KD-BERT: A Lightweight Knowledge Distillation Bidirectional Encoder Representations from Transformers for IoT Network Intrusion Detection

计算机科学 编码器 变压器 入侵检测系统 物联网 嵌入式系统 计算机网络 蒸馏 人工智能 工程类 电气工程 操作系统 电压 化学 有机化学
作者
Zhong Cao,Xiaohua Liu,Zheng Zhou,Lei Ding,Wenli Shang
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:21 (11): 8475-8483 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tii.2025.3582375
摘要

The Internet of Things (IoT) network intrusion detection (NID) has emerged as a powerful technique for effectively detecting attacks and protecting internet safety across a wide range of applications. However, existing NID models often struggle to achieve good detection performance when deployed in resource-restricted environments. To achieve an optimal balance between detection performance and computational cost, we propose a lightweight knowledge distillation bidirectional encoder representations from Transformers (KD-BERT) framework for efficient IoT intrusion detection. Specifically, we first develop a header-payload pairs tokenization method to preprocess the raw data. Then, we distill rich knowledge from a large pre-trained $\text{BERT}_{\text{teacher}}$ model into a smaller $\text{BERT}_{\text{student}}$ model with fewer training parameters. By leveraging KD-BERT, the $\text{BERT}_{\text{teacher}}$ can be compressed into the $\text{BERT}_{\text{student}}$, reducing the number of parameters from 135 to 9 M, while maintaining high detection accuracy. To effectively obtain the essential features, we design a data transformation strategy and fine-tuned the $\text{BERT}_{\text{student}}$ model on several labeled IoT NID tasks. Comprehensive experimental results on three public datasets (telemetry datasets, operating systems datasets and network traffic dataset of IoT (TON-IoT), Edge-IIoTset, and IoMT2024) have demonstrated superior performance compared to state-of-the-art methods.
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