KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.2
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pp.494-510
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2024
Internet users are exposed to sophisticated cyberattacks that intrusion detection systems have difficulty detecting. Therefore, research is increasing on intrusion detection methods that use artificial intelligence technology for detecting novel cyberattacks. Unsupervised learning-based methods are being researched that learn only from normal data and detect abnormal behaviors by finding patterns. This study developed an anomaly-detection method based on unsupervised machines and deep learning for a network intrusion detection system (NIDS). We present a hybrid anomaly detection approach based on unsupervised learning techniques using the autoencoder (AE), Isolation Forest (IF), and Local Outlier Factor (LOF) algorithms. An oversampling approach that increased the detection rate was also examined. A hybrid approach that combined deep learning algorithms and traditional machine learning algorithms was highly effective in setting the thresholds for anomalies without subjective human judgment. It achieved precision and recall rates respectively of 88.2% and 92.8% when combining two AEs, IF, and LOF while using an oversampling approach to learn more unknown normal data improved the detection accuracy. This approach achieved precision and recall rates respectively of 88.2% and 94.6%, further improving the detection accuracy compared with the hybrid method. Therefore, in NIDS the proposed approach provides high reliability for detecting cyberattacks.
Detection of an anomaly pattern deviating normal data distribution in streaming data is an important technique in many application areas. In this paper, a method for detection of an newly emerging pattern in text streaming data which is an ordered sequence of texts is proposed based on text embedding and anomaly pattern detection. Using text embedding methods such as BOW(Bag Of Words), Word2Vec, and BERT, the detection performance of the proposed method is compared. Experimental results show that anomaly pattern detection using BERT embedding gave an average F1 value of 0.85 and the F1 value of 1 in three cases among five test cases.
Since the smart factory has been recently recognized as an industrial core requirement, various mechanisms to ensure efficient and stable operation have attracted much attention. This attention is based on the fact that in a smart factory environment where operating processes, such as facility control, data collection, and decision making are automated, the disruption of processes due to problems such as facility anomalies causes considerable losses. Although many studies have considered methods to prevent such losses, few have investigated how to effectively apply the solutions. This study proposes a Kubernetes based system applied in a smart factory providing effective operation and facility management. To develop the system, we employed a useful and popular open source project, and adopted deep learning based anomaly detection model for multi-sensor anomaly detection. This can be easily modified without interruption by changing the container image for inference. Through experiments, we have verified that the proposed method can provide system stability through nondisruptive maintenance, monitoring and non-disruptive updates for anomaly detection models.
Husnu Baris Baydargil;Jangsik Park;Ibrahim Furkan Ince
ETRI Journal
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v.46
no.3
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pp.513-525
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2024
Deep neural networks trained on labeled medical data face major challenges owing to the economic costs of data acquisition through expensive medical imaging devices, expert labor for data annotation, and large datasets to achieve optimal model performance. The heterogeneity of diseases, such as Alzheimer's disease, further complicates deep learning because the test cases may substantially differ from the training data, possibly increasing the rate of false positives. We propose a reconstruction-based self-supervised anomaly detection model to overcome these challenges. It has a dual-subnetwork encoder that enhances feature encoding augmented by skip connections to the decoder for improving the gradient flow. The novel encoder captures local and global features to improve image reconstruction. In addition, we introduce an entropy-based image conversion method. Extensive evaluations show that the proposed model outperforms benchmark models in anomaly detection and classification using an encoder. The supervised and unsupervised models show improved performances when trained with data preprocessed using the proposed image conversion method.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.3
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pp.1173-1192
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2015
The Support Vector Data Description (SVDD) has achieved great success in anomaly detection, directly finding the optimal ball with a minimal radius and center, which contains most of the target data. The SVDD has some limited classification capability, because the hyper-sphere, even in feature space, can express only a limited region of the target class. This paper presents an anomaly detection algorithm for mitigating the limitations of the conventional SVDD by finding the minimum volume enclosing ellipsoid in the feature space. To evaluate the performance of the proposed approach, we tested it with intrusion detection applications. Experimental results show the prominence of the proposed approach for anomaly detection compared with the standard SVDD.
The cathode voltage of aluminum electrolytic cell is relatively stable under normal conditions and fluctuates greatly when it has an anomaly. In order to detect the abnormal range of cathode voltage, an anomaly detection algorithm based on sliding window was proposed. The algorithm combines the time series segmentation linear representation method and the k-nearest neighbor local anomaly detection algorithm, which is more efficient than the direct detection of the original sequence. The algorithm first segments the cathode voltage time series, then calculates the length, the slope, and the mean of each line segment pattern, and maps them into a set of spatial objects. And then the local anomaly detection algorithm is used to detect abnormal patterns according to the local anomaly factor and the pattern length. The experimental results showed that the algorithm can effectively detect the abnormal range of cathode voltage.
Kim, Yong-Min;Kim, Min-Su;Kim, Hong-Geun;No, Bong-Nam
The KIPS Transactions:PartC
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v.8C
no.5
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pp.507-516
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2001
In this paper, we implement sequence-based anomaly detection sensor using SOM and HMM, and analyze what is important information in system call and how a threshold is decided. The new filtering and reduction rules of SOM reduces the input size of HMM. This gives real-time processing to HMM-based anomaly detection sensor. Also, we introduced an anomaly count into the sensor. Due to lessened sensibility, a user easily understand easily the detection information and false-positive was decreased. And the active coordination of the threshold value makes the detection sensor adapt according to the system condition.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.5B
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pp.304-309
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2008
This paper propose the traffic anomaly detection scheme based time series model. We apply ARIMA prediction model to this scheme and transform the value of the abnormal symptom into the probability value to maximize the traffic anomaly symptom detection. For this, we have evaluated the abnormal detection performance for the proposed model using total traffic and web traffic included the attack traffic. We will expect to have an great effect if this scheme is included in some network based intrusion detection system.
Recently network based attack technologies are rapidly advanced and intelligent, the limitations of existing signature-based intrusion detection systems are becoming clear. The reason is that signature-based detection methods lack generalization capabilities for new attacks such as APT attacks. To solve these problems, research on machine learning-based intrusion detection systems is being actively conducted. However, in the actual network environment, attack samples are collected very little compared to normal samples, resulting in class imbalance problems. When a supervised learning-based anomaly detection model is trained with such data, the result is biased to the normal sample. In this paper, we propose to overcome this imbalance problem through One-Class Anomaly Detection using an auto encoder. The experiment was conducted through the NSL-KDD data set and compares the performance with the supervised learning models for the performance evaluation of the proposed method.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.47
no.1
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pp.9-19
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2024
Deep learning-based computer vision anomaly detection algorithms are widely utilized in various fields. Especially in the manufacturing industry, the difficulty in collecting abnormal data compared to normal data, and the challenge of defining all potential abnormalities in advance, have led to an increasing demand for unsupervised learning methods that rely on normal data. In this study, we conducted a comparative analysis of deep learning-based unsupervised learning algorithms that define and detect abnormalities that can occur when transparent contact lenses are immersed in liquid solution. We validated and applied the unsupervised learning algorithms used in this study to the existing anomaly detection benchmark dataset, MvTecAD. The existing anomaly detection benchmark dataset primarily consists of solid objects, whereas in our study, we compared unsupervised learning-based algorithms in experiments judging the shape and presence of lenses submerged in liquid. Among the algorithms analyzed, EfficientAD showed an AUROC and F1-score of 0.97 in image-level tests. However, the F1-score decreased to 0.18 in pixel-level tests, making it challenging to determine the locations where abnormalities occurred. Despite this, EfficientAD demonstrated excellent performance in image-level tests classifying normal and abnormal instances, suggesting that with the collection and training of large-scale data in real industrial settings, it is expected to exhibit even better performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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