Spatial-Temporal Graph Model Based on Attention Mechanism for Anomalous IoT Intrusion Detection

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作者
Xinlei Wang,Xiaojuan Wang,Mingshu He,Min Zhang,Zikui Lu
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (3): 3497-3509 被引量:24
标识
DOI:10.1109/tii.2023.3308784
摘要

We propose an attention-weighted model for parallel extraction of spatial-temporal features to enhance the detection capabilities in the message queuing telemetry transport protocol, widely used in the Internet of Things. Our approach involves constructing perception node collection graphs based on packet header information, which capture transmission-dependent and context-sequence-dependent relationships in the data streams. We leverage a message-passing mechanism to aggregate adjacent nodes and update the weight matrix accordingly. Additionally, we employ a bidirectional long short-term memory model to capture long-distance dependencies in the sequence. The updated graph and the output of the time-series model are fused and processed by a self-attention mechanism, generating weights for classification. The classification results are obtained using a fully connected network. We evaluate our approach on four datasets (ToN-IoT, BoT-IoT, UNSW-NB15, and DoHBrw2020) and compare it against nine different algorithms. Experimental results demonstrate the effectiveness of our method, achieving high accuracy levels, such as 0.8874 on ToN-IoT, 0.9386 on BoT-IoT, 0.9390 on DoHBrw2020, and the best accuracy of 0.8659 on the unbalanced UNSW-NB15 dataset.
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