远程患者监测（RPM）系统的最新进展可以识别各种人类活动，以测量生命体征，包括浅表血管的细微运动。通过解决已知的局限性和挑战（例如预测和分类生命体征和身体运动），将人工智能（AI）应用于该领域的医疗保健领域越来越兴趣，这些局限性和挑战被认为是至关重要的任务。联合学习是一种相对较新的AI技术，旨在通过分散传统的机器学习建模来增强数据隐私。但是，传统的联合学习需要在本地客户和全球服务器上培训相同的建筑模型。由于缺乏本地模型异质性，这限制了全球模型体系结构。为了克服这一点，在本研究中提出了一个新颖的联邦学习体系结构Fedstack，该体系支持结合异构建筑客户端模型。这项工作提供了一个受保护的隐私系统，用于以分散的方法住院的住院患者，并确定最佳传感器位置。提出的体系结构被应用于从10个不同主题的移动健康传感器基准数据集中，以对12个常规活动进行分类。对单个主题数据培训了三个AI模型ANN，CNN和BISTM。联合学习体系结构应用于这些模型，以建立能够表演状态表演的本地和全球模型。本地CNN模型在每个主题数据上都优于ANN和BI-LSTM模型。与同质堆叠相比，我们提出的工作表明，当地模型的异质堆叠表现出更好的性能。这项工作为建立增强的RPM系统奠定了基础，该系统纳入了客户隐私，以帮助对急性心理健康设施中患者进行临床观察，并最终有助于防止意外死亡。

人类活动识别（HAR）是一项机器学习任务，在包括医疗保健在内的许多领域中进行了应用，但事实证明这是一个具有挑战性的研究问题。在医疗保健中，它主要用作老年护理的辅助技术，通常与其他相关技术（例如物联网）一起使用，因为可以在智能手机，可穿戴设备，环境环境等物联网设备的帮助下实现HAR和体内传感器。在集中式和联合环境中，已将卷积神经网络（CNN）和经常性神经网络（RNN）等深神网络技术（CNN）和复发性神经网络（RNN）用于HAR。但是，这些技术有一定的局限性：RNN不能轻易平行，CNN具有序列长度的限制，并且两者在计算上都很昂贵。此外，在面对诸如医疗保健等敏感应用程序时，集中式方法存在隐私问题。在本文中，为了解决HAR面临的一些现有挑战，我们根据惯性传感器提出了一种新颖的单块变压器，可以将RNN和CNN的优势结合在一起而无需其主要限制。我们设计了一个测试床来收集实时人类活动数据，并使用数据来训练和测试拟议的基于变压器的HAR分类器。我们还建议转移：使用拟议的变压器解决隐私问题的基于联合学习的HAR分类器。实验结果表明，在联合和集中设置中，该提出的解决方案优于基于CNN和RNN的最先进的HAR分类器。此外，拟议的HAR分类器在计算上是便宜的，因为它使用的参数少于现有的CNN/RNN分类器。

深度学习在使用心电图（ECG）数据分类不同的心律失常方面发挥着重要作用。然而，培训深入学习模型通常需要大量数据，它可能导致隐私问题。不幸的是，无法从单个筒仓中容易地收集大量的医疗保健数据。此外，深度学习模型就像黑盒子，没有解释的预测结果，通常在临床医疗保健中需要。这限制了深度学习在现实世界卫生系统中的应用。在本文中，我们设计了一种基于ECG的医疗保健应用的联邦设置的新的可解释的人工智能（XAI）的深度学习框架。联合设置用于解决数据可用性和隐私问题等问题。此外，所提出的框架设置有效地根据卷积神经网络（CNN）使用AutoEncoder和分类器来分类心律失常。此外，我们提出了一个基于XAI的模块，在拟议的分类器的顶部上解释了分类结果，帮助临床从业者做出快速可靠的决策。拟议的框架是使用MIT-BIH心律失常数据库进行培训和测试。分类器可分别使用噪声和清洁数据进行高达94％和98％的精度，使用嘈杂和清洁数据，具有五倍的交叉验证。

近年来，全球医学事物（IOMT）行业已经以极大的速度发展。由于IOMT网络的庞大规模和部署，安全和隐私是IOMT的关键问题。机器学习（ML）和区块链（BC）技术已大大提高了Healthcare 5.0的功能和设施，并产生了一个名为“ Smart Healthcare”的新领域。通过早期确定问题，智能医疗保健系统可以帮助避免长期损害。这将提高患者的生活质量，同时减少压力和医疗保健费用。 IOMT在信息技术领域中启用了一系列功能，其中之一是智能和互动的医疗保健。但是，将医疗数据合并到单个存储位置以训练强大的机器学习模型，这引起了人们对隐私，所有权和更加集中的遵守的担忧。联合学习（FL）通过利用集中式聚合服务器来传播全球学习模型，从而克服了前面的困难。同时，本地参与者可以控制患者信息，从而确保数据机密性和安全性。本文对与医疗保健中联邦学习纠缠的区块链技术的发现进行了全面分析。 5.0。这项研究的目的是利用区块链技术和入侵检测系统（IDS）在医疗保健5.0中构建安全的健康监测系统，以检测医疗保健网络中的任何恶意活动，并使医生能够通过医疗传感器监控患者并采取必要的措施。定期通过预测疾病。

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。

随着物联网，AI和ML/DL算法的出现，数据驱动的医疗应用已成为一种有前途的工具，用于从医学数据设计可靠且可扩展的诊断和预后模型。近年来，这引起了从学术界到工业的广泛关注。这无疑改善了医疗保健提供的质量。但是，由于这些基于AI的医疗应用程序在满足严格的安全性，隐私和服务标准（例如低延迟）方面的困难，因此仍然采用较差。此外，医疗数据通常是分散的和私人的，这使得在人群之间产生强大的结果具有挑战性。联邦学习（FL）的最新发展使得以分布式方式训练复杂的机器学习模型成为可能。因此，FL已成为一个积极的研究领域，尤其是以分散的方式处理网络边缘的医疗数据，以保护隐私和安全问题。为此，本次调查论文重点介绍了数据共享是重大负担的医疗应用中FL技术的当前和未来。它还审查并讨论了当前的研究趋势及其设计可靠和可扩展模型的结果。我们概述了FL将军的统计问题，设备挑战，安全性，隐私问题及其在医疗领域的潜力。此外，我们的研究还集中在医疗应用上，我们重点介绍了全球癌症的负担以及有效利用FL来开发计算机辅助诊断工具来解决这些诊断工具。我们希望这篇评论是一个检查站，以彻底的方式阐明现有的最新最新作品，并为该领域提供开放的问题和未来的研究指示。

医学事物互联网（IOMT）允许使用传感器收集生理数据，然后将其传输到远程服务器，这使医生和卫生专业人员可以连续，永久地分析这些数据，并在早期阶段检测疾病。但是，使用无线通信传输数据将其暴露于网络攻击中，并且该数据的敏感和私人性质可能代表了攻击者的主要兴趣。在存储和计算能力有限的设备上使用传统的安全方法无效。另一方面，使用机器学习进行入侵检测可以对IOMT系统的要求提供适应性的安全响应。在这种情况下，对基于机器学习（ML）的入侵检测系统如何解决IOMT系统中的安全性和隐私问题的全面调查。为此，提供了IOMT的通用三层体系结构以及IOMT系统的安全要求。然后，出现了可能影响IOMT安全性的各种威胁，并确定基于ML的每个解决方案中使用的优势，缺点，方法和数据集。最后，讨论了在IOMT的每一层中应用ML的一些挑战和局限性，这些挑战和局限性可以用作未来的研究方向。

背景：基于AI的足够大型，精心策划的医疗数据集的分析已被证明有望提供早期检测，更快的诊断，更好的决策和更有效的治疗方法。但是，从多种来源获得的如此高度机密且非常敏感的医疗数据通常受到高度限制，因为不当使用，不安全的存储，数据泄漏或滥用可能侵犯了一个人的隐私。在这项工作中，我们将联合学习范式应用于异质的，孤立的高清心电图集，该图从12铅的ECG传感器阵列到达来训练AI模型。与在中心位置收集相同的数据时，我们评估了所得模型的能力，与经过训练的最新模型相比，获得了等效性能。方法：我们提出了一种基于联合学习范式训练AI模型的隐私方法，以培训AI模型，以实现异质，分布式，数据集。该方法应用于基于梯度增强，卷积神经网络和具有长期短期记忆的复发神经网络的广泛机器学习技术。这些模型在一个心电图数据集上进行了培训，该数据集包含从六名地理分开和异质来源的43,059名患者收集的12个铅录音。研究结果：用于检测心血管异常的AI模型的结果集获得了与使用集中学习方法训练的模型相当的预测性能。解释：计算参数的方法在本地为全局模型做出了贡献，然后仅交换此类参数，而不是ML中的整个敏感数据，这有助于保留医疗数据隐私。

联合学习（FL）可以对机器学习模型进行分布式培训，同时将个人数据保存在用户设备上。尽管我们目睹了FL在移动传感领域的越来越多的应用，例如人类活动识别（HAR），但在多设备环境（MDE）的背景下，尚未对FL进行研究，其中每个用户都拥有多个数据生产设备。随着移动设备和可穿戴设备的扩散，MDE在Ubicomp设置中越来越受欢迎，因此需要对其中的FL进行研究。 MDE中的FL的特征是在客户和设备异质性的存在中并不复杂，并不是独立的，并且在客户端之间并非独立分布（非IID）。此外，确保在MDE中有效利用佛罗里达州客户的系统资源仍然是一个重要的挑战。在本文中，我们提出了以用户为中心的FL培训方法来应对MDE中的统计和系统异质性，并在设备之间引起推理性能的一致性。火焰功能（i）以用户为中心的FL培训，利用同一用户的设备之间的时间对齐； （ii）准确性和效率感知设备的选择； （iii）对设备的个性化模型。我们还提出了具有现实的能量流量和网络带宽配置文件的FL评估测试，以及一种基于类的新型数据分配方案，以将现有HAR数据集扩展到联合设置。我们在三个多设备HAR数据集上的实验结果表明，火焰的表现优于各种基准，F1得分高4.3-25.8％，能源效率提高1.02-2.86倍，并高达2.06倍的收敛速度，以通过FL的公平分布来获得目标准确性工作量。

联合学习（FL）和分裂学习（SL）是两种新兴的协作学习方法，可能会极大地促进物联网（IoT）中无处不在的智能。联合学习使机器学习（ML）模型在本地培训的模型使用私人数据汇总为全球模型。分裂学习使ML模型的不同部分可以在学习框架中对不同工人进行协作培训。联合学习和分裂学习，每个学习都有独特的优势和各自的局限性，可能会相互补充，在物联网中无处不在的智能。因此，联合学习和分裂学习的结合最近成为一个活跃的研究领域，引起了广泛的兴趣。在本文中，我们回顾了联合学习和拆分学习方面的最新发展，并介绍了有关最先进技术的调查，该技术用于将这两种学习方法组合在基于边缘计算的物联网环境中。我们还确定了一些开放问题，并讨论了该领域未来研究的可能方向，希望进一步引起研究界对这个新兴领域的兴趣。

本文提出了一个传感器数据匿名模型，该模型接受了分散数据的培训，并在数据实用程序和隐私之间进行了理想的权衡，即使在收集到的传感器数据具有不同的基础分布的异质环境中也是如此。我们称为Blinder的匿名模型基于以对抗性方式训练的变异自动编码器和歧视网络。我们使用模型 - 不合稳定元学习框架来调整通过联合学习训练的匿名模型，以适应每个用户的数据分布。我们在不同的设置下评估了盲人，并表明它提供了端到端的隐私保护，以增加隐私损失高达4.00％，并将数据实用程序降低高达4.24％，而最新的数据实用程序则将其降低了4.24％。对集中数据培训的匿名模型。我们的实验证实，Blinder可以一次掩盖多个私人属性，并且具有足够低的功耗和计算开销，以便将其部署在边缘设备和智能手机上，以执行传感器数据的实时匿名化。

Mobile traffic prediction is of great importance on the path of enabling 5G mobile networks to perform smart and efficient infrastructure planning and management. However, available data are limited to base station logging information. Hence, training methods for generating high-quality predictions that can generalize to new observations on different parties are in demand. Traditional approaches require collecting measurements from different base stations and sending them to a central entity, followed by performing machine learning operations using the received data. The dissemination of local observations raises privacy, confidentiality, and performance concerns, hindering the applicability of machine learning techniques. Various distributed learning methods have been proposed to address this issue, but their application to traffic prediction has yet to be explored. In this work, we study the effectiveness of federated learning applied to raw base station aggregated LTE data for time-series forecasting. We evaluate one-step predictions using 5 different neural network architectures trained with a federated setting on non-iid data. The presented algorithms have been submitted to the Global Federated Traffic Prediction for 5G and Beyond Challenge. Our results show that the learning architectures adapted to the federated setting achieve equivalent prediction error to the centralized setting, pre-processing techniques on base stations lead to higher forecasting accuracy, while state-of-the-art aggregators do not outperform simple approaches.

本文介绍了FLSYS的设计，实施和评估，一种支持移动应用的深度学习模型的移动云联合学习（FL）系统。 Flsys是创建使用这些模型的FL模型和应用程序开放生态系统的关键组件。 FLSYS旨在使用在智能手机上收集的移动感应数据，平衡模型性能，在手机上使用资源消耗，容忍手机通信故障，并在云中实现可扩展性。在FLSYS中，可以通过不同的应用程序培训云中具有不同流量的不同DL模型，并通过不同的应用程序同时访问和访问。此外，Flsys为第三方应用程序开发人员提供了培训FL模型的共同API。 flsys是在Android和AWS云中实现的。我们在野生FL模型中与人类活动识别（HAR）共同设计了FLSYS。在五个月的时间内，在100+大学生手机的两个地区收集了掌握数据。我们实施了Har-Wild，一种针对移动设备定制的CNN模型，具有数据增强机制，以减轻非独立和相同分布的（非IID）数据的问题，这些数据影响野外的流动模型训练。情绪分析（SA）模型用于演示FLSYS如何有效地支持并发模型，并且它使用446个用户的DataSet具有46,000多个推文。我们对Android手机和仿真器进行了广泛的实验，表明Flsys实现了良好的模型实用性和实际系统性能。

联邦学习一直是一个热门的研究主题，使不同组织的机器学习模型的协作培训在隐私限制下。随着研究人员试图支持更多具有不同隐私方法的机器学习模型，需要开发系统和基础设施，以便于开发各种联合学习算法。类似于Pytorch和Tensorflow等深度学习系统，可以增强深度学习的发展，联邦学习系统（FLSS）是等效的，并且面临各个方面的面临挑战，如有效性，效率和隐私。在本调查中，我们对联合学习系统进行了全面的审查。为实现流畅的流动和引导未来的研究，我们介绍了联合学习系统的定义并分析了系统组件。此外，我们根据六种不同方面提供联合学习系统的全面分类，包括数据分布，机器学习模型，隐私机制，通信架构，联合集市和联合的动机。分类可以帮助设计联合学习系统，如我们的案例研究所示。通过系统地总结现有联合学习系统，我们展示了设计因素，案例研究和未来的研究机会。

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.

基于敏感数据的机器学习模型在现实世界的承诺中，在医学筛查到疾病爆发，农业，工业，国防科学等地区的进步。在许多应用中，学习参与者通信转舍受益于收集自己的私​​有数据集，在真实数据上教导详细的机器学习模型，并共享使用这些模型的好处。由于现有的隐私和安全问题，大多数人都避免敏感数据分享进行培训。如果没有每个用户向中央服务器演示其本地数据，联邦学习允许各方共同地在其共享数据上培训机器学习算法。这种集体隐私学习方法导致培训期间的重要沟通。大多数大型机器学习应用程序需要基于各种设备和地点生成的数据集的分散学习。这样的数据集代表了分散学习的基本障碍，因为它们的各种环境有助于跨设备和位置的数据交付的显着差异。研究人员提出了几种方法来实现联邦学习系统中的数据隐私。但是，仍存在均匀的本地数据仍存在挑战。该研究方法是选择节点（用户）以在联合学习中共享他们的数据，以便为基于独立的数据的平衡来提高准确性，降低培训时间和增加收敛。因此，本研究介绍了基于名为DQRE-SCNet的光谱聚类的组合的深度QREInforceNce学习合奏，以在每个通信中选择设备的子集。基于结果，展示了可以减少联合学习所需的通信轮数量。

人工神经网络（ANN）能够学习，纠正错误和将大量原始数据转化为治疗和护理的有用医疗决策，这增加了增强患者安全和护理质量的普及。因此，本文审查了ANN的关键作用为患者医疗保健决策提供有价值的见解和有效的疾病诊断。我们彻底审查了现有文献中的不同类型的ANN，以便为复杂应用程序进行高级ANNS适配。此外，我们还调查Ann的各种疾病诊断和治疗的进步，例如病毒，皮肤，癌症和Covid-19。此外，我们提出了一种名为ConxNet的新型深度卷积神经网络（CNN）模型，用于提高Covid-19疾病的检测准确性。 ConxNet经过培训并使用不同的数据集进行测试，它达到了超过97％的检测精度和精度，这明显优于现有型号。最后，我们突出了未来的研究方向和挑战，例如算法的复杂性，可用数据，隐私和安全性，以及与ANN的生物传染集成。这些研究方向需要大幅关注改善医疗诊断和治疗应用的ANN的范围。

为了满足下一代无线通信网络的极其异构要求，研究界越来越依赖于使用机器学习解决方案进行实时决策和无线电资源管理。传统的机器学习采用完全集中的架构，其中整个培训数据在一个节点上收集，即云服务器，显着提高了通信开销，并提高了严重的隐私问题。迄今为止，最近提出了作为联合学习（FL）称为联合学习的分布式机器学习范式。在FL中，每个参与边缘设备通过使用自己的培训数据列举其本地模型。然后，通过无线信道，本地训练模型的权重或参数被发送到中央ps，聚合它们并更新全局模型。一方面，FL对优化无线通信网络的资源起着重要作用，另一方面，无线通信对于FL至关重要。因此，FL和无线通信之间存在“双向”关系。虽然FL是一个新兴的概念，但许多出版物已经在FL的领域发表了发布及其对下一代无线网络的应用。尽管如此，我们注意到没有任何作品突出了FL和无线通信之间的双向关系。因此，本调查纸的目的是通过提供关于FL和无线通信之间的相互依存性的及时和全面的讨论来弥合文学中的这种差距。

联合学习（FL）是一个系统，中央聚合器协调多个客户解决机器学习问题的努力。此设置允许分散培训数据以保护隐私。本文的目的是提供针对医疗保健的FL系统的概述。 FL在此根据其框架，架构和应用程序进行评估。这里显示的是，FL通过中央聚合器服务器通过共享的全球深度学习（DL）模型解决了前面的问题。本文研究了最新的发展，并提供了来自FL研究的快速增长的启发，列出了未解决的问题。在FL的背景下，描述了几种隐私方法，包括安全的多方计算，同态加密，差异隐私和随机梯度下降。此外，还提供了对各种FL类的综述，例如水平和垂直FL以及联合转移学习。 FL在无线通信，服务建议，智能医学诊断系统和医疗保健方面有应用，本文将在本文中进行讨论。我们还对现有的FL挑战进行了彻底的审查，例如隐私保护，沟通成本，系统异质性和不可靠的模型上传，然后是未来的研究指示。

负载预测在电力系统的分析和网格计划中至关重要。因此，我们首先提出一种基于联邦深度学习和非侵入性负载监测（NILM）的家庭负载预测方法。就我们所知，这是基于尼尔姆的家庭负载预测中有关联合学习（FL）的首次研究。在这种方法中，通过非侵入性负载监控将集成功率分解为单个设备功率，并且使用联合深度学习模型分别预测单个设备的功率。最后，将单个设备的预测功率值聚合以形成总功率预测。具体而言，通过单独预测电气设备以获得预测的功率，它可以避免由于单个设备的功率信号的强烈依赖性而造成的误差。在联邦深度学习预测模型中，具有权力数据的家主共享本地模型的参数，而不是本地电源数据，从而保证了家庭用户数据的隐私。案例结果表明，所提出的方法比直接预测整个汇总信号的传统方法提供了更好的预测效果。此外，设计和实施了各种联合学习环境中的实验，以验证该方法的有效性。