联合学习（FL）是一个有前途的分布式框架，用于协作人工智能模型培训，同时保护用户隐私。引起大量研究关注的引导组件是激励机制刺激佛罗里达用户协作的设计。大多数作品采用以经纪人为中心的方法来帮助中央运营商吸引参与者并进一步获得训练有素的模型。很少有作品认为参与者之间以参与者为中心的合作来追求其共同利益的FL模型，这会引起以经纪人FL的激励机制设计的显着差异。为了协调自私和异质参与者，我们提出了一个新颖的分析框架，以激励以参与者为中心的FL有效，有效的合作。具体而言，我们分别提出了两个新型游戏模型，用于贡献符合贡献的FL（COFL）和贡献感知的FL（CAFL），后者在其中实现了最低贡献阈值机制。我们进一步分析了COFL和CAFL游戏的NASH平衡的独特性和存在，并设计有效的算法以实现平衡溶液。广泛的绩效评估表明，COFL中存在自由骑行现象，通过采用CAFL模型具有优化的最低阈值，可以极大地缓解这种现象。

联邦学习（FL）变得流行，并在训练大型机器学习（ML）模型的情况下表现出很大的潜力，而不会使所有者的原始数据曝光。在FL中，数据所有者可以根据其本地数据培训ML模型，并且仅将模型更新发送到模型更新，而不是原始数据到模型所有者进行聚合。为了提高模型准确性和培训完成时间的学习绩效，招募足够的参与者至关重要。同时，数据所有者是理性的，可能不愿意由于资源消耗而参与协作学习过程。为了解决这些问题，最近有各种作品旨在激励数据业主贡献其资源。在本文中，我们为文献中提出的经济和游戏理论方法提供了全面的审查，以设计刺激数据业主参加流程培训过程的各种计划。特别是，我们首先在激励机制设计中常用的佛罗里达州的基础和背景，经济理论。然后，我们审查博弈理论和经济方法应用于FL的激励机制的应用。最后，我们突出了一些开放的问题和未来关于FL激励机制设计的研究方向。

In recent years, mobile devices are equipped with increasingly advanced sensing and computing capabilities. Coupled with advancements in Deep Learning (DL), this opens up countless possibilities for meaningful applications, e.g., for medical purposes and in vehicular networks. Traditional cloudbased Machine Learning (ML) approaches require the data to be centralized in a cloud server or data center. However, this results in critical issues related to unacceptable latency and communication inefficiency. To this end, Mobile Edge Computing (MEC) has been proposed to bring intelligence closer to the edge, where data is produced. However, conventional enabling technologies for ML at mobile edge networks still require personal data to be shared with external parties, e.g., edge servers. Recently, in light of increasingly stringent data privacy legislations and growing privacy concerns, the concept of Federated Learning (FL) has been introduced. In FL, end devices use their local data to train an ML model required by the server. The end devices then send the model updates rather than raw data to the server for aggregation. FL can serve as an enabling technology in mobile edge networks since it enables the collaborative training of an ML model and also enables DL for mobile edge network optimization. However, in a large-scale and complex mobile edge network, heterogeneous devices with varying constraints are involved. This raises challenges of communication costs, resource allocation, and privacy and security in the implementation of FL at scale. In this survey, we begin with an introduction to the background and fundamentals of FL. Then, we highlight the aforementioned challenges of FL implementation and review existing solutions. Furthermore, we present the applications of FL for mobile edge network optimization. Finally, we discuss the important challenges and future research directions in FL.

A key feature of federated learning (FL) is to preserve the data privacy of end users. However, there still exist potential privacy leakage in exchanging gradients under FL. As a result, recent research often explores the differential privacy (DP) approaches to add noises to the computing results to address privacy concerns with low overheads, which however degrade the model performance. In this paper, we strike the balance of data privacy and efficiency by utilizing the pervasive social connections between users. Specifically, we propose SCFL, a novel Social-aware Clustered Federated Learning scheme, where mutually trusted individuals can freely form a social cluster and aggregate their raw model updates (e.g., gradients) inside each cluster before uploading to the cloud for global aggregation. By mixing model updates in a social group, adversaries can only eavesdrop the social-layer combined results, but not the privacy of individuals. We unfold the design of SCFL in three steps. \emph{i) Stable social cluster formation. Considering users' heterogeneous training samples and data distributions, we formulate the optimal social cluster formation problem as a federation game and devise a fair revenue allocation mechanism to resist free-riders. ii) Differentiated trust-privacy mapping}. For the clusters with low mutual trust, we design a customizable privacy preservation mechanism to adaptively sanitize participants' model updates depending on social trust degrees. iii) Distributed convergence}. A distributed two-sided matching algorithm is devised to attain an optimized disjoint partition with Nash-stable convergence. Experiments on Facebook network and MNIST/CIFAR-10 datasets validate that our SCFL can effectively enhance learning utility, improve user payoff, and enforce customizable privacy protection.

GTFLAT, as a game theory-based add-on, addresses an important research question: How can a federated learning algorithm achieve better performance and training efficiency by setting more effective adaptive weights for averaging in the model aggregation phase? The main objectives for the ideal method of answering the question are: (1) empowering federated learning algorithms to reach better performance in fewer communication rounds, notably in the face of heterogeneous scenarios, and last but not least, (2) being easy to use alongside the state-of-the-art federated learning algorithms as a new module. To this end, GTFLAT models the averaging task as a strategic game among active users. Then it proposes a systematic solution based on the population game and evolutionary dynamics to find the equilibrium. In contrast with existing approaches that impose the weights on the participants, GTFLAT concludes a self-enforcement agreement among clients in a way that none of them is motivated to deviate from it individually. The results reveal that, on average, using GTFLAT increases the top-1 test accuracy by 1.38%, while it needs 21.06% fewer communication rounds to reach the accuracy.

联邦学习（FL）的最新进展为大规模的分布式客户带来了大规模的机器学习机会，具有绩效和数据隐私保障。然而，大多数当前的工作只关注FL中央控制器的兴趣，忽略了客户的利益。这可能导致不公平，阻碍客户积极参与学习过程并损害整个流动系统的可持续性。因此，在佛罗里达州确保公平的主题吸引了大量的研究兴趣。近年来，已经提出了各种公平知识的FL（FAFL）方法，以努力实现不同观点的流体公平。但是，没有全面的调查，帮助读者能够深入了解这种跨学科领域。本文旨在提供这样的调查。通过审查本领域现有文献所采用的基本和简化的假设，提出了涵盖FL的主要步骤的FAFL方法的分类，包括客户选择，优化，贡献评估和激励分配。此外，我们讨论了实验评估FAFL方法表现的主要指标，并建议了一些未来的未来研究方向。

The advent of Federated Learning (FL) has ignited a new paradigm for parallel and confidential decentralized Machine Learning (ML) with the potential of utilizing the computational power of a vast number of IoT, mobile and edge devices without data leaving the respective device, ensuring privacy by design. Yet, in order to scale this new paradigm beyond small groups of already entrusted entities towards mass adoption, the Federated Learning Framework (FLF) has to become (i) truly decentralized and (ii) participants have to be incentivized. This is the first systematic literature review analyzing holistic FLFs in the domain of both, decentralized and incentivized federated learning. 422 publications were retrieved, by querying 12 major scientific databases. Finally, 40 articles remained after a systematic review and filtering process for in-depth examination. Although having massive potential to direct the future of a more distributed and secure AI, none of the analyzed FLF is production-ready. The approaches vary heavily in terms of use-cases, system design, solved issues and thoroughness. We are the first to provide a systematic approach to classify and quantify differences between FLF, exposing limitations of current works and derive future directions for research in this novel domain.

联邦元学习（FML）已成为应对当今边缘学习竞技场中的数据限制和异质性挑战的承诺范式。然而，其性能通常受到缓慢的收敛性和相应的低通信效率的限制。此外，由于可用的无线电频谱和物联网设备的能量容量通常不足，因此在在实际无线网络中部署FML时，控制资源分配和能量消耗是至关重要的。为了克服挑战，在本文中，我们严格地分析了每个设备对每轮全球损失减少的贡献，并使用非统一的设备选择方案开发FML算法（称为Nufm）以加速收敛。之后，我们制定了集成NuFM在多通道无线系统中的资源分配问题，共同提高收敛速率并最小化壁钟时间以及能量成本。通过逐步解构原始问题，我们设计了一个联合设备选择和资源分配策略，以解决理论保证问题。此外，我们表明Nufm的计算复杂性可以通过$ O（d ^ 2）$至$ o（d）$（使用模型维度$ d $）通过组合两个一阶近似技术来降低。广泛的仿真结果表明，与现有基线相比，所提出的方法的有效性和优越性。

Federated learning (FL) has achieved great success as a privacy-preserving distributed training paradigm, where many edge devices collaboratively train a machine learning model by sharing the model updates instead of the raw data with a server. However, the heterogeneous computational and communication resources of edge devices give rise to stragglers that significantly decelerate the training process. To mitigate this issue, we propose a novel FL framework named stochastic coded federated learning (SCFL) that leverages coded computing techniques. In SCFL, before the training process starts, each edge device uploads a privacy-preserving coded dataset to the server, which is generated by adding Gaussian noise to the projected local dataset. During training, the server computes gradients on the global coded dataset to compensate for the missing model updates of the straggling devices. We design a gradient aggregation scheme to ensure that the aggregated model update is an unbiased estimate of the desired global update. Moreover, this aggregation scheme enables periodical model averaging to improve the training efficiency. We characterize the tradeoff between the convergence performance and privacy guarantee of SCFL. In particular, a more noisy coded dataset provides stronger privacy protection for edge devices but results in learning performance degradation. We further develop a contract-based incentive mechanism to coordinate such a conflict. The simulation results show that SCFL learns a better model within the given time and achieves a better privacy-performance tradeoff than the baseline methods. In addition, the proposed incentive mechanism grants better training performance than the conventional Stackelberg game approach.

在这项工作中，我们提出了一种新颖的框架来解决联邦学习（FL）的移动应用程序服务的争吵和隐私问题，考虑到移动用户（MUS）/移动应用程序提供者（MAP），隐私的有限计算/通信资源在贡献数据到地图中的MU中的成本，合理性和激励竞争。特别是，该地图首先基于MUS的信息/特征确定FL过程的一组最佳MU。为了缓解隐私意识的讨论问题，每个选定的MU可以加密本地数据的一部分，并除了本地培训过程之外，还可以将加密数据上载到加密培训过程的地图。为此，每个选定的MU可以根据其预期的培训本地数据和隐私保护的加密数据向地图提出合同。为了找到最佳合同，可以最大限度地利用地图和所有参与峰的同时保持整个系统的高学习质量，首先开发一个基于多个实用程序的基于多个实用程序的基于多项基于的一个基于的基于替代的问题。这些实用程序函数占MUS'隐私成本，地图的计算资源有限，地图和MU之间的不对称信息。然后，我们将问题转换为等同的低复杂性问题，并开发轻量级迭代算法，以有效地找到最佳解决方案。具有真实世界数据集的实验表明，我们的框架可以加快培训时间高达49％，提高预测准确性高达4.6倍，同时增强网络的社会福利，即所有参与实体的总实用性，高达114％与基线方法相比，隐私费用考虑。

联合学习通常被认为是一种有益的技术，它允许多个代理人相互协作，提高模型的准确性，并解决这些问题，这些问题否则这些问题是数据密集型 /昂贵而无法单独解决的。但是，在预期其他代理商将共享其数据的情况下，理性的代理人可能会很想从事有害行为，例如自由骑行的行为，他们在哪里贡献了数据，但仍然享有改进的模型。在这项工作中，我们提出了一个框架来分析此类合理数据生成器的行为。我们首先展示了幼稚的方案如何导致灾难性的自由骑行水平，其中数据共享的好处被完全侵蚀。然后，使用合同理论的想法，我们介绍基于准确性的机制，以最大程度地提高每个代理生成的数据量。这些可以防止自由骑行而无需任何付款机制。

Federated learning (FL) has been proposed as a privacy-preserving approach in distributed machine learning. A federated learning architecture consists of a central server and a number of clients that have access to private, potentially sensitive data. Clients are able to keep their data in their local machines and only share their locally trained model's parameters with a central server that manages the collaborative learning process. FL has delivered promising results in real-life scenarios, such as healthcare, energy, and finance. However, when the number of participating clients is large, the overhead of managing the clients slows down the learning. Thus, client selection has been introduced as a strategy to limit the number of communicating parties at every step of the process. Since the early na\"{i}ve random selection of clients, several client selection methods have been proposed in the literature. Unfortunately, given that this is an emergent field, there is a lack of a taxonomy of client selection methods, making it hard to compare approaches. In this paper, we propose a taxonomy of client selection in Federated Learning that enables us to shed light on current progress in the field and identify potential areas of future research in this promising area of machine learning.

随着数据生成越来越多地在没有连接连接的设备上进行，因此与机器学习（ML）相关的流量将在无线网络中无处不在。许多研究表明，传统的无线协议高效或不可持续以支持ML，这创造了对新的无线通信方法的需求。在这项调查中，我们对最先进的无线方法进行了详尽的审查，这些方法是专门设计用于支持分布式数据集的ML服务的。当前，文献中有两个明确的主题，模拟的无线计算和针对ML优化的数字无线电资源管理。这项调查对这些方法进行了全面的介绍，回顾了最重要的作品，突出了开放问题并讨论了应用程序方案。

联合学习（FL）能够通过定期聚合培训的本地参数来在多个边缘用户执行大的分布式机器学习任务。为了解决在无线迷雾云系统上实现支持的关键挑战（例如，非IID数据，用户异质性），我们首先基于联合平均（称为FedFog）的高效流行算法来执行梯度参数的本地聚合在云端的FOG服务器和全球培训更新。接下来，我们通过调查新的网络知识的流动系统，在无线雾云系统中雇用FEDFog，这促使了全局损失和完成时间之间的平衡。然后开发了一种迭代算法以获得系统性能的精确测量，这有助于设计有效的停止标准以输出适当数量的全局轮次。为了缓解级体效果，我们提出了一种灵活的用户聚合策略，可以先培训快速用户在允许慢速用户加入全局培训更新之前获得一定程度的准确性。提供了使用若干现实世界流行任务的广泛数值结果来验证FEDFOG的理论融合。我们还表明，拟议的FL和通信的共同设计对于在实现学习模型的可比准确性的同时，基本上提高资源利用是必要的。

联合学习（FL）可以使用学习者使用本地数据进行分布式培训，从而增强隐私和减少沟通。但是，它呈现出与数据分布，设备功能和参与者可用性的异质性有关的众多挑战，作为部署量表，这可能会影响模型融合和偏置。现有的FL方案使用随机参与者选择来提高公平性;然而，这可能导致资源低效和更低的质量培训。在这项工作中，我们系统地解决了FL中的资源效率问题，展示了智能参与者选择的好处，并将更新从争吵的参与者纳入。我们展示了这些因素如何实现资源效率，同时还提高了训练有素的模型质量。

通信技术和互联网的最新进展与人工智能（AI）启用了智能医疗保健。传统上，由于现代医疗保健网络的高性性和日益增长的数据隐私问题，AI技术需要集中式数据收集和处理，这可能在现实的医疗环境中可能是不可行的。作为一个新兴的分布式协作AI范例，通过协调多个客户（例如，医院）来执行AI培训而不共享原始数据，对智能医疗保健特别有吸引力。因此，我们对智能医疗保健的使用提供了全面的调查。首先，我们在智能医疗保健中展示了近期进程，动机和使用FL的要求。然后讨论了近期智能医疗保健的FL设计，从资源感知FL，安全和隐私感知到激励FL和个性化FL。随后，我们对关键医疗领域的FL新兴应用提供了最先进的综述，包括健康数据管理，远程健康监测，医学成像和Covid-19检测。分析了几个最近基于智能医疗保健项目，并突出了从调查中学到的关键经验教训。最后，我们讨论了智能医疗保健未来研究的有趣研究挑战和可能的指示。

有限的通信资源，例如带宽和能源以及设备之间的数据异质性是联合学习的两个主要瓶颈（FL）。为了应对这些挑战，我们首先使用部分模型聚合（PMA）设计了一个新颖的FL框架，该框架仅汇总负责特征提取的神经网络的下层，而与复杂模式识别相对应的上层仍保留在个性化设备上。提出的PMA-FL能够解决数据异质性并减少无线通道中的传输信息。然后，我们在非convex损耗函数设置下获得了框架的收敛结合。借助此界限，我们定义了一个新的目标函数，名为“计划数据样本量”，以将原始的不明智优化问题转移到可用于设备调度，带宽分配，计算和通信时间分配的可拖动问题中。我们的分析表明，当PMA-FL的沟通和计算部分具有相同的功率时，可以实现最佳时段。我们还开发了一种二级方法来解决最佳带宽分配策略，并使用SET扩展算法来解决最佳设备调度。与最先进的基准测试相比，提议的PMA-FL在两个典型的异质数据集（即Minist和CIFAR-10）上提高了2.72％和11.6％的精度。此外，提出的联合动态设备调度和资源优化方法的精度比考虑的基准略高，但它们提供了令人满意的能量和时间缩短：MNIST的29％能量或20％的时间缩短； CIFAR-10的能量和25％的能量或12.5％的时间缩短。

由于机器学习（ML）模型变得越来越复杂，其中一个中央挑战是它们在规模的部署，使得公司和组织可以通过人工智能（AI）创造价值。 ML中的新兴范式是一种联合方法，其中学习模型部分地将其交付给一组异构剂，允许代理与自己的数据一起培训模型。然而，模型的估值问题，以及数据/模型的协作培训和交易的激励问题，在文献中获得了有限的待遇。本文提出了一种在基于信任区块基网络上交易的ML模型交易的新生态系统。买方可以获得ML市场的兴趣模型，兴趣的卖家将本地计算花在他们的数据上，以增强该模型的质量。在这样做时，考虑了本地数据与训练型型号的质量之间的比例关系，并且通过分布式数据福价（DSV）估计了销售课程中的训练中的数据的估值。同时，通过分布式分区技术（DLT）提供整个交易过程的可信度。对拟议方法的广泛实验评估显示出具有竞争力的运行时间绩效，在参与者的激励方面下降了15 \％。

在本文中，研究了无线网络的联合学习（FL）。在每个通信回合中，选择一部分设备以有限的时间和能量参与聚合。为了最大程度地减少收敛时间，在基于Stackelberg游戏的框架中共同考虑了全球损失和延迟。具体而言，在Leader级别上，将基于信息的设备选择（AOI）选择为全球损失最小化问题，而子渠道分配，计算资源分配和功率分配在追随者级别被视为延迟最小化问题。通过将追随者级别的问题分为两个子问题，追随者的最佳响应是通过基于单调优化的资源分配算法和基于匹配的子渠道分配算法获得的。通过得出收敛速率的上限，重新制定了领导者级别的问题，然后提出了基于列表的设备选择算法来实现Stackelberg平衡。仿真结果表明，所提出的设备选择方案在全球损失方面优于其他方案，而开发的算法可以显着降低计算和通信的时间消耗。

使用人工智能（AI）赋予无线网络中数据量的前所未有的数据量激增，为提供无处不在的数据驱动智能服务而开辟了新的视野。通过集中收集数据集和培训模型来实现传统的云彩中心学习（ML）基础的服务。然而，这种传统的训练技术包括两个挑战：（i）由于数据通信增加而导致的高通信和能源成本，（ii）通过允许不受信任的各方利用这些信息来威胁数据隐私。最近，鉴于这些限制，一种新兴的新兴技术，包括联合学习（FL），以使ML带到无线网络的边缘。通过以分布式方式培训全局模型，可以通过FL Server策划的全局模型来提取数据孤岛的好处。 FL利用分散的数据集和参与客户的计算资源，在不影响数据隐私的情况下开发广义ML模型。在本文中，我们介绍了对FL的基本面和能够实现技术的全面调查。此外，提出了一个广泛的研究，详细说明了无线网络中的流体的各种应用，并突出了他们的挑战和局限性。进一步探索了FL的疗效，其新兴的前瞻性超出了第五代（B5G）和第六代（6G）通信系统。本调查的目的是在关键的无线技术中概述了流动的技术，这些技术将作为建立对该主题的坚定了解的基础。最后，我们向未来的研究方向提供前进的道路。