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Architetture di Comunicazione
Raggruppamento logico delle strutture di rete e dei pattern di comunicazione fra i nodi.
Centralizzate
- Server-client tradizionale
- Aggregazione con server centrale
Gerarchiche
- Multi-livello
- Edge-cloud ibride
2
Privacy e Protezione dei Dati
Tecniche per garantire la riservatezza dei dati durante l'addestramento federato.
Crittografia e Computazione Sicura
- Crittografia omomorfica
- Secure multi-party computation
- Zero-knowledge proofs
Differential Privacy e Perturbazione
- Differential privacy
- Aggiunta di rumore
Anonimizzazione e Mascheramento
- Shuffling
- Mascheramento delle identità
3
Sicurezza e Robustezza
Meccanismi per proteggere il processo di federated learning da attacchi malevoli e da guasti di sistema.
Difese contro Attacchi
- Rilevamento di poisoning (attacchi backdoor)
- Difese contro inferenza (membership inference, model inversion)
Fault Tolerance
- Recupero da guasti
- Ridondanza e replicazione
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Metodi di Aggregazione
Algoritmi per combinare i parametri/aggiornamenti locali in un modello globale.
Basati su Media
- FedAvg (Federated Averaging)
- Media ponderata
Robusti agli Outlier
- Trimmed mean
- Mediana federata
Adattivi
- Basati su contribuzione (es., FedNova)
- Basati su qualità o quantità dei dati
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Gestione dell'Eterogeneità Focus
Caratterizzazione e gestione delle differenze strutturali tra client in termini di dati, risorse e contesto semantico.
Eterogeneità dei Dati (Non-IID)
- Distribuzione statistica (feature skew)
- Distribuzione di label (label skew)
- Quantità di dati per client (quantity skew)
Eterogeneità dei Dispositivi
- Capacità computazionale
- Memoria disponibile
- Connettività e larghezza di banda
Eterogeneità Semantica
- Differenze di dominio
- Variazioni contestuali
- Rappresentazioni diverse degli stessi concetti
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Gestione della Dinamicità Focus
Strategie per affrontare i cambiamenti nel tempo nelle condizioni del sistema federato, nei dati e nella disponibilità dei partecipanti.
Evoluzione Temporale dei Dati
- Concept drift
- Seasonal patterns
- Continual learning
Dinamicità della Partecipazione
- Client dropout
- Disponibilità intermittente
- Onboarding di nuovi client
Adattamento Dinamico del Modello
- Adattamento automatico dell'architettura
- Parameter evolution tracking
- Adaptive learning rates
7
Personalizzazione
Metodologie per adattare il modello globale alle esigenze specifiche dei singoli client o gruppi di client.
Transfer Learning
- Fine-tuning locale
- Domain adaptation
Meta-Learning
- Model-agnostic meta-learning (MAML)
- Reptile
Multi-Task Learning
- Hard parameter sharing
- Soft parameter sharing
- Cliente-specific layers
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Ottimizzazione ed Efficienza della Comunicazione
Tecniche per ridurre il carico di rete e migliorare i tempi di convergenza, ottimizzando le interazioni tra i nodi.
Compressione dei Modelli
- Quantizzazione
- Sparsificazione
- Knowledge distillation
Selezione dei Client
- Campionamento casuale
- Selezione basata su risorse (banda, CPU)
- Selezione basata su contribuzione (es., importanza statistica)
Scheduling e Coordinamento
- Asincrono
- Semi-sincrono
- Basato su priorità
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Applicazioni e Casi d'Uso
Principali settori in cui il federated learning sta trovando applicazioni concrete.
Healthcare
- Imaging medico
- Monitoraggio pazienti
IoT e Edge Computing
- Sensori distribuiti
- Sistemi embedded
Mobile e Dispositivi Personali
- Tastiere predittive
- Raccomandazioni personalizzate
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Valutazione e Metriche
Framework comprensivo per valutare le soluzioni FL con particolare attenzione all'eterogeneità e alla dinamicità.
Metriche di Accuratezza e Convergenza
- Curva di apprendimento
- Tempo di convergenza
- Fairness tra client
Metriche di Eterogeneità
- Earth Mover's Distance (EMD)
- Kullback-Leibler divergence
- Coefficiente di variazione
Metriche di Dinamicità
- Tasso di drift detection
- Adattabilità al cambiamento
- Recovery time
Metriche di Sicurezza e Privacy
- Privacy budget (ε in Differential Privacy)
- Robustezza agli attacchi
Efficienza Energetica e Risorse
- Consumo energetico
- Overhead di comunicazione
- Utilizzo della memoria