FedTensor

1. 개요연합학습의 가장 큰 난제는 클라이언트(기관)마다 데이터 분포가 다른 Non-IID(Non-Independent and Identically Distributed) 상황입니다. 중앙 서버가 원본 데이터를 볼 수 없는 보안 제약 하에서, 서버는 클라이언트들이 전송하는 모델 업데이트의 기하학적, 통계적 특성을 분석하여 이질성을 간접적으로 정량화할 수 있습니다.2. 서버 측 이질성 정량화 방법론2.0. 전제: 모델 업데이트의 정의와 등가성본 문서에서 언급하는 '모델 업데이트'는 구체적인 구현(FedAvg, FedSGD 등)에 따라 다음 세 가지 중 하나일 수 있으나, 이질성 정량화의 본질은 동일합니다.파라미터 ($w_t$): 학습이 완료된 로컬 모델의 가중치 자체파라미터 차이 ($\Delta w$): ..

1. 개요본 4단계 전략은 연합학습의 핵심 과제인 데이터 불균형(Data Heterogeneity, Non-IID) 문제를 단계적으로 해결하고, 최종적으로 개인화를 통해 각 기관에 최적화된 모델을 제공하는 로드맵입니다. 각 단계는 독립적인 과정이 아니라, 앞 단계의 결과 모델이 다음 단계의 초기 시작점이 되는 연속적인 진화 과정으로 설계되었습니다.1~2단계: 콜드 스타트(Cold Start) 문제 해결 및 데이터 프라이버시를 보장하는 베이스라인 구축.3~4단계: 기관별 데이터 분포 차이로 인한 성능 저하를 막고, 각 도메인에 특화된 모델 제공.2. 단계별 상세 실행 전략[1단계] 중앙집중 방식 학습"콜드 스타트 해결 및 초기 기준점 확보" 연합학습은 초기 모델의 성능에 따라 수렴 속도가 크게 달라집니다...

1. 개요FedFocal은 연합학습(Federated Learning) 환경, 특히 각 클라이언트가 보유한 데이터의 레이블 분포가 균일하지 않은 Non-IID(Label Skew) 상황을 해결하기 위해 제안된 기법입니다. 기존의 FedAvg가 사용하는 Cross Entropy(CE) 손실 함수 대신, Focal Loss를 도입하여 모델이 분류하기 쉬운 샘플(Easy Examples)보다는 분류하기 어려운 샘플(Hard Examples)이나 소수 클래스(Minority Class)에 더 집중하도록 유도합니다.2. 배경: 왜 FedFocal이 필요한가?2.1. 연합학습의 Non-IID 문제연합학습에서 이상적인 환경은 모든 클라이언트가 전체 데이터 분포와 유사한 데이터를 갖는 IID 상황입니다. 하지만 현실에..

연합학습(FL)은 데이터를 중앙 서버로 전송하지 않고, 각 클라이언트(예: 디바이스, 지역)에서 로컬 모델을 학습한 뒤 모델 파라미터(또는 그래디언트)만 서버로 전송하여 전역 모델을 갱신하는 분산 학습 방식입니다. 이는 데이터 프라이버시를 강력하게 보호할 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 데이터가 이질적(Non-IID)인 환경, 특히 특정 지역이나 클라이언트가 매우 적지만 중요한 '희소 데이터'를 보유한 경우, 심각한 문제가 발생합니다. 가장 널리 쓰이는 FedAvg (Federated Averaging) 알고리즘은 각 클라이언트의 데이터 '양'에 비례하여 가중 평균을 내기 때문입니다. 문제 상황: 99%의 클라이언트가 '일반 데이터'를, 1%의 클라이언트가 '희소하지만 중요한 지역 데이터'를 가졌다고 ..

SCAFFOLD (Stochastic Controlled Averaging)는 연합학습(FL)에서 데이터 이질성(Non-IID)으로 인해 발생하는 'Client Drift (클라이언트 편향)' 문제를 해결하기 위한 매우 정교한 알고리즘입니다. FedProx가 로컬 모델이 멀리 벗어나는 것을 '억제'하는 방식이라면, SCAFFOLD는 각 클라이언트가 얼마나 편향되었는지를 '추정'하고 이를 '보정'하는, 더 적극적인 방식을 사용합니다.1. SCAFFOLD가 해결하려는 핵심 문제: 편향된 그래디언트데이터가 이질적(Non-IID)일 때, 각 클라이언트가 계산하는 로컬 그래디언트(모델이 나아가야 할 방향)는 글로벌 모델이 실제로 나아가야 할 방향(모든 데이터의 평균 방향)과 다릅니다.Client Drift의 원인..

FedProx(Federated Proximal)는 연합학습, 특히 데이터가 이질적인(Non-IID) 환경에서 발생하는 'Client Drift (클라이언트 편향)' 문제를 해결하기 위해 제안된 핵심적인 알고리즘입니다. FedAvg(표준 연합학습)의 직접적인 개선안으로, 로컬 학습 과정에 간단하면서도 효과적인 제약 사항을 추가한 것이 특징입니다.1. FedProx가 해결하려는 핵심 문제: Client Drift표준 FedAvg에서는 각 클라이언트가 서버로부터 글로벌 모델을 받아, 자신의 로컬 데이터로 여러 에포크(epoch) 동안 학습합니다.문제점: 만약 클라이언트 A(예: 숫자 '3' 이미지 만 보유)와 클라이언트 B(예: 숫자 '7' 이미지 만 보유)의 데이터가 매우 이질적이라면, 클라이언트 A의 로..

연합학습(Federated Learning) 환경에서 데이터가 이질적(Non-IID)일 때 발생하는 클라이언트 편향(Client Drift) 현상은 큰 문제입니다. 이는 각 클라이언트의 로컬 모델이 자신의 데이터에 과적합되어, 이를 단순 평균(FedAvg)할 경우 글로벌 모델의 성능이 저하되는 현상을 말합니다. FedProx, FedFocal, SCAFFOLD, FedNova 는 이 문제를 각기 다른 방식으로 해결하려는 대표적인 병합(혹은 학습) 전략입니다.FedProx (Federated Proximal)FedProx는 클라이언트가 로컬 학습을 진행할 때, 글로벌 모델에서 너무 멀리 벗어나지 않도록 '제약'을 거는 방식입니다.핵심 아이디어: 로컬 손실 함수(Loss Function)에 '근접 항(Pro..

1. 개요본 문서는 연합학습(Federated Learning, FL) 환경에서 모델 학습을 구성하고, 관련 작업을 관리하며, 결과를 모니터링할 수 있는 웹 기반 UI 시스템의 구축 방안을 제안합니다. 연합학습의 복잡한 특성(분산된 클라이언트, 중앙 서버, 통신)을 추상화하고, 연구자와 관리자가 직관적인 인터페이스를 통해 FL 파이프라인을 효율적으로 운영하는 것을 목표로 합니다.2. 핵심 기능 정의2.1. 사용자 및 권한 관리인증: 로그인, 로그아웃, 사용자 등록 기능.역할 기반 접근 제어 (RBAC):Admin: 시스템 전체 관리, 사용자 초대, 정책 설정.Researcher/ML Engineer: 프로젝트 생성, 실험(학습) 구성 및 실행, 모델 관리.Data Owner/Client: (선택적) 참여..

1. 개요연합학습(FL)은 데이터가 생성되는 엣지 디바이스(클라이언트)에서 모델을 학습하고, 모델의 파라미터(또는 업데이트)만을 중앙 서버로 전송하여 집계하는 분산형 머신러닝 방식입니다. 이 방식은 데이터 프라이버시를 강력하게 보호할 수 있지만, 시스템이 분산되어 있고 데이터에 직접 접근할 수 없어 모니터링과 디버깅이 매우 까다롭습니다. 본 문서는 효과적인 연합학습 환경을 구축하고 안정적으로 운영하기 위해 필요한 모니터링 및 시각화 시스템의 구축 방안을 제시합니다.2. 연합학습 모니터링의 핵심 원칙프라이버시 우선 (Privacy-First): 모니터링 시스템은 클라이언트의 원시 데이터(raw data)에 절대 접근해서는 안 됩니다. 모든 정보는 집계된(aggregated) 통계 또는 모델 파라미터 자체에..

1. 개요1.1. 시스템 정의본 문서는 연합학습(Federated Learning, FL) 환경에서 사용되는 머신러닝 모델의 생명주기를 관리, 추적, 배포하기 위한 시스템 구축 방안을 제안합니다.1.2. 시스템의 필요성기존의 중앙화된 MLOps는 학습된 단일 모델을 서비스 엔드포인트에 배포하는 데 중점을 둡니다. 하지만 연합학습은 다음과 같은 고유한 특징을 가집니다.분산된 학습: 모델 학습이 다수의 분산된 클라이언트(Edge device, 모바일 등)에서 발생합니다.지속적인 순환: '배포 → 로컬 학습 → 업데이트 수집 → 집계 → 재배포'의 순환이 핵심 프로세스입니다.모델의 다양성: '글로벌 모델(Global Model)', '로컬 모델(Local Model)', '초기 모델' 등 다양한 버전의 모델이..