Federated learning is a widely established modern machine learning methodology where training is done directly on the client device with local client data and the local training results are shared to compute a global model. Federated learning emerged as a result of data ownership and the privacy concerns of traditional machine learning methodologies where data is collected and trained at a central location. However, in a distributed data environment, the training suffers significantly when the client data is not identically distributed. Hence, clustered federated learning was proposed where similar clients are clustered and trained independently to form specialized cluster models which are then used to compute a global model. In this approach, the cluster selection for clustered federated learning is a major factor that affects the effectiveness of the global model. This research presents two approaches for client clustering using local client data for clustered federated learning while preserving data privacy. The two proposed approaches use min-wise independent permutations to compute client signatures using text and word embeddings. These client signatures are then used as a representation of client data to cluster clients using agglomerative hierarchical clustering. Unlike previously proposed clustering methods, the two presented approaches do not use model updates, provide a better privacy-preserving mechanism and have a lower communication overhead. With extensive experimentation, we show that the proposed approaches outperform the random clustering approach. Finally, we present a client clustering methodology that can be utilized in a practical clustered federated learning environment.

Federerad inlärning är en etablerad och modern maskininlärnings metod. Träningen är utförd direkt på klientenheten med lokal klient data. Sen är dem lokala träningsresultat delad för att beräkna en global modell. Federerad inlärning har utvecklats på grund av dataägarskap- och dataintegritetsproblem vid traditionella maskininlärnings metoder. Dessa metoder samlar och tränar data på en central enhet. I den här metoden är kluster selektionen en viktig faktor som påverkar effektiviteten av den globala modellen. Detta forskningsarbete presenterar två metoder för klient klustring med hjälp av lokala klientdata för federerad inlärning samtidigt tar metoderna hänsyn på dataintegritet. Metoderna använder “min-wise” oberoende permutations och förtränade (“text och word”) inbäddningar. Dessa klientsignaturer används som en klientdata representation för att klustrar klienter med hjälp av agglomerativ hierarkisk klustring. Till skillnad från tidigare klustringsmetoder använder de två presenterade metoderna inte modelluppdateringar. Detta ger en bättre sekretessbevarande mekanism och har lägre kommunikationskostnader. De två presenterade metoderna överträffar den slumpmässiga klustringsmetoden genom omfattande experiment och analys. Till slut presenterar vi en klientklustermetodik som kan användas i en praktisk klustrad federerad inlärningsmiljö.