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Ruiz-Villafranca, SergioAutor o Coautor

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1 de abril de 2026
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Artículo
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Hybrid clustering-guided federated learning for robust intrusion detection in highly heterogeneous IoT environments

Publicado en: Computer Networks. 281 112205- - 2026-05-01 281(), DOI: 10.1016/j.comnet.2026.112205

Autores:

Garcia-Saez, Luis Miguel; Ruiz-Villafranca, Sergio; Roldan-Gomez, Jose; Carrillo-Mondejar, Javier; Martinez, Jose Luis
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Afiliaciones

Tech Univ Madrid, Alan Turing S-N, Madrid 28031, Spain - Autor o Coautor
Univ Castilla La Mancha, C Invest 2, Albacete 02071, Spain - Autor o Coautor
Univ Zaragoza, C Maria Luna 3, Zaragoza 50018, Spain - Autor o Coautor
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Resumen

The growing complexity and scale of Internet of Things (IoT) ecosystems have intensified the emergence of cyber threats and amplified the impact of data heterogeneity across devices. These environments are characterised by their inherent hostility, comprising resource-limited and intermittently connected devices. Consequently, this poses a considerable challenge to the stability and reliability of conventional Federated Learning (FL) approaches. Standard aggregation schemes such as FedAvg, FedProx, FedAdam, and SCAFFOLD often fail under such extreme non-Independent and Identically Distributed (non-IID) conditions, leading to unstable convergence and biased global models. This work introduces a double-clustering federated architecture for intrusion detection that coordinates training at two levels. Locally, lightweight micro-clustering organises client-side updates into consistent groups, reducing the influence of inconsistent local updates. At the server level, density-based (HDBSCAN) clustering discovers evolving families of distributionally compatible clients, allowing coordination to adapt as heterogeneity evolves over time. Clustering is stabilised across rounds through a stability-aware assignment rule. Training then proceeds via family-wise aggregation, producing one expert model per family and a global fallback model for outliers and unassigned participants. Extensive experiments on three public IoT cybersecurity datasets, X-IIoTID, RT-IoT22, and Edge-IIoTset, demonstrate the robustness of the proposed strategy across both lightweight and Deep Learning (DL) models. The architecture achieves up to 19.9% higher F1-score than standard FL methods and maintains over 90% of its peak performance even under severe non-IID conditions, while keeping runtime efficiency within +/- 15%. These results establish clustering-guided coordination as a practical and resilient foundation for federated intrusion detection, capable of sustaining high accuracy and stability in the most adversarial IoT environments.
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Palabras clave

Adaptive clusteringCyber threat detectionFederated learningIntrusion detection systemIot security

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Computer Networks debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2026, se encontraba en la posición 11/60, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Computer Science, Hardware & Architecture.

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Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2026-04-15:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 1.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 1 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 2.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 1 (Altmetric).
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Reconocimientos ligados al ítem

This work has been funded by the University of Castilla-La Mancha through the predoctoral 2024-UNIVERS-12844, supported by the European Social Fund Plus (ESF+) , by the Regional Government of Castilla-La Mancha (JCCM) through the project SBPLY/21/180501/000195, and through the R&D project PID2024-158682OB-C32, funded by the MCIN and the European Regional Development Fund: "a way of making Europe". This work has also been partially supported by PID2022-142332OA-I00, TED2021-131115A-I00, and PID2023-151467OA-I00, funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033, by the Recovery, Transformation and Resilience Plan funds, by the European Union (NextGenerationEU/PRTR) , and the National Cybersecurity Institute of Spain (INCIBE) . This work is also supported by the Department of University, Industry, and Innovation of the Government of Aragon under the Strategic Projects Program for Research Groups (DisCo research group, ref. T21-23R) .
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