g e s :  c o m m u n i c a t i o n   e f f ic i e n c y ,   h e te r o g e n e i t y ,   p r i v a c y   a n d   s e c u r i t y ,   s c a la b i l i t y ,   a n d   c o n v e r g e n c e   r a t e .   W e   p r o v i d e   a n   o v e r v i e w   o f   v a r i o u s   o p t i m i z a t i o n   f r a m e w o r k s   f o r   F L   p r o p o s e d   i n   p r e v i o u s   r e s e a r c h ,   i l l u s t ra t e d   w i th   c o n c r e t e   e x a m p l e s   a n d   a p p l i c a t i o n s   b a s e d   o n   t h e s e   f i v e   o p t i m i z a t io n   g o a l s .   A d d i t i o n a l l y ,   w e   p r o p o s e   t w o   o p t i o n a l   i n t e g r a t e d   c o n c e p t u a l   f r a m e w o r k s   ( C F s )   f o r   o p t i m i z i n g   F L   b y   c o m b i n i n g   s e v e r a l   o p t i m i z a t i o n   m e t h o d s   t o   a c h i e v e   t h e   b e s t   i m p l e m e n t a t i o n   o f   F L   t h a t   a d d r e s s e s   t h e   f i v e   c h a l le n g e s .   K ey w o r d s :   C o n ce p tu al  f r am ewo r k   Dec en tr alize d   d ata   Fed er ated   lear n in g   Ma ch in e  lear n in g   Op tim izatio n   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 :   Far h an n a  Ma r ’ i   Dep ar tm en t o f   I n f o r m atics,  Facu lty   o f   E n g in ee r i n g ,   Un i v er s itas   Neg er i Su r ab ay a   Su r ab ay a  6 1 2 5 6 ,   E ast  J av a,   I n d o n esia   E m ail: f ar h an n a m ar i@ u n esa. ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N     M a c h i n e   l ea r n i n g   ( M L )   is   r ev o l u t i o n i z i n g   v a r i o u s   d o m ai n s ,   d r i v e n   b y   i ts   a b il i t y   t o   a n a l y z e   v a s t  a m o u n t s   o f   d a t a  a n d   d e r i v e   a ct i o n a b l e   i n s i g h ts .   As   a  k e y   a r e a   w it h i n   a r ti f i c i al   i n te l li g e n c e   ( A I ) ,   M L   r e q u i r es  s u b s t a n t i a l  d a t a  i n p u t s   t o   e f f e c ti v e l y   t r ai n   m o d e ls   a n d   m a k e   p r e d i c t i o n s .   I n   t h e  p r a t i ca l   a p p l i ca t i o n s   o f   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   ( F L ) ,   p a r t i c u l a r l y   w ith i n   t h e   r e t ai l   i n d u s t r y ,   M L   l ev e r a g e s   c o n s u m e r   d a t a   t o   u n d e r s t a n d   p r e f e r e n c es ,   b e h a v i o r s ,   a n d   n e e d s   [ 1 ] – [ 5 ] .   T r a d i t i o n a l l y ,   d at a   h a s   b e e n   c o l l e c t e d   f r o m   t a r g et e d   d e v ic e s   a n d   p r o c e s s e d   c e n t r a l l y   o n   c l o u d - b a s e d   s e r v e r s   o r   d a t a   c e n t e r s .   T h is   d a t a   i s   t h e n   u s e d   t o   d e v e l o p   k n o w l e d g e   a n d   i n f e r e n c e  m o d e l s ,   s e r v i n g   as   t r a i n i n g   f o r   ML   a l g o r i t h m s .   Ne v e r t h e l ess ,   th o s e   a p p r o a c h e s   w e r e   n o   l o n g e r   e f f e c t i v e   b e c a u s e  d a t a   i s   c e r t a i n l y   s e n s it i v e   f o r   t h e   o w n e r ,   a n d   s e v e r a l   p o l i ci es   h a d   r e s t r ic t e d   a c c ess   t o   c o n s u m e r   d a t a   w it h o u t   c o n s e n t ,   es p e c i al l y   i f   i t   is   s h ar e d   w i t h   t h i r d   p a r t i es .   O n e   e x a m p l e   o f   t h e   r es t r i ct i o n   is   t h e  p u b l i c a t i o n   o f   d a ta  p r i v a c y   a n d   s e c u r it y   p o l i c y   i n it i a t e d   b y   T h e  E u r o p e a n   U n i o n   i n   t h e   g e n e r al   d a t a  p r o t e c ti o n   r e g u l a t i o n   ( G DPR )   i n   M a y   2 0 1 8   [ 6 ] .   T h i s   p o l i c y   s e t s   b o u n d a r i e s   f o r   ML   p r o c e s s   t o   g e t   d a t a   i n p u t   w h i c h   is   a n   im p o r t a n t   p o i n t   i n   i ts   t e c h n i c a l  p e r f o r m a n c e .   I n   a d d it i o n ,   c e n t r al i z e d   d at a   c o l l e ct i o n   i n   t h e  d a t a   c e n t e r   w i ll   al s o   b e   v e r y   b u r d e n s o m e  f o r   t h e   l e a r n i n g   p r o c ess   d u e   t o   l i m it e d   c e n te r   r es o u r c e s .   I t   wo u l d   b e   b e t t e r   i f   c o n s u m e r   d e v i c e s   c o u l d   r u n   t h ei r   l e a r n i n g   p r o c e s s ,   b e c a u s e ,   i n   to d a y ' s   m o d e r n   e r a ,   t h e  d e v i c es  w e r e   e q u i p p e d   wi t h   r es o u r c e s   f o r   h i g h   c o m p u t i n g ,   a d v a n c e d   s e n s o r s ,   a n d   e x c e l l en t   c o m m u n i c a t i o n   c a p a b i l i ti e s   [ 7 ] .   M u c h   r e s e a r c h   h a s   b e e n   d o n e   t o   o v e r c o m e   t h o s e   p r o b l e m s   a n d   t u r n   t h e m   i n t o   o p p o r t u n i t i e s   f o r   a   n e w   e r a   o f   ML   d e v e l o p m e n t   u s i n g   a   d i s t r i b u t e d   c o m p u t i n g   a p p r o a c h   c a l l e d   FL   [ 8 ] – [ 1 0 ] .   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       A   co n ce p tu a l a p p r o a ch   o f o p timiz a tio n   in   fed era ted   lea r n in g   ( F a r h a n n a   Ma r ’ i )   289   FL  is   an   em er g in g   an d   r e ce n t  ap p r o ac h   in   ML   wh ic h   u s es  a  s ettin g   wh e r e  m a n y   clien ts   co llab o r ativ ely   tr ain   a  m o d el   u s in g   d ec en tr aliza tio n   d ata   [ 1 1 ] .   T h ese  a p p r o ac h es  also   s u p p o r t  in f o r m atio n   p r iv ac y   an d   s ec u r ity   r eg a r d in g   its   p o lic y   to   tr ain   cu s to m er s ’   d ata   with in   th ei r   m o b ile  d ev ices,  n o t  s to r e d   o n   th e  s er v er   [ 1 2 ] – [ 1 5 ] .   Mo r eo v er ,   FL  p r o v id es  t h e  ab ilit y   to   p r o tect  d ev ice  p r iv ac y   wh ile  en s u r in g   h ig h   lear n in g   p er f o r m an ce   an d   al s o   p lay s   a n   im p o r tan t   r o le   i n   5 G   m o b ile  ap p licatio n s   th at  ar e  s en s itiv e  to   co m p u tin g   p r i v ac y ,   s u ch   as  ed g e  an d   ca tch in g   co m p u tin g ,   n etwo r k in g ,   an d   s p ec tr u m   m an ag em e n t  [ 1 6 ] .   B ased   o n   all  th e  ad v an tag es  o f   th is   n ew  ap p r o ac h ,   FL  h as  g ain ed   wid esp r ea d   atten tio n   f r o m   p r ac titi o n er s   an d   r esear ch er s   in   v ast  in d u s tr ies.  I n   co n tr ast,  FL  h as  b ee n   ap p lied   to   s ev er al  to o ls ,   s u ch   as  Go o g le  Key b o ar d   ( GB o ar d )   [ 1 7 ] ,   Hey   Go o g le  [ 1 8 ] ,   an d   Hey   Siri  [ 1 9 ] .   I n   ad d itio n ,   FL  h as  also   b ee n   ap p lie d   to   in s titu tio n s   th at   h o ld   e x tr a  s en s itiv e  d ata,   s u ch   as  m ed ical  im a g in g   [ 2 0 ] ,   F in an ce   Sp ac e  b y   W eBan k   f o r   m o n e y   lau n d er in g   d etec tio n   [ 2 1 ] ,   also   f i n an cial  f r au d   d etec tio n   b y   in tel  an d   co n s ilien t [ 2 2 ] .   FL  co n d u cts  th e  m o d el  tr ain i n g   p r o ce s s   lo ca lly   an d   th en   c o m m u n icate s   with   th e  s er v er   to   p er f o r m   ML   th r o u g h   m o d el  ag g r e g atio n .   B ec au s e,   wh at  is   s en t  to   th e   s er v er   is   o n ly   th e  ag g r eg atio n   r esu lt,  n o t  th e  r aw   d ata  f r o m   th e  u s er .   Desp ite  its   g o als,  th ese  s ettin g s   h ad   s e v er al  ch allen g es,  an d   th e  m ai n   ch allen g e  was  th e   co s t  o f   co m m u n icatio n   r o u n d   b etwe en   a  s in g le  d ev ice  an d   th e  s er v er   to   co n d u ct  th e  m o d el’ s   ag g r eg ates.   Pra ctica lly ,   th e  co m m u n icati o n   r o u n d   c o s t  is   ar g u a b ly   m o r e  tim e - c o n s u m in g   th a n   an   iter atio n   o f   th e   alg o r ith m   its elf   [ 2 3 ] .   I n   a d d i tio n ,   an o t h er   ch allen g e  is   th at  h eter o g e n eo u s   d e v ices  ca u s e  im b alan ce d   an d   u n s tab le  lear n in g   an d   co m m u n icatio n   p r o ce s s es.  T h e  s y s tem ' s   co m p lex ity   is   also   o n e  o f   th e  im p o r ta n t   ch allen g es  FL  f ac es.  FL  wa s   f ir s t  in tr o d u ce d   to   s u p p o r t  lar g e - s ca le  d is tr ib u ted   tr ain in g   an d   s ec u r ity   an d   p r iv ac y   c o n ce r n s .   T h e  f ir s t  a lg o r ith m   th at  h as  b ee n   u s ed   f o r   FL  is   f ed er ated   a v er ag in g   ( Fed Av g ) ,   wh ich   co m b in es  s to ch asti c  g r ad ien t  d escen t  ( SGD)   o n   ea ch   cu s to m er   with   a  s er v er   th at  ex ec u t es  m o d el  av er a g in g   [ 2 4 ] .   T h o s e  r esear ch   h as   s u cc ee d ed   i n   r e d u cin g   th e   r o u n d   o f   co m m u n icatio n   n ee d e d   to   tr ain   ML   o n   d is tr ib u ted   d ata  an d   d ea l  with   u n b alan ce d   an d   h eter o g en e o u s   d ata  an d   d ev ices.  FL  d if f er s   f r o m   co m m o n   d is tr ib u ted   lear n in g   b ec au s e  t h e  d is tr ib u tio n   o f   th e   d ata   is   n o t  u n if o r m   an d   in d e p en d e n t  ( n o n - I I D) .   T h e  u s e   o f   s tan d ar d   FL  m eth o d s   s u ch   as  Fed AVG   was  o f ten   d if f icu lt  to   tu n e  an d   d e m o n s tr ated   its   in ab ilit y   to   ac h iev e   co n v er g en ce   [ 2 5 ] ,   [ 2 6 ] .   So   it i s   n ec ess ar y   to   o p tim ize  th e  s ta n d ar d   m eth o d   to   im p r o v e  t h e  p er f o r m an ce   o f   FL.     Ho wev er ,   i n   th e   p r ac tice  o f   i m p lem en tin g   FL  in   m a n y   ca s es,  th er e  we r e  s ev er al   th in g s   th at  co u l d   h av e  b ee n   im p r o v ed .   So m e  o f   th ese  p r o b lem s   h av e  b ee n   tr ied   to   b e  s o lv ed   b y   p er f o r m in g   o p tim izatio n   tech n iq u es  u s in g   s ev er al   m et h o d s   b ased   o n   t h e  g o als  o r   o b jectiv es  to   b e  ac h iev ed .   I n   s u ch   a   way ,   s ev er al   s tu d ies  h av e  ca r r ied   o u t  th is   o p tim izatio n   tech n i q u e  with   t h e  in ten t  th at  FL  h as  s h o wn   b etter   p er f o r m an ce .   Sev er al  ty p es  o f   r esear ch   h av e  b ee n   co n d u cted   to   o p tim ize  FL  in   ac tu al   ca s es.  On e  o f   th o s e  is   th e   u s e  o f   r ein f o r ce m e n t  lear n i n g   to   o v er co m e  th e   h eter o g en eity   o f   th e  d ata  s am p le  t h at  is   n o t  in d ep en d en t  an d   id en tically   d is tr ib u ted   ( I I D)   alo n g   with   a   f r am ew o r k ,   n a m ely   FAVOR .   T h ese  f r a m ewo r k s   co u ld   in tellig en tly   ch o o s e  th e  c u s to m er ’ s   d e v ice  to   p ar ticip ate  in   ea c h   s tag e  o f   th e  d is tr ib u tio n   p r o ce s s   an d   h av e  b ee n   p r o v en   t o   s p ee d   u p   co n v er g en ce   [ 2 7 ] .   I n   ad d itio n ,   t h er e  is   a n   ad a p tiv e  o p tim izer   v er s io n   ca lled   A DAGRA D,   ADAM ,   an d   YOGI   to   o v er c o m e  th e   w ea k n ess   o f   Fed AVG.   Ad ap tiv e  o p tim izer s   h a v e  s u cc ee d ed   i n   s o lv in g   p r o b lem s   in   n o n - f e d er ated   s ettin g s ,   b u t   th ey   also   co u ld   b e  u s ed   in   FL  [ 2 5 ] .   An o th er   wo r k   o f   o p tim izatio n   in   FL   is   Fed NL ,   th e  Fed er ated   New t o n   L ea r n   th e  m eth o d   th at  a ls o   p r o v ed   to   r ed u ce   co m m u n icatio n   co s t  an d   co m p lex ity   c o m p ar e d   to   th e   cr itical  b aselin es [ 2 8 ] .   T h e  o p tim izatio n   o f   FL  its elf   is   th e  p r in cip al   r esear ch   t o   s u p p o r t   th e  d e v elo p m e n t  an d   a d v an ce m en t  o f   FL   tech n iq u es  an d   m o d e ls .   B ased   o n   t h e  n ew   ap p r o ac h   in tr o d u ce d   f o r   o p tim izat io n   in   FL ,   m an y   f r am ewo r k s   h a v e  b ee n   p r o p o s ed   to   o v er co m e  s ev e r al  p r o b lem s ,   s u ch   as  C o m m u n icatio n   E f f icien c y   [ 2 7 ] – [ 3 1 ] ,   Hete r o g en eity   [ 3 2 ] ,   Scalab ilit y   [ 2 4 ] ,   [ 2 8 ] ,   [ 2 9 ] ,   Priv ac y   an d   Secu r ity   [ 3 0 ] ,   [ 3 2 ] ,   [ 3 3 ] ,   an d   C o n v er g e n ce s   r ate  [ 2 5 ] ,   [ 3 1 ] ,   [ 3 4 ] ,   m ix   p r o b lem s   [ 3 5 ] – [ 3 7 ] ,   s o   t h at  it  n e ed s   to   b e  s p ec if ied   an d   ca teg o r ized .   I n   p r e v io u s   r esear ch ,   th er e   is   n o   d is cu s s io n   o f   th e  v ar io u s   o p tim izatio n   m eth o d s   in   FL,   in s tead ,   t h e  f o cu s   is   o n ly   o n   o n e   o r   two   p r o b lem s .   Ou r   r esear c h   will  f o cu s   o n   th o s e  g ap s ,   a im ed   to   class if y   th e  f r am ewo r k ,   an d   p r o p o s e  an   in teg r ated   co n ce p tu al  f r am ew o r k   b ased   o n   all  o f   th e  p r o p o s ed   f r am ewo r k s   o f   th e  o p tim i za tio n   in   FL  to   g et  th e  b est  im p lem en tatio n   o f   F L .   I n   s u m m ar y ,   we  p r esen t  th e  f o llo win g   co n t r ib u tio n s   to   t h is   r esear ch ,   ( 1 )   we  d ef in e  th e  c o n ce p t   an d   i n tr o d u ce   a  ty p o l o g y   o f   FL,   ( 2 )   we  class if ied   th e  p r o p o s ed   f r am ew o r k   o f   o p tim izatio n   in   FL,   an d   ( 3 )   we  p r o p o s ed   an   in teg r ate d   co n ce p tu al  f r a m ewo r k   f o r   o p tim izatio n   in   FL.   T h is   r esear ch   is   s tr u ctu r ed   in to   f o u r   s ec tio n s .   Sectio n   1   is   ab o u t   th e  b ac k g r o u n d   a n d   th e   r elate d   r esear ch .   Sectio n   2   illu s tr ates   th e  m eth o d s ,   s ec tio n   3   d ef in es   th e  r esu lts   an d   d is cu s s io n ,   w e  class if ie s   th e  f r am ewo r k   o f   o p tim izatio n   in   FL,   an d   we   p r o p o s ed   an   in teg r ated   co n ce p tu al   f r am ew o r k   f o r   Op tim izatio n   in   FL.   Fin ally ,   t h e  m ain   f in d in g s   a r e   o u tlin ed   in   s ec tio n   4 .       2.   M E T H O D   Th e  d ev elo p m en t  o f   co n ce p tu al  f r am ewo r k s   ( C Fs )   in   C o m p u ter   Scien ce   r ep r esen ts   a  s et  o f   co n ce p ts   f o r   ar tic u latin g   r e q u ir em e n ts   an d   e x am in in g   th e   s y s tem   ar ch itectu r es   [ 3 8 ] .   T h e  C FS   d ev elo p ed   in   th is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  288 - 2 9 9   290   r esear ch   is   an   o p tim izatio n   f o r   FL   b ased   o n   m o d els  d ev elo p m en t.  Hen ce ,   a  m u lti - ca s e  s tu d y   ap p r o ac h   is   u s ed   to   ev alu ate   th e   o p tim izatio n   o f   FL .  T h e   r esear ch   m eth o d o lo g y   c o n s is ts   o f   s ev er al   k e y   s tep s   to   ad d r ess   an d   o p tim ize  FL   b y   s y s tem atica lly   r ev iewin g   an d   an aly zin g   ex is t in g   liter atu r e   an d   f r am ewo r k s .   T h e  a p p r o ac h   ca n   b e  d etailed   as f o llo ws   an d   v is u alize d   in   Fig u r e  1 .           Fig u r e  1 .   R esear ch   m eth o d s       A.   C o llectio n   an d   an aly s is   o f   f o u n d atio n al  liter atu r e   Ar ticle  co llectio n :  Gath er   a  c o m p r eh e n s iv e  s et  o f   ar ticles  t h at  d ef in e  FL   an d   o u tlin e  its   ass o ciate d   wea k n ess es.  T h is   in v o lv es  s el ec tin g   r esear ch   p ap e r s ,   r ev iew s ,   an d   s u r v ey s   th at  s p ec if ically   f o cu s   o n   t h e  co r e   co n ce p ts   an d   c h allen g es o f   FL.   B.   E x p lo r atio n   o f   o p tim izatio n   te ch n iq u es   Op tim izatio n   r ev iew :   C o n d u c t  an   e x ten s iv e  r ev iew  o f   p u b l icatio n s   d is cu s s in g   v ar i o u s   o p tim izatio n   tech n iq u es  aim ed   at  ad d r ess in g   th e  wea k n ess es   id en tifie d   in   FL.   T h is   in v o lv es  s tu d y in g   d if f e r en t   o p tim izatio n   s tr ateg ies an d   m e th o d s   p r o p o s ed   in   th e  liter atu r e  to   s o lv e  FL' s   s p ec if ic  is s u es.   C.   I d en tific atio n   o f   co r e  p r o b lem s   Pro b lem   id en tific atio n :  An aly ze   th e  g ath er ed   r esear ch   t o   id en tify   an d   ca teg o r ize  th e  p r im ar y   p r o b lem s   ass o ciate d   with   FL.     D.   C ateg o r izatio n   an d   i n teg r atio n   -   C ateg o r izatio n   o f   o p tim izatio n   tech n iq u es :  C lass if y   th e  v ar io u s   o p tim izatio n   m et h o d s   ac co r d in g   to   th e   f iv e  id en tifie d   wea k n ess es.  T h is   s tep   in v o lv es  m ap p in g   ea ch   o p tim izatio n   tech n iq u e  to   th e  s p ec if ic  p r o b lem s   it a d d r ess es.   -   Fra m ewo r k   i n teg r atio n :   Dev el o p   a   co m p r eh e n s iv e  f r a m ewo r k   b y   co m b in in g   th e   id en tifie d   o p tim izatio n   m eth o d s .   T h e  g o al  is   to   cr ea te  a  u n if ied   a p p r o ac h   t h at  a d d r ess es  all  f iv e  p r o b lem s   with in   a  s in g l e   f r am ewo r k ,   th er e b y   en h an cin g   FL's o v er all  p er f o r m an ce .   B y   f o llo win g   th ese  s tep s ,   th e  r esear ch   aim s   t o   d e v elo p   a n   in teg r ate d   f r am ewo r k   th at  ef f ec tiv ely   r eso lv es th e   co r e  is s u es o f   FL   th r o u g h   a  s y s tem atic  co m b in at io n   o f   e x is tin g   o p tim izatio n   tech n iq u es .       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h e  r esear ch   b eg in s   with   a  d o m ain   an aly s is   to   b u ild   a  co n ce p t  b ased   o n   liter atu r e  r ev iews  in   s ev er al   d ig ital  p u b licatio n s ,   s u ch   a s   Scien ce   Dir ec t,  Sp r in g er ,   Ar x iv . o r g ,   AC M,   an d   I E E E .   Pre v io u s ly ,   th e  s u s tain ab ilit y   o f   r esear ch   in   FL  will  b e  s h o wn   b ase d   o n   th e  n u m b er   o f   ar ticl es   co m b in atio n   o n   r ev iews/s u r v ey ,   o r ig in al  r ese ar ch ,   b o o k   ch ap ter s ,   an d   p r o ce ed in g s   th at  wer e   p u b lis h ed   u s in g   k ey wo r d   FL   s tar tin g   in   th e  y ea r   o f   FL  was  in tr o d u ce d   f r o m   2 0 1 6   to   2 0 2 3   to   s h o w  an   in cr ea s in g   i n ter est  in   th e  to p ic  o f   FL  in   Fig u r e  2   s tar tin g   f r o m   Au g u s t  2 ,   2 0 2 4 .   B ased   o n   th e  F ig u r e   2 ,   a  s ig n if ican t  in cr ea s e   o cc u r s   ev er y   y ea r ,   wh ich   in d icate s   th at  FL   i s   a   p o p u lar   an d   h ig h ly   d e v elo p ed   to p ic.   I n   th e  d o m ai n   an al y s is   s tag e,   we  f ir s t   s ea r ch ed   f o r   a r ticles  th at  in clu d ed   FL   in   th e  titl e  an d   k e y wo r d s .   T h en ,   we  s elec ted   p a p er s   th at  th o r o u g h ly   d ef in ed   FL   an d   c o n clu d ed   th e  d ef in itio n   o f   FL  b ased   o n   it s   ex p lan atio n .   T h e  d ef in itio n   s tu d y   s h o wed   FL' s   m ain   p er s p ec tiv es a n d   co n ce p t s ,   esp ec ially   in   th e  in ter n et  o f   th in g s   ( I o T ) ,  wir eless   co m m u n icatio n ,   an d   f u tu r e   g en er atio n   c o m p u ter   s y s tem s .   B ased   o n   th is   an aly s is ,   we  als o   h av e  t o   b u ild   a  ty p o lo g y   o f   o p tim izatio n   in   FL.       3 . 1.     Wha t   is   f eder a t ed  lea rn ing ?   T h e  ter m   FL ,   f ir s t  i n tr o d u ce d   b y   Mc Ma h an   et  a l.   [ 3 9 ] ,   is   o n e  o f   th e   ML   s ettin g s   in   wh ich   s ev er al  p ar ticip ated   d e v ices  o r   clien ts   s o lv e  th e   m o d el   lear n in g   task   an d   ar e  c o o r d i n ated   b y   a   s er v er .   C lien t' s   d ev ices   p r o ce s s   th eir   o wn   lo ca l  m o d el   with   task   s cr ip t   in s tr u ctio n   f r o m   th e   ce n tr al   s er v er   an d   th e n   s en d   it   b ac k .   Nex t,   th e  ce n tr al  s er v er   d o es  th e  a g g r eg atio n   p r o ce s s   u s in g   t h e  lo ca l  tr ain in g   m o d el.   Fin ally ,   t h e  ce n tr al  s er v er   will  s en d   th e  g lo b al  m o d el  in f o r m atio n   to   its   clien t.  I n   th e  p r ac tical  ap p licatio n ,   th er e  ar e  two   s ettin g s :  cr o s s - d ev ice  FL,   wh ich   tar g ets  ML   f o r   m o b ile  d ev ices,  an d   cr o s s - s ilo   FL,   wh ich   tar g ets  ML   f o r   s ev er al  o r g an izatio n s   [ 1 4 ] .   An   o v er v iew  o f   th e  FL   f r am ewo r k   is   p r esen ted   in   Fig u r e  3 .   T h is   s et  was  m ad e  as  a   f o llo w - u p   ap p licatio n   o f   s ev er al  p o licies  r elate d   to   co n s u m e r   d ata  s ec u r ity .   T h u s ,   th e   d ata  tr ain in g   p r o ce s s   o n   ML   will  b e  ca r r ied   o u t  lo ca lly   o n   th e  clien t' s   m o b ile  d ev ice  r ath er   th an   s en d in g   it  to   th e  d ata  ce n ter   f o r   tr ain in g   [ 4 0 ] .   T h e  u s e  o f   lo ca l  d ata  in   r ed u cin g   th e  r is k   o f   attac k s   o n   th e   s er v er   an d   th e   u s e  o f   f o cu s ed   an d   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       A   co n ce p tu a l a p p r o a ch   o f o p timiz a tio n   in   fed era ted   lea r n in g   ( F a r h a n n a   Ma r ’ i )   291   tem p o r ar y   d ata  m in im izatio n   m u s t  b e   d o n e  in   to d ay ' s   er a  ca u s e  tech n o l o g ical  d ev elo p m en ts   g o   h an d   in   h a n d   with   in cr ea s in g ly   s o p h is ticated   lev els  o f   cy b e r   cr im e  [ 4 1 ] ,   u p d ates  an d   in itial  ag g r e g atio n   f o llo ws  th e   p r in cip le  o f   d ata  m in im izatio n   [ 1 4 ] ,   wh ich   was  p r o p o s ed   b y   th e  2 0 1 2   W h ite  Ho u s e  r ep o r t  o n   th e  p r i v ac y   o f   co n s u m er   d ata   [ 4 2 ] .   C o n s u m e r s   tr u s t  co m p an ies  to   s h ar e   ess en tial  d ata  r elate d   to   p u b lic  o r   p r i v ate  m atter s   s o   th at  co m p an ies  ca n   u s e  th e  d ata  to   cu s to m ize  co n s u m er s '   p r ef er en ce s .   T h u s ,   th e  lev el  o f   co n s u m er   s atis f ac tio n   is   m et.   Hen ce ,   co m p an ies  m u s t  en s u r e   th at  cu s to m er   d ata  r em ain s   s af e  an d   av o id   th ese  attac k s .   FL  is   n ee d ed   to   f u lf ill  th i s   asp ec t  in   lin e  with   th e  p o p u lar ity   o f   im p lem en tin g   th e  I o T ,  wir eless   co m m u n icatio n ,   an d   f u tu r e  g e n er atio n   c o m p u te r   s y s tem s .   On e  o f   th e  f u tu r e   ar ea s   o f   FL  i m p lem en tatio n   is   th e   I o T   [ 4 3 ] .   I o T   r eq u ir es  an   in cr ed ib le  am o u n t  o f   d e v ices  to   co m p lem en t  ea ch   o th er ' s   in ten d ed   u s e  b etwe en   o n e   d ev ice  an d .   L ik ewise,   th e  d a ta  g en er ated   f r o m   th ese  d ev i ce s   will  al s o   b e  o v er lo ad ed   if   d ep o s ited   o n   a   ce n tr alize d   s er v er .   A  r ec en t  f o r ec ast  esti m ates   th at  4 1 . 6   b illi o n   co n n ec ted   I o T   d e v ices  will  g en er ate  7 9 . 4   ze ttab y tes  ( Z B )   o f   d ata  in   2 0 2 5   [ 4 4 ] .   As  a  tec h n iq u e   to   o v er co m e  th e  p h en o m en a   m en tio n ed   ab o v e,   FL  is   th e   b est  way   to   o v er co m e  th em .   I n   th e  f ir s t  s tag e,   th e  u s er ’ s   d ev ice  in d ep en d en tly   p r o ce s s es  lo ca l  co m p u tatio n   iter ativ ely   u s in g   th eir   d atasets .   T h e  r esu lt  o f   its   p r o ce s s ,   th a t  is ,   th e  lo ca l  lear n in g   m o d el  u p d ates,  wo u ld   b e   s en t  to   th e  ag g r eg atio n   s er v er   f o r   th e  g lo b al  s tr ateg y .   I n   th is   s ettin g ,   ag g r eg atio n   ca n   b e  d o n e  b o th   at  th e  ed g e   o r   clo u d   [ 4 5 ] .           Fig u r e  2 .   Nu m b er   o f   ar ticles  p u b lis h ed   in   2 0 1 6 - 2 0 2 3           Fig u r e  3 .   An   o v er v iew  o f   FL         3 . 2 .   O pti m iza t io n in  f eder a t ed  lea rning   FL   p r o b lem   ca n   b e  d en o ted   as  in   ( 1 ) .   T h e  f ir s t  alg o r ith m   u s ed   to   s o lv e   th e  FL  p r o b lem   is   i n s p ir ed   by  SGD ,   wh ich   is   th e  f av o r e d   m e th o d   f o r   o p tim izatio n .     m in   ∈   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  288 - 2 9 9   292   { ( ) ≔   1 ∑ ( ) = 1 }   ( 1 )   I n f o r m atio n :             =   d im en s io n   o f   th e  m o d e l  ∈               =   to tal  n u m b er   o f   d e v ice s   ( )     =  th e  lo s s         [ ]   =  d ata  s to r ed   in   m ac h in e     ( )     =  th e  em p ir ical  lo s s     SGD  is   ap p lied   to   th e  f ed er ate d   o p tim izatio n   p r o b lem   with   a n   ad ap tatio n   th at  is   th e  s elec ti o n   o f   a  C - f r ac tio n   o f   clien ts   o n   ea ch   r o u n d ,   th en   co m p u tin g   th e   g r a d ien t  o f   th e   lo s s   o v er   all  th e   d ata  o wn ed   b y   th ese   clien ts ,   s o   C   co n tr o ls   th e  g l o b al  b atch   s ize,   with   C =1   s u itab le  to   f u ll - b atch   g r ad ien t  d escen t,  th is   ca lled   Fed SGD   [ 4 6 ] .   Ho wev er ,   o p tim izatio n   o f   FL  is   n ee d e d   to   g et  th e  b est  FL  m o d el  th at   ca n   b e  ap p lied   ac c o r d in g   to   th e  m ain   p u r p o s e  o f   f o r m i n g   th e  FL  m o d el.   T h e  m ai n   o b jectiv es  o f   th e  v ar io u s   o p tim izatio n s   th at  ex is t   v ar y   ac co r d i n g   to   t h e  n ee d s   o f   ea ch   ap p licatio n .   Her e   we  c ateg o r ize  s ev er al   ty p es   o f   o p ti m izatio n s   b ased   o n   th e  m ain   n ee d s   to   b e  ac h ie v ed .     3 . 2 . 1 .   Co mm un ica t io n  ef f icie ncy   FL   r eq u ir es  co m m u n icatio n   co s ts   b etwe en   lo ca l  cl ien ts   an d   s er v er s   to   s en d   an d   u p d ate  th e   ag g r eg atio n   m o d el  in   t h e  l ea r n in g   p r o ce s s .   So   th at   m i n im izin g   co m m u n icatio n   co s ts   is   an   ess en tia l   r eq u ir em e n t  to   d o   c o n s id er in g   FL  d ep en d s   o n   th e  co m m u n ic atio n   r elatio n s h ip .   Sev er al  ap p r o ac h es  h a v e  b ee n   tak en   to   m in im ize  c o m m u n icatio n   co s ts ,   in clu d in g   u s in g   a   m eth o d   o f   u p lo ad in g   th e  g r ad ien t  lo ca ted   in   a   p ar ticu lar   in ter v al  clip p ed   b y   s o m e  th r esh o ld   v alu es  [ 4 7 ] ,   s ca lin g   d o wn   th e  u s ed   p ar am e ter s   b y   m in im izin g   th e  co m p lex ity   o f   th e  n eu r al  n etwo r k   m o d els  [ 2 9 ] ,   also   s tr u c tu r ed   an d   s k etch ed   u p d ates  [ 4 0 ] .   Mc Ma h an   et  a l.   [ 3 9 ]   p r o p o s ed   Fed AVG   th at  a d d s   m o r e  co m p u tatio n   to   ea ch   clien t b y   iter atin g   th e  lo ca l u p d ate  m u ltip le  tim es  b ef o r e  th e  a v er ag in g   s tep .   I n   h is   wo r k ,   Fed AVG  co m p ar ed   with   SGD  an d   Fed SGD  u s ed   i n   a  lar g e - s ca le  n ex t - wo r d   p r ed ictio n   an d   s h o ws  th at  Fed AVG  s u cc ess   tr ain s   h ig h - q u ality   m o d els  u s in g   r elativ ely   f ewe r   r o u n d s   o f   co m m u n icatio n   th an   o th er   al g o r ith m s .   Ma n y   v a r ian ts   o f   Fed AVG  h av e  b ee n   u s ed   in   s ev er al  ty p es  o f   r esear ch ,   in clu d i n g   [ 4 8 ] – [ 5 2 ] .   Z h u   an d   J in   [ 5 3 ]   p r o p o s ed   m o d if ied   s p a r s e  ev o lu tio n ar y   tr ain in g   ( SET )   alg o r ith m   to   r ed u ce   th e   co m m u n icatio n   co s t  with o u t   r ed u cin g   g lo b al  lear n in g   ac cu r ac y .   T h ese  ap p r o ac h   o p ti m izes  d ee p   n eu r al  n etwo r k   m o d els  b y   m o d if y in g   th e   o p e r ato r   b y   r em o v in g   o p er atio n s   at   th e   last   tr ain in g   ep o c h .   T h e  r esu lt  s h o ws  th at  th e  m o d if ied   SET   Alg o r ith m   s u cc ee d ed   i n   m ax i m izin g   th e  lear n in g   p er f o r m a n ce   an d   m in im izin g   th e  co m m u n icatio n   co s t  b y   e n co d in g   o n ly   two   h y p er p a r a m eter s .   Z h u   an d   J in   [ 5 4 ]   p r o p o s ed   Fed Net2 Net,   a   n o v el  s ch em e   b ased   o n   a  m o d el  g r o win g   with   a   m o d if ied   tr ain in g   s ch em e.   T h is   ap p r o ac h   u s ed   two   tr an s f o r m atio n s ,   wh ic h   ar e  c alled   Net2 W id er n et  an d   Net 2 Dee p er Net.   T h e n ,   ea ch   s te p ,   th e  m o d el  was  d ev elo p e d   af ter   e n h an ci n g   u t ilizin g   a  f u n ctio n al  co n s er v i n g   tr an s f o r m atio n   o n   it.   T h e   r esu lt  s h o ws  th at  Fed Net2 Net  h ad   an   ex ce llen t  p er f o r m an ce   th an   o th er   alg o r i th m s   li k e  Fed AVG,   Fed er ated   Dr o p o u t  [ 5 5 ] ,   an d   Hete r o FL  [ 5 6 ] .   I n   ad d itio n ,   c o m m u n icatio n   co m p le x ity   also   co u ld   b e  r ed u ce d   b y   c o n s tr u ctin g   th e  tr ain in g   p h ase  o f   FL   m o d els u s in g   p e r s o n aliza tio n .   Han ze l,  P.  an d   R ich tar ik ,   P.  p r o p o s ed   s ev er al   ef f icien t  v a r ian ts   o f   SGD   with   an d   with o u t  p a r tial   p ar ticip atio n   an d   v a r ian ce   r ed u ctio n   [ 5 7 ] .   T h o s e  a p p r o ac h e s   u s e  a  n ew  o p tim izatio n   f o r m u latio n   to   lear n   a   m ix tu r e  o f   th e  g l o b al  m o d el,   a s   s h o wn   in   ( 2 ) .     min 1 , … . , ∈ ℝ { ( ) ≔ ( ) +   ⋋ ( ) }   ( 2 )   ( ) ≔   1   ∑ ( ) , = 1   ( ) ∶ = 1 2   ∑ ‖ −   ̅ ‖ 2 = 1     I n f o r m atio n   :   ⋋   ≥ 0                                                 =         1 , … . , ∈ ℝ                     =         ∶ = ( 1 , 2 , … , )   ,     ̅ ∶ = 1   ∑ = 1           = ℎ           ℎ            3 . 2 . 2 .   H et er o g eneit y   On e  o f   th e  p r o p o n en ts   o f   th e  em er g en ce   o f   FL   is   th at  clien t   p r iv ac y   m u s t  b e  m ain tain ed   o n   th e  d ata  u s ed   as  m o d elin g   m ater ial  in   ML .   Ho wev er ,   FL  s tan d ar d s   ar e  s till   v u ln er ab le  to   p r iv ac y   an d   co n f id en tiality   leak ag e  wh en   h an d lin g   h et er o g en e o u s   d ata  f r o m   m u lt ip le  s o u r ce s   [ 5 8 ] .   Ga o   et  a l.   [ 5 8 ]   p r o p o s ed   h eter o g en e o u s   f ed er ated   tr an s f er   lear n in g   ( HFTL ) ,   a n   a p p r o ac h   to   elim in ate  co v ar iate  s h if ts   o f   h o m o g en eo u s   f ea tu r e  s p ac es  a n d   p ass   o v er   d if f er e n t  d ata   o wn e r s '   h eter o g en eo u s   f ea tu r e   s p ac es  u s in g   en d - to - e n d   s ec u r 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       A   co n ce p tu a l a p p r o a ch   o f o p timiz a tio n   in   fed era ted   lea r n in g   ( F a r h a n n a   Ma r ’ i )   293   m u lti - p ar ty   lear n in g   p r o to co ls .   T h e  r esu lt  s h o ws  th at  HFTL   o u tp er f o r m s   th e  lo ca l  m o d el  an d   h o m o g e n eo u s   FL  u n d er   ch allen g in g   c o n d iti o n   s ettin g s .   Ho wev er ,   h eter o g en eity   d ata  b etwe en   u n iq u e   clien ts   also   af f ec t   m o d el  p er f o r m a n ce   lik e  ac c u r ac y   r ed u ctio n   [ 1 1 ] ,   [ 5 1 ] ,   [ 5 9 ] .   Fo r   in s tan ce ,   m u ltip le  b r an c h es  o f   a  b an k   wo u ld   lik e  to   co llab o r ativ ely   tr ain   a  cu s to m er ' s   b eh av io r   u s ed   FL.   E ac h   b an k   co llects  cu s to m er   d ata  in d ep e n d en tly ,   r esu ltin g   in   u n b alan ce d   an d   h eter o g en e o u s   d atasets   ( i.e . ,   n o n   I d e n tically   I n d ep en d en tl y   Dis tr ib u ted   ( No n - I I D) .   On e  b a n k   m ig h t  n o t  h av e  d ata  s am p les  r eg ar d in g   a  s p ec if ic  b eh av io r   ca teg o r ies.  W h en   ea ch   b an k   tr ai n s   a  m o d el  lo ca lly ,   th e  lo ca l  g o a l  m ay   d if f er   f r o m   th e  g l o b al  g o al.   As  a  r esu lt,  th e  g lo b al  av er ag e  m o d el  is   n o t   eq u al  to   t h e  g lo b al  o b jectiv e ,   an d   th is   ca s e  is   ca lled   m o d el  d r if t  w h ich   c au s es  p o o r   m o d el  p e r f o r m an ce     [ 6 0 ] – [ 6 3 ] .   I n   ad d itio n ,   d ata  h e ter o g en eity   also   ca u s es  ac c u r a cy   p a r ity   wh ic h   is   th e   ca s e  w h en   a   m o d el  b iases   r eg ar d in g   th e  u n iq u e  co n d itio n   in   ea ch   lo ca l  s u b ject,   f o r   ex am p le,   g eo g r ap h ical  an d   r ac e  d is c r im in atio n   [ 6 4 ] .   Z h o u   et  a l.   [ 6 4 ]   p r o p o s ed   a  n ew  d esig n   s ettin g   f o r   FL  u s in g   g lo b al - l o ca l  Kn o wled g e  Fu s io n   ( Fed KF)   to   o v er co m e   b o t h   ch allen g es  in   h eter o g en eity   d ata,   s u c h   as  m o d el  d r if t   an d   ac c u r ac y   p ar ity .   Fed KF's   co n ce p t  is   to   ass ig n   th e  s er v er   th e  task   o f   r etu r n in g   g lo b al  k n o wled g e  to   g u id e  th e  lo ca l  clien t  tr ain i n g ,   s o   th at  th e  lo ca l   m o d el  is   r eg u lar ized   b y   th e  g l o b al  o p tim a,   wh ich   d eg r a d es  th e  clien t  m o d el  d r if t  ca s e  i n   e ac h   tr ain in g   r o u n d .   T 1   is   d esig n e d   as  an   ac tiv e - i n ac tiv e  m o d el  ag g r eg atio n   f o r   th e  g lo b al   m o d el   o n   th e   s er v er   s id e,   a n d   T 2   is   d esig n ed   to   s u p p o r t  k n o wled g e  f u s io n   o n   th e  clien t   s id e.   I n   th e   Fed KF  s ettin g ,   th e  ce n tr al  s er v er   s ets  K   d if f er en t  ca ch e  s lo ts   f o r   s av in g   th e  latest  lo ca l  m o d els.  I n   ev er y   tr ain in g   r o u n d ,   th e  s elec ted   clien ts   h ad   to   u p lo ad   t h eir   lo ca l m o d els to   th e  ce n tr al  s er v er .   T h e  alg o r ith m   o f   Fed KF m e n tio n   as f o llo ws :   1.   ph a s e  t - 1   :   T h e  ce n t r al  s er v er   ag g r eg ates  ac tiv e  clien ts   b y   u p lo ad in g   lo ca l  m o d els  to   o b tai n   ac tiv e  clien t   ag g r eg ates  ( AC A) ,   wh er ea s   Fed KF  ag g r eg ates  all  clien ts   ca ch ed   m o d els  to   o b tain   o v er all  clien t   ag g r eg ates ( OC A) .   2.   ph a s e  t   :   A  p o r tio n   o f   th e  g e n er al  clien tele  is   ch o s en   to   b e   ac tiv e  clien ts   { 1 , … , }   .   τ   is   th e  r ate  o f   s elec tio n   th at  f o llo ws  t h at  =     .   All  ac tiv e  clien ts   r ec eiv e   b o th   th e  AC A  an d   OC A  m o d els  f r o m   th e   ce n tr al  s er v er .   3.   E ac h   ac tiv e  clien t  d eter m in es  th e  AC A  m o d els  as    ( s tu d en t  m o d el)   an d   OC A  m o d els  as    ( teac h e r   m o d el)   4.   Uses   d ata - f r ee   Kn o wled g e  Di s till atio n   to   tr an s f er   k n o wled g e  f r o m   t h e  teac h e r   to   th e   s tu d en t  m o d els.   Me an wh ile,   th e  s tu d en t  m o d el  is   tr ain ed   u s in g   th e  lo ca l   d ataset  o f   ea ch   ac tiv e  clie n t.  All  g lo b al   k n o wled g e  is   co m b in ed   an d   t r an s m itted   to   th e  s tu d en t m o d el .   5.   All a ctiv e  clien ts   u p lo ad   th eir   lo ca l stu d en t m o d el  as th e   u p d ated   lo ca l m o d el  t o   th e  ce n t r al  s er v er .     6.   T h e  weig h t  i n   th e  ca c h e  s lo ts   is   u p d ated   b y   t h e  ce n tr al   s er v e r .   I f   th e  m o d el  h as  b ee n   f u lly   tr ain ed ,   eith e r   ex it o r   p r o ce ed   t o   s tep   2 .   B ased   o n   th e  s tu d y ,   T h e  r esu lt   is   Fed KF  h ad   s u ce ed   to   b e   a  b etter   s o lu tio n   in   h eter o g en eo u s   ag n o s tic  FL  with   h ig h   m o d el  p er f o r m a n ce ,   p r iv ac y - p r eser v i n g ,   a n d   f air n ess   [ 6 4 ] .     3 . 2 . 3 .   Sca la bil it y   T h e  s ca lab ilit y   o f   FL   co u ld   b e  ca lcu lated   u s in g   s ev er al  v ital  f ac to r s ,   lik e  th e   n u m b e r   o f   o v er lap p in g   s am p les,  also   th e  d im en s io n   o f   h id d en   r ep r esen tatio n ,   a n d   a   to tal  o f   th e   f ea tu r es  [ 6 5 ] ,   th e   Sy s tem ’ s   ab ilit y   to   h an d le  th e  n u m b e r   o f   clien t  d ev ices  [ 6 6 ] ,   th e  am o u n t  o f   l ea r n in g   o n   lar g e   v o lu m es  o f   d ata  [ 6 7 ] ,   ac cu r ac y ,   co m p u tatio n al,   s to r ag e,   an d   n etwo r k   o v er h ea d .   Ha n   an d   Han   [ 3 5 ]   p r o p o s ed   DeFL :  D ec en tr alize d   W eig h t  Ag g r eg atio n   f o r   C r o s s - Sil o   FL   with   two   k ey   i d ea s   th at  ar e   r ed u cin g   lo ca l  u p d ates  in   th e   s er v er   b y   co llectin g   all  th e  lo ca l  u p d ates  it s elf ,   th e n   weig h t  th at’ s   o n ly   in   th e  cu r r en t  tr ain in g   ar e  m ain tain ed   a n d   s y n ch r o n ized   s o   th e  n etwo r k   a n d   th e  s to r a g e   o v e r h ea d   co u ld   b e  r ed u ce d   [ 3 5 ] .   I n   th e   DeFL   ap p r o ac h   ab s tr ac ts ,   ea c h   p ar ticip atin g   n o d e  h as d if f er e n t  r o les:   clien t  an d   r e p lica.   A  clien t  ag g r eg ates  co r r ec t  weig h t  f r o m   ac tu al  n o d es  with   a  M u lti - Kr u m   f ilter   [ 6 8 ] .   T h e  r esu lt  s h o ws  th at  DeF L   h ad   s u cc ess f u lly   d ef en d ed   th e  s tan d ar d   th r ea t   m o d els with   th e  b est p er f o r m a n ce   an d   p r o d u ce d   e f f icien t sto r ag e  an d   n etwo r k   u s ag e.     3 . 2 . 4 .   P riv a c y   a nd   s ec urit y   Priv ac y   an d   Secu r ity   ar e  th e  a d v an tag es  h ig h lig h ted   i n   FL   b ec au s e  th e  tr ain in g   d ata  is   n o t sen t  to   th e  s er v er   b u t  r em ai n s   o n   ea ch   cl ien t  d ev ice   an d   r u n s   th e   tr ain in g   p r o ce s s   in d ep en d e n tly .   H o wev er ,   i n   r ea lity ,   p r iv ac y   s till   ca n n o t  b e  g u a r a n teed   s in ce   tr ain in g   m o d els  f r o m   u s er s   will  s till   b e  s en t  t o   s er v er s   f o r   g l o b al   ag g r eg atio n   [ 6 9 ] .   T h e  tr ain e d   m o d els  s h ar ed   o n   th e  s er v er   co u ld   lead   to   p r iv ac y   atta ck s   th at  ar e  m o d el  in v er s io n   [ 7 0 ] .   T o   o v er co m e  th is   p r o b lem ,   an   o p tim izatio n   f r am ewo r k   o n   FL   was  d e v elo p ed   u s in g   s ec u r e   ag g r eg atio n   ( SA)   s o   th at  th e   s er v er   o n ly   lear n   th e  g lo b al  m o d el  u p d ate  n o t   th e  i n d iv id u al  m o d el  u p d ate  [ 6 9 ].   SA   is   a  p ar t   o f   s ec u r e   m u l ti - p ar ty   c o m p u tatio n   alg o r ith m s   th at  h o ld   ea c h   p r iv ate   v alu e  an d   co llab o r ate  to   co m p u te  an   ag g r eg ate  v al u e  with o u t   k n o win g   o th er   in f o r m atio n   ab o u t  its   v alu e  b u t  o n l y   wh at   is   lear n ab le  f r o m   t h e  ag g r eg at e  v alu e  its elf   [ 7 1 ].   B o n awitz   e t  a l.   [ 7 1 ]   p r o p o s ed   a  SA   p r o to co l  co n s is tin g   o f   f o u r   r o u n d s :  Sh ar e  Ke y s ,   m ask ed   in p u t   co llectio n ,   c o n s i s ten cy   ch ec k ,   an d   u n m ask i n g   in   a   s y n ch r o n o u s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  288 - 2 9 9   294   n etw o r k .   A  v ar ia n t  o f   SA   ca l led   s ec u r e  in d ex in g   also   h ad   b ee n   p r o p o s ed   to   g u a r an tee  p r iv ac y   a n d   s ec u r it y   [ 7 2 ].   I n   a d d i t i o n ,   s i n c e  t h e   t r ai n e d   m o d e l   w a s   s e n t   t o   t h e   s e r v e r ,   t h e   s y s t e m   c o u l d   g et   p o i s o n in g   m o d e l   a t t a c k s   b y   m a l i c i o u s   c l ie n t s .   I t   w a s   c h a l le n g i n g   t o   i d e n t i f y   t h e   m a l i c i o u s   c li e n t s   b e c a u s e   n o   l o c a l   c l i e n t   d a t a   w as  a v a i l a b l e   o n   t h e   s e r v e r   [ 3 6 ] .   M a   e t   a l .   [ 3 6 ]   p r o p o s e d   a   m o d e l   u p d a t e   a g g r e g a t i o n   ( MU B )   t o   d e f e n d   a g a i n s t   t h e   t h r e a t   o f   b y z a n ti n e   a tt a c k s ,   wh i c h   a r e   a d d it i v e   n o is e   a n d   s i g n - f l i p p i n g   a t t ac k s .   T h i s   r e s ea r c h   p r o v e d   c o u l d   e n h a n c e   b o t h   p r i v a c y   a n d   s e c u r i t y   u s i n g   a   c o m b i n a ti o n   o f   M U B   a n d   i n it i al   c l i e n t   m o d e l   i n iti a l i z at i o n   ( I C M I ) .     3 . 2 . 5 .   Co nv er g ence s   ra t e   T r ain in g   p r o ce s s es  in   FL   n ee d   to   b e  f ast  an d   ac cu r ate  b ec au s e  th er e  ar e   s ev er al  ty p es  o f   tr ain in g   b atch es  o n - d e v ice  th at  s h o u l d   b e  f in is h ed   to   g et  th e  b est  r esu lt.  Mo s t  o f   th e  r esear ch   h ad   f o cu s ed   o n   d esig n in g   t h e  b est  ag g r e g atio n   s tr ateg ies  f o r   im p r o v i n g   c o n v er g e n ce   r ates,   b u t   Qiu   et   a l .   [ 7 3 ]   h ad   d if f e r en t  v iews  an d   p r o p o s ed   Z e r o FL,   wh ich   is   th e   f r am ewo r k   th at  is   d ev o ted   to   ac ce le r atin g   o n - d ev ice  tr ain i n g   b y   u s in g   h ig h ly   s p a r s e  o p er atio n s .   T h er e  ar e  th r ee   s tr ateg ies  u s ed   in   Z er o FL  f o r   d o i n g   lo c al  s p ar s if icatio n   to   p r o d u ce   b o t h   p er f o r m a n ce   im p r o v is atio n   an d   r ed u ce   co m m u n icatio n   co s ts .   T h is   ap p r o ac h   b eliev es th at  n o t a ll  o f   th e  weig h ts   n ee d   to   b e  tr a n s f er r ed   to   th e  ce n t r al  s er v er   f o r   th e   ag g r e g atio n   a n d   u s es  lo ca l  s p ar s if icatio n   in s tead .   T h r ee   lo ca l  s p a r s if icatio n s   ar e  u s ed :  T o p - K - W eig h ts ,   Dif f   o n   T o p - K - W eig h t,  an d   T o p - KW eig h ts   Dif f .   T h e  r esu lt  s h o ws  th at  Z e r o FL  en h an ce s   th e  ac c u r ac y   p er f o r m a n ce   b y   1 . 5 %  wh ile  r e d u cin g   1 . 9   x   u p lin k   co m m u n icatio n   [ 7 3 ] .   Z er o FL  also   s h o ws  th e  b es t  p er f o r m a n ce   in   No n - I I D  Data ,   ev en   th o u g h   th ese  ty p es  o f   d ata  ca u s e  s lo w  m o d el  tr ain in g   an d   en f o r ce   a d d itio n al   co m m u n icati o n   r o u n d s   f o r   FL  t o   co n v er g e  [ 7 4 ] .   W u ,   Ho n g ,   W an g ,   a n d   Pin g   p r o p o s ed   f ed e r ated   ad ap tiv e  weig h tin g   ( Fed Ad p )   th at  also   ac ce ler ates  m o d el   co n v er g en ce s   u n d er   th e  p r ess u r e  o f   n o n - I I D  d ata  [ 7 4 ] .   T h e  m ain   id ea   o f   Fed Ad p   is   to   ass ig n   a  d if f er en t   weig h t f o r   d if f e r en t m o d els at  ea ch   co m m u n icatio n   r o u n d   b a s ed   o n   s m o o th ed   an g le  ad ap ti v ely .   T h er e  ar e  two   s tep s   u s ed   in   t h is   s ettin g :  A  n o n - lin ea r   m ap p in g   f u n ctio n   u s in g   a  v ar i an t  o f   th e  Go m p er t z  f u n cti o n   [ 7 5 ]   an d   W eig h tin g   u s in g   th e  So f tm ax   f u n ctio n   [ 7 4 ] .   Fed A d p   s u cc ee d ed   in   g ettin g   b etter   p er f o r m a n ce   co m p ar e d   with   Fed Av g   b y   r ed u cin g   th e   co m m u n icatio n   r o u n d s   b y   u p   t o   5 4 . 1 %  o n   th e  MN I ST  d ataset  a n d   u p   to   4 5 . 4 %  o n   th e  Fas h io n MN I ST  d ataset.     3. 2 . 6.   A  co ncept ua l f ra m ewo rk   o f   o ptim iza t io n in f eder a t ed  lea rning   B ased   o n   th e  o p tim izatio n   ca r r ied   o u t  in   p r ev i o u s   s tu d ies,   it  is   p r o v en   to   b e   ab le  to   im p r o v e   FL   p er f o r m an ce   co m p ar e d   to   p r e - ex is tin g   s tan d ar d   al g o r ith m s .   So   if   th e  o p tim izatio n   m eth o d s   b ased   o n   th ese  d if f er en t  o b jectiv es  ar e  p u t  to g eth er ,   it  ca n   b e  g u ar a n teed   th at  FL's  p er f o r m an ce   will  b e  e v en   b etter   an d   m o r e   p er f ec t.  I n   o r d e r   to   p r o v e  t h at  o p tim izatio n   in   FL  ca n   also   b e  ca r r ied   o u t  o n   m o r e  th an   o n e  ap p r o ac h ,   s ev er a l   o th er   s tu d ies  h av e  also   b ee n   co n d u cted   s u c h   as  o p tim izatio n   in   f ed er ated   p r in cip al  c o m p o n en ts   an aly s is   ( PC A)   b ased   o n   Gr ass m an n   to   co v e r   p r i v ac y   c o n ce r n   an d   th e  s ca lab ilit y   o f   th e   lim ited   d ev ice  f o r   an o m aly   d etec tio n   in   I o T   Netwo r k s   [ 7 1 ] .   T h o s e  r esear c h   y ield s   d r as tically   r ed u cin g   th e   an al y s is   tim e  o f   th e  s y s tem .   No t  o n ly   th at,   p r iv ac y   co n ce r n   also   b e  o p tim ized   with   co n v er g en ce s   r ate  wh e n   th e   clien ts   h ad   b ee n   cl u s ter ed   in to   a  p e r v asiv e  s o cial  c o n n ec tio n   b e twee n   u s er s .   Ph o n g   et  a l .  [ 7 6 ]   p r o p o s ed   a   n o v el  s o ci al - awa r e  clu s ter ed   f ed er ated   lea r n in g   ( SC FL)   to   ac h iev e  th e   b est  p er f o r m a n ce   o f   FL  with o u t  s ac r if icin g   th e  m o d el  b ec a u s e  th e   n o is e  g iv en   f o r   p r iv ac y   co n ce r n   i n   d i f f er en tial  p r iv ac y .   E f f icien t   FL  co u ld   b e  ac h iev ab le  wh e n   th e   h eter o g en eity   an d   t h e  co n v er g en ce   r ate  h ad   b ee n   p r o v id ed   with   th e  b est  p e r f o r m an ce s .   On e  o f   th e   ch ar ac ter is tics   o f   n o n - I I D  d a ta  is   s tati s tical  h eter o g en eity   th at  co u ld   b e  s o lv e d   with   SGD   in   tr ad itio n al  ce n tr alize d   lear n i n g   [ 7 7 ] ,   B u t   in   th e   FL  s ettin g   s tatis tical  h eter o g en eity   h a d   b ec o m e   a  s ev er e  p r o b lem   th at   SGD  co u ld   n o t  s o lv e  an d   y ield s   d eg r ad atio n   o f   m o d el  p er f o r m an ce s   [ 7 8 ] .   So   it  ca n n o t  b e  d en ied   th at  s o lv in g   h eter o g en eity   p r o b lem s   will si m u ltan eo u s ly   in c r ea s e  th e  p er f o r m an ce   m o d el  as th e  c o n v er g en ce   r ate.   Fed C G  [ 7 9 ]   is   also   o n e  o f   th e  f r am ewo r k s   th at  p r o v e   E f f i cien t  FL  co u ld   b e   d ev elo p ed   with   m o r e   th an   o n e   g o al   o f   o p tim izatio n s .   Fed C G  u s in g   ad ap tiv e   c lien t  s elec tio n   an d   g r ad ien t  co m p r ess io n .   T h is   ap p r o ac h   s elec ts   a  r ep r esen t ativ e  clien t  r eg a r d in g   s tatis t ical  h eter o g e n eity ,   an d   af te r   tr ain in g   lo ca lly ,   co m p r ess ed   m o d el   u p d ates  wo u ld   b e   u p lo ad e d   with   m atch in g   th eir   ca p a b ilit ies  to   th e   p ar a m eter   s er v er   f o r   t h e   ag g r eg atio n   p h ase.   I n   a  m o b il e  wir eless   d ev ice,   a  s p ec tr u m   allo ca tio n   o p tim izatio n   was  d o n e  to   en h a n ce   FL,   m in im ize  tim e  co n s u m p tio n ,   an d   en s u r e  f ast  c o n v er g en ce s   b y   im p lem en ti n g   a   r o b u s t  d e v ice  s elec tio n   [ 8 0 ] .   Fed HP  is   also   p r o p o s ed   to   o v er co m e  h eter o g en eity   as  th e   cr itical  ch allen g e  o n   FL,   wh ich   in teg r ates  an   ad ap tiv e  co n tr o l  o f   lo ca l  u p d a tin g   f r eq u e n cy   an d   th e  n etwo r k   to p o l o g y   [ 8 1 ] .   Fed HP  s u cc e s s f u lly   r ed u ce d   th e   tim e  co m p etitio n   b y   ab o u t  5 1 %  an d   i n cr ea s ed   m o d el  ac cu r ac y   u p   to   5 %  i n   h ete r o g en eo u s   co n d itio n s .   Fu r th er m o r e ,   th e  p r ev io u s   r esear ch ,   wh ich   r eq u ir es  r e - weig h ts   lo ca l  u p d ates,  ca u s es  o th e r   ch allen g es  th at  as  p o o r er   o p tim a  o f   th e  clie n t  m o d el  wh en   it  is   in   m o r e   h eter o g en eo u s   c o n d itio n s   [ 8 2 ] .   Fed S k ip   is   th e  p r o p o s ed   m eth o d   b y   Fan   et  a l.   [ 8 2 ]   w h ich   co u ld   im p r o v e  th e  clien t   o p tim a  b y   s y s tem atica lly   s k ip p in g   Fed Av g   an d   s p r ea d in g   lo ca l  m o d els  to   th e  cr o s s   d ev ices.  I n   ad d itio n   t o   s o lv in g   s tatis tical  h eter o g en eity   p r o b lem s   an d   im p r o v in g   m o d el  p er f o r m an c e,   Fed Sk ip   h as  also   r ed u ce d   c o m m u n icatio n   r o u n d s   in   ca s es  with   m an y   clien ts ,   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       A   co n ce p tu a l a p p r o a ch   o f o p timiz a tio n   in   fed era ted   lea r n in g   ( F a r h a n n a   Ma r ’ i )   295   f o r   e x am p le,   o n   C I FAR - 1 0 0   d ata.   T h u s ,   to   f in d   an   ef f ec tiv e   an d   ef f icien t  c o m b in atio n   o f   o p tim izatio n s   in   FL,   th o r o u g h   test in g   o f   all  ty p es  o f   o p tim izatio n s   f o u n d   i n   p r ev i o u s   s tu d ies  is   r eq u ir ed ,   s o   th at   o p tim izatio n   in   FL   will b e  an   u p - a n d - c o m in g   r esear ch .   B ased   o n   th e   liter atu r e   s tu d ies   th at  h av e   b ee n   ca r r ied   o u t   o n   s ev er al  o p tim izatio n   ap p r o ac h es  to   FL ,  we  h av e  ca teg o r ized   in to   s ev er al  s u b - ca teg o r ies  b ased   o n   th e  o p tim izatio n   o b jectiv es  ac h iev ed ,   wh ich   ar e   C o m m u n icati o n   ef f icien cy ,   h eter o g en eity ,   s ca lab ilit y ,   p r iv ac y   an d   s ec u r ity ,   also   co n v er g en ce s ,   r ate.   I n   th is   s ec tio n ,   we  p r o p o s e  a  co n ce p tu al  f r am ewo r k   b ased   o n   t h o s e  o p tim izatio n s   in   th e  p r ev io u s   s tu d ies.  T h e  p r o p o s ed   co n ce p t u al  f r am ewo r k   is   b ased   o n   th e  im p lem e n tatio n   o f   o p tim izatio n   in   two   o b jects,  th at  is ,   th e  s er v er   an d   clien t  s id es.  I n   d etail,   th e  p r o p o s ed   co n ce p tu al   f r am ewo r k   o f   o p tim izatio n   FL   in   th is   s tu d y   is   d ep icted   in   Fig u r e  4 .   T h e   n ew  f o r m   in   o p tim izatio n   f o r   FL  to   o p tim ize  p er f o r m an ce   u s in g   s ev er al  ap p r o ac h es   f r o m   t h e  f iv e   asp ec ts   o f   FL  o p tim izatio n   n e ed s .   B esid es  th at,   th e  f r am ewo r k   also   d iv id es  th e  o p tim izatio n   in to   two   s id es:  clien ts   a n d   s e r v er s ,   b ased   o n   th e   im p lem e n tatio n   o f   o p tim izatio n   m et h o d s .   I n   p r ac tice,   t h is   f r am ewo r k   is   p o s s ib le  to   r u n ,   co n s id er in g   th at  ea ch   o p ti m izatio n   ap p r o ac h   h as  its   al g o r ith m   to   im p r o v e   d if f er en t  o p tim izatio n   asp ec ts   s o   th at  if   all  o f   t h ese  o p tim iza tio n   s tr ateg ies  ar e  im p lem en te d ,   it  will  p r o d u ce   a   p er f ec t  FL  s ettin g .   T h e r e  ar e   two   o p tio n al  f r am ewo r k s   o f   o p tim izatio n   in   FL,   as  d e p ic ted   in   Fig u r e   4 .   I n   co m m u n icatio n   ef f icien c y ,   t h e  SET   alg o r ith m   is   ex ec u te d   f o r   th e   f ir s t  tim e,   wh ic h   is   a  s ettin g   f o r   th e  d ee p   n eu r al  n etwo r k   u s ed   in   th e  lea r n in g   p r o ce s s ,   th en   Fed Net2 Net  o p tim izatio n   is   also   ex ec u ted   in   th e  clien t  ar ea   as  well  as  in   th e  lear n in g   s tag e  b y   p r o v id in g   a   co n d itio n   f o r   th e  p r eser v in g   t r an s f o r m ati o n   f u n ctio n .   Af te r   th at,   to   o v er co m e  th e  p r o b le m   o f   h eter o g e n eity ,   th er e  ar e  two   o p tio n s   th at  we  co u ld   ch o o s e  b etwe en   HFTL   u s in g   an   en d - to - e n d   s ec u r e  m u lti - p ar ty   lea r n in g   p r o to co l   an d   Fed KF  o n   two   s id es,  n am el y   s er v er s   a n d   clien ts   u s in g   k n o wled g e  f u s io n .           Fig u r e  4 .   C o n ce p tu al  f r a m ewo r k   o f   o p tim izatio n   i n   FL       FL  was  d esig n ed   to   ad d r ess   th e  p r iv ac y   an d   s ec u r ity   o f   d ata   u s ed   d u r in g   th e  ML   p r o ce s s .   Ho wev er ,   in   p r ac tice,   FL  s till   f ac es  s ec u r ity   th r ea ts   b ec a u s e,   af ter   all,   th e  lo ca l  tr ain i n g   r esu lts   m u s t  s till   b e  s en t  to   th e   s er v er   f o r   f u r t h er   g lo b al   ag g r e g atio n ,   in   h an d lin g   FL  as  well   ca n   b e  o p tim ized   to   h an d le  p r iv ac y   an d   s ec u r ity   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  288 - 2 9 9   296   u s in g   a  s ec u r e  ag g r eg atio n   p r o to co ls   m o d el.   I n   ad d itio n ,   th e  f u n d a m en tal  p r o b lem   f o r   FL   is   s ca lab ilit y   wh ich   ca n   also   b e  o p tim ized   t o   g et  t h e  b est  p er f o r m a n ce   u s in g   d e ce n tr alize d   weig h t  a g g r e g atio n   ( DeFL ) .   T h en ,   n o   less   im p o r tan t  is   th e  is s u e  o f   co n v er g en ce   r ate  b ec a u s e  FL  ca r r ies  o u t  th e  tr ain in g   p r o ce s s   s ep ar ately .   I n   g en er al,   th e   r esu ltin g   co n v er g en ce   r esu lts   ar e  d e f in itely   lo w er ,   s o   th is   is   also   an   im p o r ta n t  ch allen g e  f o r   FL,   o n e  o f   th e  o p tim izatio n   s tr ate g ies  th at  ca n   b e  im p lem en ted   is   b y   im p lem en tin g   Z er o FL  u s in g   a  h ig h ly   s p ar s e  o p er atio n   to   ac ce ler ate  o n - d ev ice  tr ain in g .   Ap ar t   f r o m   th at,   i n   o r d er   to   o p tim ize   th e  c o n v e r g en ce   lev el  b etter ,   Fed Ad p   o p er atio n s   ca n   also   b e  ad d ed   u s in g   Ad ap tiv e  W eig h tin g   b y   ass ig n in g   d if f er e n t  weig h ts   to   ea ch   d if f er en t  m o d el .   B ased   o n   t h e  p r o p o s ed   f r am ew o r k   o f   o p t im izatio n   in   FL ,   we  ca n   co n d u ct  ex p e r im en ts   to   p r o v e   h o w   th e  p er f o r m an ce   o f   v ar i o u s   o p tim izatio n   m eth o d s   is   ca r r ied   o u t  s im u ltan eo u s ly .   So   h o p e f u lly ,   we   ca n   f in d   t h e  b est f o r m   o f   o p ti m izatio n   f r o m   FL.       4.   CO NCLU SI O N     I n   m an y   p r ac tical   ap p licatio n s   o f   FL ,  v ar io u s   o p tim izati o n   tech n iq u es  h a v e  b e en   em p lo y ed   to   ad d r ess   th ese  is s u es,  u tili zin g   d if f er en t   m eth o d s   d ep e n d in g   o n   th e  s p ec if ic   g o als o r   o b jecti v es.  Op tim izin g   FL   is   a  k ey   ar ea   o f   r esear ch   th at  d r iv es  th e  ad v an ce m e n t  an d   e n h an ce m e n t  o f   FL  tech n iq u es   an d   m o d els.   T h is   r esear ch   h as   an aly ze d   h o w  o p tim izatio n   ca n   b e  m a d e  FL   p er f o r m s   b etter .  O u r   r esear ch   in d icate s   th at,   ac co r d in g   to   cu r r en t  s tu d ies ,  th e  o p tim izatio n   o f   FL   is   d iv id ed   in to   f i v e  f u n ctio n s   o f   o p tim izatio n ,   th at  ar e   r ed u cin g   co m m u n icatio n   c o s t  b etwe en   cu s to m er   a n d   d ata  ce n ter ,   s o lv in g   h eter o g en eity ,   p r iv ac y   an d   s ec u r ity   co n ce r n s ,   o v er c o m in g   s ca lab il ity ,   an d   in cr ea s in g   co n v er g en ce s   r ate.   T h is   r esear ch   h as  p r o p o s ed   a   co n ce p tu al  f r am ewo r k   f o r   d esig n i n g   an d   im p lem en tin g   o p tim izatio n   in   FL   b ased   o n   th e  s u cc ess f u l  o p tim izatio n   u s ed   in   p r ev io u s   s tu d ies   w ith   t h e  h o p e  th at  it  co u l d   b e   u s ed   to   o p t im ize  FL  wh ile  ad d r ess in g   f i v e  m ain   p r o b lem s .   T h er e  ar e  two   o p tio n al  f r am e wo r k s   f o r   o p tim izatio n   in   FL.   I n   ter m s   o f   co m m u n icatio n   e f f icien cy ,   th e  SET   alg o r ith m   is   f ir s t  ex ec u ted ,   wh ich   s ets  u p   th e  d ee p   n e u r al  n etwo r k   u s ed   in   t h e  lear n in g   p r o ce s s .   T h e n ,   Fed Net2 Net  o p tim izatio n   is   p er f o r m e d   b o th   o n   th e  clien t  s id e  an d   d u r in g   th e  lear n in g   s tag e,   with   a  co n d itio n   f o r   m ain tain i n g   th e  t r an s f o r m atio n   f u n ctio n .   T o   ad d r ess   th e  is s u e  o f   h eter o g en eity ,   th e r e  ar e  two   o p tio n s   to   ch o o s e  f r o m :  HFTL   u s in g   a n   en d - to - en d   s ec u r e  m u lti - p ar t y   lear n in g   p r o to c o l,  o r   Fed K F,  wh ich   in v o lv es  Kn o wled g e  Fu s io n   o n   b o th   s er v er s   an d   clien ts .   Fo r   f u t u r e  wo r k s ,   it  is   n e ce s s ar y   to   p r o v e   wh eth er   th e  co m b in atio n   o f   o p tim izatio n s   p r o p o s ed   in   th is   r esear ch   ca n   i m p r o v e   th e  p e r f o r m an ce   o f   FL .       RE F E R E NC E S     [ 1 ]   P .   C h o u ,   H .   H .   C .   C h u a n g ,   Y .   C .   C h o u ,   a n d   T .   P .   Li a n g ,   “ P r e d i c t i v e   a n a l y t i c s  f o r   c u st o mer   r e p u r c h a se :   I n t e r d i sc i p l i n a r y   i n t e g r a t i o n   o f   b u y   t i l l   y o u   d i e   mo d e l i n g   a n d   m a c h i n e   l e a r n i n g , ”   E u ro p e a n   J o u rn a l   o f   O p e r a t i o n a l   R e se a rc h ,   v o l .   2 9 6 ,   n o .   2 ,   p p .   6 3 5 – 6 5 1 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e j o r . 2 0 2 1 . 0 4 . 0 2 1 .   [ 2 ]   E.   S a m u n d e r u   a n d   M .   F a r r u g i a ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   w i t h   a p p l i c a t i o n s  p r e d i c t i n g   c u s t o mer  p u r p o s e   o f   t r a v e l   i n   a   l o w - c o s t   t r a v e l   e n v i r o n m e n t   —   a   ma c h i n e   l e a r n i n g   a p p r o a c h , ”   M a c h i n e   L e a r n i n g   w i t h   Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   9 ,   n o .   A p r i l   2 0 2 1 ,   p .   1 0 0 3 7 9 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . ml w a . 2 0 2 2 . 1 0 0 3 7 9 .   [ 3 ]   Z.   X u ,   G .   Zh u ,   N .   M e t a w a ,   a n d   Q .   Z h o u ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   b a se d   c u st o mer   me t a - c o m b i n a t i o n   b r a n d   e q u i t y   a n a l y s i s   f o r   mark e t i n g   b e h a v i o r   e v a l u a t i o n , ”   I n f o rm a t i o n   Pr o c e ssi n g   a n d   Ma n a g e m e n t ,   v o l .   5 9 ,   n o .   1 ,   p .   1 0 2 8 0 0 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i p m. 2 0 2 1 . 1 0 2 8 0 0 .   [ 4 ]   G .   P a n g e st u ,   F .   M a r ’ I ,   F .   A .   B a c h t i a r ,   a n d   F .   I .   M a u l a n a ,   “ T h e   h e r o n   f o r m u l a   a p p r o a c h   f o r   h e a d   m o v e me n t s  d e t e c t i o n   f o r   st u d e n t  f o c u s  d e t e c t i o n   d u r i n g   p a n d e mi c   o n l i n e   c l a ss , ”   Pr o c e e d i n g s  o f   2 0 2 1   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   I n f o rm a t i o n   Ma n a g e m e n t   a n d   T e c h n o l o g y ,   I C I MT e c h   2 0 2 1 ,   n o .   A u g u st ,   p p .   6 7 8 – 6 8 3 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C I M Te c h 5 3 0 8 0 . 2 0 2 1 . 9 5 3 5 0 6 5 .   [ 5 ]   F .   M a r ’ i   a n d   A .   A .   S u p i a n t o ,   “ C l u st e r i n g   c r e d i t   c a r d   h o l d e r s   b a se d   o n   b i l l   p a y m e n t s u s i n g   i m p r o v e d   K - mea n s   w i t h   p a r t i c l e   sw a r m   o p t i m i z a t i o n , ”   J u r n a l   T e k n o l o g i   I n f o r m a si   d a n   I l m u   K o m p u t e r ,   v o l .   5 ,   n o .   6 ,   p p .   7 3 7 – 7 4 4 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 2 5 1 2 6 / j t i i k . 2 0 1 8 5 8 5 8 .   [ 6 ]   G D P R ,   “ G e n e r a l   d a t a   p r o t e c t i o n   r e g u l a t i o n   ( G D P R )   –   o f f i c i a l   l e g a l   t e x t , ”   G e n e ra l   D a t a   Pr o t e c t i o n   R e g u l a t i o n .   p p .   1 – 9 9 ,   2 0 1 8 .   [ 7 ]   W .   Y .   B .   Li m  e t   a l . ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g   i n   mo b i l e   e d g e   n e t w o r k s:   a   c o m p r e h e n s i v e   s u r v e y , ”   I E EE  C o m m u n i c a t i o n s   S u rv e y s   a n d   T u t o ri a l s ,   v o l .   2 2 ,   n o .   3 ,   p p .   2 0 3 1 – 2 0 6 3 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C O M S T. 2 0 2 0 . 2 9 8 6 0 2 4 .   [ 8 ]   D .   U p r e t i ,   H .   K i m,  E.   Y a n g ,   a n d   C .   S e o ,   “ D e f e n d i n g   a g a i n s t   l a b e l - f l i p p i n g   a t t a c k s   i n   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   s y st e ms  u s i n g   u n i f o r m   man i f o l d   a p p r o x i ma t i o n   a n d   p r o j e c t i o n , ”   I A ES   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   p p .   4 5 9 – 4 6 6 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j a i . v 1 3 . i 1 . p p 4 5 9 - 4 6 6 .   [ 9 ]   M .   C h e n   a n d   D .   K .   H a l i m,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   sc a m  c l a ssi f i c a t i o n   i n   sma l l   I n d o n e si a n   l a n g u a g e   d a t a se t :   a n   i n i t i a l   st u d y , ”   I n d o n e si a n   J o u r n a l   o f   El e c t ri c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   3 0 ,   n o .   1 ,   p p .   3 2 5 – 3 3 1 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s. v 3 0 . i 1 . p p 3 2 5 - 3 3 1 .   [ 1 0 ]   M .   N .   M e q d a d ,   A .   H .   H u sse i n ,   S .   O .   H u sa i n ,   a n d   A .   M .   J a w a d ,   “ C l a ss i f i c a t i o n   o f   e l e c t r o c a r d i o g r a m  si g n a l s  b a sed   o n   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   a n d   a   g a u ssi a n   mu l t i v a r i a t e   a g g r e g a t i o n   mo d u l e , ”   I n d o n e s i a n   J o u rn a l   o f   E l e c t r i c a l   En g i n e e r i n g   a n d   C o m p u t e r  S c i e n c e ,  v o l .   3 0 ,   n o .   2 ,   p p .   9 3 6 – 9 4 3 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s. v 3 0 . i 2 . p p 9 3 6 - 9 4 3 .   [ 1 1 ]   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 , ”   F o u n d a t i o n s  a n d   T ren 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 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 5 6 1 / 2 2 0 0 0 0 0 0 8 3 .   [ 1 2 ]   D .   L i ,   Z.   L u o ,   a n d   B .   C a o ,   “ B l o c k c h a i n - b a se d   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   me t h o d o l o g i e s   i n   smar t   e n v i r o n me n t s , ”   C l u s t e r   C o m p u t i n g ,   v o l .   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 0 5 8 6 - 0 2 1 - 0 3 4 2 4 - y.   [ 1 3 ]   R .   C .   G e y e r ,   T .   K l e i n ,   a n d   M .   N a b i ,   “ D i f f e r e n t i a l l y   p r i v a t e   f e d e r a t e d   l e a r n i n g :   a   c l i e n t   l e v e l   p e r s p e c t i v e , ”   n o .   N i p s,   p p .   1 – 7 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 1 7 1 2 . 0 7 5 5 7 .   [ 1 4 ]   J.  W a n g   e t   a l . ,   “ A   f i e l d   g u i d e   t o   f e d e r a t e d   o p t i m i z a t i o n , ”   a rX i v   p re p ri n t   a rXi v : 2 1 0 7 . 0 6 9 1 7 ,   p p .   1 – 8 8 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 2 1 0 7 . 0 6 9 1 7 .   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       A   co n ce p tu a l a p p r o a ch   o f o p timiz a tio n   in   fed era ted   lea r n in g   ( F a r h a n n a   Ma r ’ i )   297     [ 1 5 ]   Y .   M .   S a p u t r a   a n d   G .   A l f i a n ,   “ P r i v a c y   a w a r e - b a se d   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   f r a mew o r k   f o r   d a t a   s h a r i n g   p r o t e c t i o n   o f   i n t e r n e t   o f   t h i n g s   d e v i c e s, ”   I n d o n e s i a n   J o u rn a l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e ri n g   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   3 1 ,   n o .   2 ,   p p .   9 7 9 – 9 8 5 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s. v 3 1 . i 2 . p p 9 7 9 - 9 8 5 .   [ 1 6 ]   D .   C .   N g u y e n ,   P .   N .   P a t h i r a n a ,   M .   D i n g ,   a n d   A .   S e n e v i r a t n e ,   “ B l o c k c h a i n   f o r   5 G   a n d   b e y o n d   n e t w o r k s:   A   st a t e   o f   t h e   a r t   s u r v e y , ”   J o u rn a l   o f   N e t w o rk   a n d   C o m p u t e r   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   1 6 6 ,   n o .   A p r i l ,   p .   1 0 2 6 9 3 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j n c a . 2 0 2 0 . 1 0 2 6 9 3 .   [ 1 7 ]   A .   H a r d   e t   a l . ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   mo b i l e   k e y b o a r d   p r e d i c t i o n , ”   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 1 8 1 1 . 0 3 6 0 4 .   [ 1 8 ]   G o o g l e ,   “ Y o u r   v o i c e   &   a u d i o   d a t a   s t a y s  p r i v a t e   w h i l e   G o o g l e   A ssi s t a n t   i m p r o v e s  -   G o o g l e   A ss i st a n t   H e l p , ”   2 0 2 1 .   [ 1 9 ]   A p p l e ,   “ D e s i g n i n g   f o r   P r i v a c y   -   W W D C   2 0 1 9   -   V i d e o s  -   A p p l e   D e v e l o p e r , ”   2 0 1 9 .   [ 2 0 ]   E.   D a r z i d e h k a l a n i ,   M .   G h a sem i - r a d ,   a n d   P .   m .   a .   v a n   O o i j e n ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g   i n   m e d i c a l   i ma g i n g :   P a r t   I I :   met h o d s ,   c h a l l e n g e s,  a n d   c o n s i d e r a t i o n s , ”   J o u r n a l   o f   t h e   Am e r i c a n   C o l l e g e   o f   R a d i o l o g y ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j a c r . 2 0 2 2 . 0 3 . 0 1 6 .   [ 2 1 ]   W e B a n k ,   “ U t i l i z a t i o n   o f   F A T E   i n   a n t i   mo n e y   l a u n d e r i n g   t h r o u g h   mu l t i p l e   b a n k s , ”   p .   2 0 2 0 ,   2 0 2 0   [ o n l i n e ] :   h t t p s : / / w w w . f e d a i . o r g / c a s e s/ u t i l i z a t i o n - of - f a t e - in - a n t i - mo n e y - l a u n d e r i n g - t h r o u g h - m u l t i p l e - b a n k s /   [ 2 2 ]   I n t e l ,   “ I n t e l   a n d   c o n s i l i e n t   j o i n   f o r c e s  t o   f i g h t   f i n a n c i a l   f r a u d   w i t h   A I , ”   [ o n l i n e ] :   h t t p s : / / w w w . i n t e l . c o m/ c o n t e n t / w w w / u s/ e n / n e w sr o o m/ n e w s/ f i g h t - f i n a n c i a l - f r a u d - a i . h t ml # g s . f 4 p o 7 2   [ 2 3 ]   J.  K o n e č n ý ,   B .   M c M a h a n ,   a n d   D .   R a ma g e ,   “ F e d e r a t e d   o p t i mi z a t i o n :   d i st r i b u t e d   o p t i mi z a t i o n   b e y o n d   t h e   d a t a c e n t e r , ”   a rX i v   p re p ri n t   a rXi v : 1 5 1 1 . 0 3 5 7 5 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 5 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 1 5 1 1 . 0 3 5 7 5 .   [ 2 4 ]   E.   Je o n g ,   S .   O h ,   H .   K i m,   J.  P a r k ,   M .   B e n n i s,  a n d   S . - L.   K i m,   “ C o mm u n i c a t i o n - e f f i c i e n t   o n - d e v i c e   ma c h i n e   l e a r n i n g :   f e d e r a t e d   d i s t i l l a t i o n   a n d   a u g me n t a t i o n   u n d e r   n o n - I I D   p r i v a t e   d a t a , ”   n o .   N i p s ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 1 8 1 1 . 1 1 4 7 9 .   [ 2 5 ]   S .   R e d d i   e t   a l . ,   “ A d a p t i v e   f e d e r a t e d   o p t i mi z a t i o n , ”   a r Xi v   p re p ri n t   a r Xi v : 2 0 0 3 . 0 0 2 9 5 ,   n o .   2 ,   p p .   1 – 3 8 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 2 0 0 3 . 0 0 2 9 5 .   [ 2 6 ]   F .   M a r ’ i ,   A .   A .   S u p i a n t o ,   a n d   F .   A .   B a c h t i a r ,   “ C o mp a r i s o n   o f   f e d e r a t e d   a n d   c e n t r a l i z e d   l e a r n i n g   f o r   i m a g e   c l a ss i f i c a t i o n , ”   C o m p u t e r   S c i e n c e   Re s e a r c h ,   Em b e d d e d   S y st e m s   a n d   L o g i c ,   v o l .   1 1 ,   n o .   2 2 5 ,   p p .   3 9 3 – 4 0 0 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 5 5 8 / p i k s e l . v 1 1 i 2 . 7 3 6 7 .   [ 2 7 ]   H .   W a n g ,   Z .   K a p l a n ,   D .   N i u ,   a n d   B .   Li ,   “ O p t i m i z i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   o n   N o n - I I D   d a t a   w i t h   r e i n f o r c e me n t   l e a r n i n g , ”   Pro c e e d i n g s  -   I E EE  I N FO C O M ,   v o l .   2 0 2 0 - Ju l y ,   p p .   1 6 9 8 – 1 7 0 7 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I N F O C O M 4 1 0 4 3 . 2 0 2 0 . 9 1 5 5 4 9 4 .   [ 2 8 ]   M .   S a f a r y a n ,   R .   I sl a m o v ,   X .   Q i a n ,   a n d   P .   R i c h t á r i k ,   “ F e d N L:   ma k i n g   n e w t o n - t y p e   me t h o d s  a p p l i c a b l e   t o   f e d e r a t e d   l e a r n i n g , ”   a rXi v   p re p r i n t   a rXi v : 2 1 0 6 . 0 2 9 6 9 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 2 1 0 6 . 0 2 9 6 9 .   [ 2 9 ]   H .   Zh u   a n d   Y .   J i n ,   “ M u l t i - o b j e c t i v e   e v o l u t i o n a r y   f e d e r a t e d   l e a r n i n g , ”   I EEE  T ra n s a c t i o n s  o n   N e u r a l   N e t w o rks  a n d   L e a r n i n g   S y s t e m s ,   v o l .   3 1 ,   n o .   4 ,   p p .   1 3 1 0 – 1 3 2 2 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TN N LS . 2 0 1 9 . 2 9 1 9 6 9 9 .   [ 3 0 ]   R .   K a n a g a v e l u   e t   a l . ,   “ C E - F e d :   c o m mu n i c a t i o n   e f f i c i e n t   m u l t i - p a r t y   c o m p u t a t i o n   e n a b l e d   f e d e r a t e d   l e a r n i n g , ”   Arra y ,   v o l .   1 5 ,   n o .   Ju n e ,   p .   1 0 0 2 0 7 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a r r a y . 2 0 2 2 . 1 0 0 2 0 7 .   [ 3 1 ]   Z.   Li n ,   G .   S .   M e m b e r ,   a n d   H .   L i u ,   “ C F LI T  :   c o e x i st i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   a n d   i n f o r ma t i o n   t r a n sf e r , ”   I E EE   T ra n s a c t i o n s  o n   Wi re l e ss   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   2 2 ,   n o .   1 1 ,   p p .   8 4 3 6 – 8 4 5 3 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TW C . 2 0 2 3 . 3 2 6 3 1 4 8 .   [ 3 2 ]   X .   D o n g ,   S .   Q .   Z h a n g ,   A .   L i ,   a n d   H .   T.   K u n g ,   “ S p h e r e F e d :   h y p e r s p h e r i c a l   f e d e r a t e d   l e a r n i n g , ”   I n   Eu r o p e a n   C o n f e re n c e   o n   C o m p u t e r   Vi s i o n ,   n o .   i ,   p p .   1 – 3 0 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 2 2 0 7 . 0 9 4 1 3 .   [ 3 3 ]   D .   Jh u n j h u n w a l a ,   “ F e d V A R P   :   t a c k l i n g   t h e   v a r i a n c e   d u e   t o   p a r t i a l   c l i e n t   p a r t i c i p a t i o n , ”   I n   U n c e r t a i n t y   i n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   n o .   U a i ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 2 2 0 7 . 1 4 1 3 0 .   [ 3 4 ]   J.  K o n e č n ý ,   H .   B .   M c M a h a n ,   D .   R a mag e ,   a n d   P .   R i c h t á r i k ,   “ F e d e r a t e d   o p t i mi z a t i o n :   d i s t r i b u t e d   ma c h i n e   l e a r n i n g   f o r   o n - d e v i c e   i n t e l l i g e n c e , ”   a rX i v   p re p r i n t   a rX i v : 1 6 1 0 . 0 2 5 2 7 ,   p p .   1 – 3 8 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 1 6 1 0 . 0 2 5 2 7 .   [ 3 5 ]   J.  H a n   a n d   Y .   H a n ,   “ D e F L  :   d e c e n t r a l i z e d   w e i g h t   a g g r e g a t i o n   f o r   c r o ss - s i l o   f e d e r a t e d   l e a r n i n g , ”   a rXi v   p r e p r i n t   a rXi v : 2 2 0 8 . 0 0 8 4 8 ,   v o l .   A u g u s t ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 2 2 0 8 . 0 0 8 4 8 .   [ 3 6 ]   X .   M a ,   H .   S u n ,   R .   Q .   H u ,   a n d   Y .   Q i a n ,   “ A   n e w   i m p l e m e n t a t i o n   o f   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   p r i v a c y   a n d   s e c u r i t y   e n h a n c e m e n t , ”   I n   G L O BEC O M  2 0 2 2 - 2 0 2 2   I EEE   G l o b a l   C o m m u n i c a t i o n s  C o n f e re n c e ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 2 2 0 8 . 0 1 8 2 6 .   [ 3 7 ]   C .   X i e ,   P . - Y .   C h e n ,   C .   Zh a n g ,   a n d   B .   Li ,   “ I mp r o v i n g   p r i v a c y - p r e s e r v i n g   v e r t i c a l   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   b y   e f f i c i e n t   c o mm u n i c a t i o n   w i t h   A D M M , ”   I n   2 0 2 4   I EEE   C o n f e re n c e   o n   S e c u re   a n d   T r u st w o rt h y   M a c h i n e   L e a rn i n g   ( S a T ML) ,   p p .   1 – 2 2 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 2 2 0 7 . 1 0 2 2 6 .   [ 3 8 ]   P .   A n t u n e s,  N .   H .   T h u a n ,   D .   J o h n st o n e ,   a n d   N .   H o a n g ,   “ N a t u r e   a n d   p u r p o s e   o f   c o n c e p t u a l   f r a m e w o r k s  i n   d e s i g n   sc i e n c e , ”   S c a n d i n a v i a n   J o u r n a l   o f   I n f o rm a t i o n   S y s t e m s ,   v o l .   3 3 ,   n o .   2 ,   p p .   5 9 – 9 6 ,   2 0 2 1 .   [ 3 9 ]   H .   B .   M c M a h a n ,   E .   M o o r e ,   D .   R a m a g e ,   S .   H a mp s o n ,   a n d   B .   A .   y   A r c a s ,   “ C o mm u n i c a t i o n - e f f i c i e n t   l e a r n i n g   o f   d e e p   n e t w o r k   f r o m  d e c e n t r a l i z e d   d a t a , ”   i n   2 0 t h   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Ar t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   S t a t i s t i c s  ( AI S T AT S ) ,   2 0 1 7 ,   v o l .   5 4 ,   p .   1 0 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 1 6 0 2 . 0 5 6 2 9 .   [ 4 0 ]   J.  K o n e č n ý ,   H .   B .   M c M a h a n ,   F .   X .   Y u ,   P .   R i c h t á r i k ,   A .   T .   S u r e s h ,   a n d   D .   B a c o n ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g :   s t r a t e g i e s  f o r   i mp r o v i n g   c o mm u n i c a t i o n   e f f i c i e n c y , ”   a rX i v   p r e p ri n t   a r Xi v : 1 6 1 0 . 0 5 4 9 2 ,   p p .   1 – 1 0 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 1 6 1 0 . 0 5 4 9 2 .   [ 4 1 ]   M .   L u b i s  a n d   D .   O .   D .   H a n d a y a n i ,   “ Th e   r e l a t i o n s h i p   o f   p e r s o n a l   d a t a   p r o t e c t i o n   t o w a r d s  i n t e r n e t   a d d i c t i o n :   C y b e r   c r i m e s,   p o r n o g r a p h y   a n d   r e d u c e d   p h y si c a l   a c t i v i t y , ”   Pr o c e d i a   C o m p u t e r  S c i e n c e ,   v o l .   1 9 7 ,   n o .   2 0 2 1 ,   p p .   1 5 1 – 1 6 1 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . p r o c s . 2 0 2 1 . 1 2 . 1 2 9 .   [ 4 2 ]   W h i t e   H o u se,   “ C o n su mer d a t a   p r i v a c y   i n   a   n e t w o r k e d   w o r l d :   a   f r a m e w o r k   f o r   p r o t e c t i n g   p r i v a c y   a n d   p r o m o t i n g   i n n o v a t i o n   i n   t h e   g l o b a l   d i g i t a l   e c o n o my   w h i t e   h o u se   r e p o r t   *   f o r e w o r d , ”   J o u r n a l   o f   Pr i v a c y   a n d   C o n f i d e n t i a l i t y ,   v o l .   4 ,   n o .   2 ,   p p .   9 5 – 1 4 2 ,   2 0 1 2 .   [ 4 3 ]   K .   B o g a c k a ,   K .   W .   M i c h i n i e w s k a ,   M .   P a p r z y c k i ,   M .   G .   A n a t a s y i a   D a n i l e n k a ,   L.   T a ssa k o s ,   a n d   E.   G a r r o ,   “ I n t r o d u c i n g   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   i n t o   i n t e r n e t   o f   t h i n g s  e c o sy s t e m s  –   p r e l i mi n a r y   c o n s i d e r a t i o n s , ”   a rX i v ,   n o .   i ,   p .   7 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / W F - I o T5 4 3 8 2 . 2 0 2 2 . 1 0 1 5 2 1 4 2 .   [ 4 4 ]   G l o b a l d o t s ,   “ 4 1 . 6   B i l l i o n   I o T  d e v i c e s   w i l l   b e   g e n e r a t i n g   7 9 . 4   Ze t t a b y t e s   o f   d a t a   i n   2 0 2 5 , ”   2 0 1 9 ,   [ o n l i n e ] :   h t t p s : / / w w w . g l o b a l d o t s. c o m / r e s o u r c e s/ b l o g / 4 1 - 6 - b i l l i o n - i o t - d e v i c e s - w i l l - be - g e n e r a t i n g - 79 - 4 - z e t t a b y t e s - of - d a t a - in - 2 0 2 5 /   [ 4 5 ]   L.   U .   K h a n ,   W .   S a a d ,   Z .   H a n ,   E .   H o ssa i n ,   C .   S e o n   H o n g ,   a n d   S .   M e m b e r ,   “ F e d e r a t e d   l e a r n i n g   f o r   i n t e r n e t   o f   t h i n g s :   r e c e n t   a d v a n c e s,  t a x o n o m y ,   a n d   o p e n   c h a l l e n g e s, ”   I EE E  C o m m u n i c a t i o n s   S u rv e y s   a n d   T u t o ri a l s ,   p p .   1 – 4 1 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 2 0 0 9 . 1 3 0 1 2 .   [ 4 6 ]   H .   B .   M c M a h a n ,   E.   M o o r e ,   D .   R a m a g e ,   S .   H a m p s o n ,   a n d   B .   A .   y   A r c a s ,   “ C o mm u n i c a t i o n - e f f i c i e n t   l e a r n i n g   o f   d e e p   n e t w o r k s   f r o m  d e c e n t r a l i z e d   d a t a , ”   Pr o c e e d i n g s  o f   t h e   2 0 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   S t a t i st i c s,   AI S T ATS   2 0 1 7 ,   v o l .   5 4 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 1 6 0 2 . 0 5 6 2 9 .   [ 4 7 ]   R .   S h o k r i   a n d   V .   S h mat i k o v ,   “ P r i v a c y - p r e ser v i n g   d e e p   l e a r n i n g , ”   2 0 1 5   5 3 r d   A n n u a l   Al l e r t o n   C o n f e re n c e   o n   C o m m u n i c a t i o n ,   C o n t r o l ,   a n d   C o m p u t i n g ,   A l l e rt o n   2 0 1 5 ,   p p .   9 0 9 – 9 1 0 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A LLER TO N . 2 0 1 5 . 7 4 4 7 1 0 3 .   [ 4 8 ]   H .   Z h a o ,   Z.   Li ,   a n d   P .   R i c h t á r i k ,   “ F e d P A G E:   A   f a st   l o c a l   st o c h a s t i c   g r a d i e n t   met h o d   f o r   c o mm u n i c a t i o n - e f f i c i e n t   f e d e r a t e d   l e a r n i n g , ”   a r Xi v   p re p ri n t   a r Xi v : 2 1 0 8 . 0 4 7 5 5 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 2 1 0 8 . 0 4 7 5 5 .   [ 4 9 ]   H .   Y u a n   a n d   T.   M a ,   “ F e d e r a t e d   a c c e l e r a t e d   st o c h a st i c   g r a d i e n t   d e sce n t , ”   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 .   2 0 2 0 - D e c e m,   n o .   N e u r I P S ,   p p .   1 – 1 3 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 4 8 5 5 0 / a r X i v . 2 0 0 6 . 0 8 9 5 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.