Сбалансированная система обнаружения вторжений для беспроводных сенсорных сетей в среде больших данных с использованием модели CNN-SVM

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Беспроводные сенсорные сети (WSN) подвергались нескольким различным проблемам безопасности и атакам, связанным со сбором и отправкой данных. В этом сценарии одной из наиболее распространенных атак WSN, которая может быть нацелена на любой уровень стека протоколов, является атака типа «отказ в обслуживании» (DoS). Текущее исследование предлагает различные стратегии обнаружения атаки в сети. Однако у него есть проблемы с классификацией. Поэтому в этом исследовании для решения этой проблемы была предложена эффективная система обнаружения вторжений на основе ансамблевого глубокого обучения для выявления атак в сети WSN. Предварительная обработка данных включает преобразование качественных данных в числовые с использованием метода One-Hot Encoding. После этого был проведен процесс нормализации. Затем предлагается выбрать лучшее подмножество функций с помощью Manta-Ray Foraging Optimization. Затем метод передискретизации синтетического меньшинства (SMOTE) создает новую выборку меньшинства для балансировки обработанного набора данных. Наконец, предлагается классификатор CNN-SVM для классификации видов атак. Метрики Точность, F-мера, Прецизионность и Отзыв использовались для оценки результатов 99,75%, 99,21%, 100% и 99,6% соответственно. По сравнению с существующими подходами предложенный метод оказался чрезвычайно эффективным при обнаружении DoS-атак в WSN.

Об авторах

К. Кришна

Прасад В. Потлури Технологический институт Сиддхартхи

Автор, ответственный за переписку.
Email: kprkrishna007@gmail.com
Учительская колония, Бхаванипурам -

Р. Тирумуру

Образовательный фонд Конеру Лакшмайи (Считается университетом)

Email: ramakrishnaece@kluniversity.in
Зеленые поля, Ваддесварам -

Список литературы

  1. Kopetz H. Internet of things. Real-time systems. 2011. pp. 307–323. doi: 10.1007/978-1-4419-8237-7_13.
  2. Alsulaiman L., Al-Ahmadi S. Performance evaluation of machine learning techniques for DOS detection in wireless sensor network. arXiv preprint arXiv:2104.01963. 2021.
  3. Aziz N.A.A., Aziz K.A. Managing disaster with wireless sensor networks. 13th international conference on advanced communication technology (ICACT2011). 2011. pp. 202–207.
  4. Butun I., Morgera S.D., Sankar R. A survey of intrusion detection systems in wireless sensor networks. IEEE Communications surveys and tutorials. 2013. vol. 16. no. 1. pp. 266–282.
  5. Pelechrinis K., Iliofotou M., Krishnamurthy S.V. Denial of service attacks in wireless networks: The case of jammers. IEEE Communications surveys and tutorials. 2010. vol. 13. no. 2. pp. 245–257.
  6. López J., Zhou J. (Eds.). Wireless sensor network security. Ios Press, 2008. 320 p.
  7. Das S.K., Kant K., Zhang N. Handbook on securing cyber-physical critical infrastructure. Elsevier Inc., 2012. 848 p.
  8. Rassam M.A., Maarof M.A., Zainal A. A survey of intrusion detection schemes in wireless sensor networks. American Journal of Applied Sciences. 2012. vol. 9. no. 10. pp. 1636–1652.
  9. Mahbooba B., Sahal R., Alosaimi W., Serrano M., Alosaimi W. Trust in intrusion detection systems: an investigation of performance analysis for machine learning and deep learning models. Complexity. 2021. vol. 2021. 23 p. doi: 10.1155/2021/5538896.
  10. Cauteruccio F., Fortino G., Guerrieri A., Liotta A., Mocanu D.C., Perra C., Terracina G., Vega M.T. Short-long term anomaly detection in wireless sensor networks based on machine learning and multi-parameterized edit distance. Information Fusion. 2019. vol. 52. pp. 13–30.
  11. Vinayakumar R., Alazab M., Soman K.P., Poornachandran P., Al-Nemrat A., Venkatraman S. Deep learning approach for intelligent intrusion 936 detection system. IEEE Access. 2019. vol. 7. pp. 41525–41550.
  12. Alqahtani M., Gumaei A., Mathkour H., Maher Ben Ismail M. A genetic-based extreme gradient boosting model for detecting intrusions in wireless sensor networks. Sensors. 2019. vol. 19(20). no. 4383. doi: 10.3390/s19204383.
  13. Tan X., Su S., Huang Z., Guo X., Zuo Z., Sun X., Li L. Wireless sensor networks intrusion detection based on SMOTE and the random forest algorithm. Sensors. 2019. vol. 19(1). doi: 10.3390/s19010203.
  14. Jiang S., Zhao J., Xu X. SLGBM: An intrusion detection mechanism for wireless sensor networks in smart environments. IEEE Access. 2020. vol. 8. pp. 169548–169558.
  15. Abhale A.B., Manivannan S.S. Supervised machine learning classification algorithmic approach for finding anomaly type of intrusion detection in wireless sensor network. Optical Memory and Neural Networks. 2020. vol. 29. pp. 244–256.
  16. Tang C., Luktarhan N., Zhao Y. An efficient intrusion detection method based on LightGBM and autoencoder. Symmetry. 2020. vol. 12(9). no. 1458. doi: 10.3390/sym12091458.
  17. Nancy P., Muthurajkumar S., Ganapathy S., Santhosh Kumar S.V.N., Selvi M., Arputharaj K. Intrusion detection using dynamic feature selection and fuzzy temporal decision tree classification for wireless sensor networks. IET Communications. 2020. vol. 14. no. 5. pp. 888–895.
  18. Liu J., Gao Y., Hu F. A fast network intrusion detection system using adaptive synthetic oversampling and LightGBM. Computers and Security. 2021. vol. 106. no. 102289.
  19. Al S., Dener M. STL-HDL: A new hybrid network intrusion detection system for imbalanced dataset on big data environment. Computers and Security. 2021. vol. 110. no. 102435.
  20. Ifzarne S., Tabbaa H., Hafidi I., Lamghari N. Anomaly detection using machine learning techniques in wireless sensor networks. Journal of Physics: Conference Series. 2021. vol. 1743(1). no. 012021. doi: 10.1088/1742-6596/1743/1/012021.
  21. Pan J.S., Fan F., Chu S.C., Zhao H.Q., Liu G.Y. A Light-weight Intelligent Intrusion Detection Model for Wireless Sensor Networks. Security and Communication Networks. 2021. vol. 2021(2). 15 p. doi: 10.1155/2021/5540895.
  22. Zamry N.M., Zainal A., Rassam M.A., Alkhammash E.H., Ghaleb F.A., Saeed F. Light-weight Anomaly Detection Scheme Using Incremental Principal Component Analysis and Support Vector Machine. Sensors. 2021. vol. 21(23). no. 8017. doi: 10.3390/s21238017.
  23. Yadav A., Kumar A. Intrusion Detection and Prevention Using RNN in WSN. Proceedings of Inventive Computation and Information Technologies (ICICIT). 2022. pp. 531–539.
  24. Tabbaa H., Ifzarne S., Hafidi I. An Online Ensemble Learning Model for Detecting Attacks in Wireless Sensor Networks. arXiv preprint arXiv:2204.13814. 2022. 15 p.
  25. Salmi S., Oughdir L. CNN-LSTM Based Approach for Dos Attacks Detection in Wireless Sensor Networks. International Journal of Advanced Computer Science and Applications. 2022. vol. 13. no. 4. pp. 835–842.
  26. Dener M., Al S., Orman A. STLGBM-DDS: An Efficient Data Balanced DoS Detection System for Wireless Sensor Networks on Big Data Environment. IEEE Access. 2022. vol. 10. pp. 92931–92945.
  27. Almomani I., Al-Kasasbeh B., Al-Akhras M. WSN-DS: A dataset for intrusion detection systems in wireless sensor networks. Journal of Sensors. 2016. vol. 2016. 16 p. doi: 10.1155/2016/4731953.
  28. Chawla N.V., Bowyer K.W., Hall L.O., Kegelmeyer W.P. SMOTE: Synthetic minority over-sampling technique. Journal of artificial intelligence research. 2002. vol. 16. pp. 321–357.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».