Κατανομή πόρων σε ασύρματα δίκτυα ομόσπονδης μάθησης με ασύρματη μετάδοση ενέργειας

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία επικεντρώνεται στη βελτιστοποίηση ενός συστήματος Ομόσπονδης Μάθησης (Federated Learning), το οποίο λειτουργεί σε ένα ασύρματο δίκτυο. Το δίκτυο υποστηρίζει ασύρματη μετάδοση ενέργειας στη ζεύξη καθόδου με στόχο την ενεργειακή υποβοήθηση των κατανεμημένων συσκευών, ενώ παράλληλα είναι εξοπλισμένο με Ευφυείς Επιφάνειες με δυνατότητα Επαναδιαμόρφωσης (Reconfigurable Intelligent Surfaces), επιτρέποντας την ενίσχυση του σήματος στη ζεύξη ανόδου. Εκμεταλλευόμενοι των δυνατοτήτων του υποκείμενου δικτύου, απώτερος στόχος είναι η μείωση της καταναλισκόμενης ενέργειας από άκρο σε άκρο, καθώς και η ελαχιστοποίηση του συνολικού χρόνου εκτέλεσης της διαδικασίας ομόσπονδης μάθησης. Στο πλαίσιο αυτό, σχεδιάζεται και προτείνεται ένα ολοκληρωμένο σύστημα διαχείρισης και από κοινού κατανομής των υπολογιστικών πόρων των κατανεμημένων συσκευών και των πόρων του ασύρματου δικτύου (π.χ. ισχείς μετάδοσης, μετατόπιση φάσης του RIS, χρονικό διάστημα συλλογής ενέργειας/harvesting). Με την εφαρμογή τεχνικών κλασικής βελτιστοποίησης, το αρχικά διατυπωμένο από κοινού πρόβλημα βελτιστοποίησης διασπάται ισοδύναμα σε μικρότερα, ανεξάρτητα υποπροβλήματα, τα οποία επιλύονται επαναληπτικά μέχρι να επιτευχθεί σύγκλιση. Εκτενής πειραματική ανάλυση, μέσω κατάλληλης μοντελοποίησης και προσομοίωσης του ασύρματου δικτύου και της προτεινόμενης λύσης, επιβεβαιώνει την αποδοτικότητα της προσέγγισης βελτιστοποίησης σε σύγκριση με άλλες βασικές στρατηγικές κατανομής πόρων.