The inclusion of Internet of Things (IoT) devices is growing rapidly in all application domains. Smart Farming supports devices connected, and with the support of Internet, cloud or edge computing infrastructure provide remote control of watering and fertilization, real time monitoring of farm conditions, and provide solutions to more sustainable practices. This could involve using irrigation systems only when the detected soil moisture level is low or stop when the plant reaches a sufficient level of soil moisture content. These improvements to efficiency and ease of use come with added risks to security and privacy. Cyber attacks in large coordinated manner can disrupt economy of agriculture-dependent nations. To the sensors in the system, an attack may appear as anomalous behaviour. In this context, there are possibilities of anomalies generated due to faulty hardware, issues in network connectivity (if present), or simply abrupt changes to the environment due to weather, human accident, or other unforeseen circumstances. To make such systems more secure, it is imperative to detect such data discrepancies, and trigger appropriate mitigation mechanisms. In this paper, we propose an anomaly detection model for Smart Farming using an unsupervised Autoencoder machine learning model. We chose to use an Autoencoder because it encodes and decodes data and attempts to ignore outliers. When it encounters anomalous data the result will be a high reconstruction loss value, signaling that this data was not like the rest. Our model was trained and tested on data collected from our designed greenhouse test-bed. Proposed Autoencoder model based anomaly detection achieved 98.98% and took 262 seconds to train and has a detection time of .0585 seconds.


翻译:在所有应用领域,智能农业支持连接的装置,并在互联网、云或边缘计算基础设施的支持下,对水和肥沃进行远程控制,实时监测农场条件,并提供更可持续做法的解决方案。这可能包括只有当检测到的土壤水分水平低时使用灌溉系统,或者当植物达到足够的土壤水分含量时停止使用。这些提高效率和使用便利的提高带来了更多的安全和隐私风险。大规模协调的网络袭击可以破坏依赖农业的国家的经济。对于系统的传感器来说,一次袭击可能表现为反常行为。在这种情况下,由于硬件缺陷、网络连接问题(如果存在的话),或者仅仅由于天气、人类事故或其他意外情况而对环境突变,才可能使用灌溉系统。为了使这种系统更加安全,必须检测这种数据差异,并触发适当的缓解模型。在本文中,我们建议为智能农场提供一种异常的检测模型,使用一个不超超常的自动coard机器学习模型。在这种情况下,我们选择使用一种不规则的异常现象的检测和标志性检测数据,因为一个高清晰的测试数据,我们选择了一种高清晰的测试数据,因为一个数字的测试和高清晰的测试数据。

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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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