Anomaly detection for the Internet of Things (IoT) is a major intelligent service required by many fields, including intrusion detection, device-activity analysis, and security supervision. However, the heterogeneous distribution of data and resource-constrained end nodes present challenges for existing anomaly detection models. Due to the advantages of flexible deployment and multi-dimensional resources, high altitude platform stations (HAPSs) and unmanned aerial vehicles (UAVs), which are important components of vertical heterogeneous networks (VHetNets), have significant potential for sensing, computing, storage, and communication applications in ubiquitous IoT systems. In this paper, we propose a novel VHetNet-enabled asynchronous federated learning (AFL) framework to enable decentralized UAVs to collaboratively train a global anomaly detection model. In the VHetNet-enabled AFL framework, a HAPS operates as a central aerial server, and the local models trained in UAVs are uploaded to the HAPS for global aggregation due to its wide coverage and strong storage and computation capabilities. We introduce a UAV selection strategy into the AFL framework to prevent UAVs with low local model quality and large energy consumption from affecting the learning efficiency and detection accuracy of the global model. To ensure the security of transmissions between UAVs and the HAPS, we add designed noise to local model parameters in UAVs to achieve differential privacy. Moreover, we propose a compound-action actor-critic (CA2C)-based joint device association, UAV selection, and UAV trajectory planning algorithm to further enhance the overall federated execution efficiency and detection model accuracy. Extensive experimental evaluation on a real-world dataset demonstrates that the proposed algorithm can achieve high detection accuracy with short federated execution time and low energy consumption.


翻译:对互联网事物的异常探测是许多领域(包括入侵探测、装置活动分析和安全监督)所要求的一项重大智能服务,包括入侵探测、装置活动分析和安全监督。然而,数据和资源限制的终端节点分布不一,对现有的异常探测模型构成挑战。由于灵活部署和多维资源的好处,高空平台站和无人驾驶飞行器(UAV)是垂直混杂网络(VHetNets)的重要组成部分,具有在普遍存在的IOT系统中进行感测、计算、储存和通信应用的巨大潜力。我们在本文件中提出一个新的VHetNet驱动的VHetriAV的准确性、不同步的联动学习(AFL)框架,使分散的UAVA能够合作培训全球异常探测模型。在VHetNet的AFL框架中,高空平台作为中央航空服务器运作,在UAVA的本地保密性精度、更强的储存和更强的储存和计算能力下,将UAVA选择联盟选择战略,从AFLA的精度精度、更精确的精确性、更精确地测试、更精确地、更精确地展示我们所设计的VAVAVA-A-L的高级数据。</s>

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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