The number of connected Internet of Things (IoT) devices within cyber-physical infrastructure systems grows at an increasing rate. This poses significant device management and security challenges to current IoT networks. Among several approaches to cope with these challenges, data-based methods rooted in deep learning (DL) are receiving an increased interest. In this paper, motivated by the upcoming surge of 5G IoT connectivity in industrial environments, we propose to integrate a DL-based anomaly detection (AD) as a service into the 3GPP mobile cellular IoT architecture. The proposed architecture embeds autoencoder based anomaly detection modules both at the IoT devices (ADM-EDGE) and in the mobile core network (ADM-FOG), thereby balancing between the system responsiveness and accuracy. We design, integrate, demonstrate and evaluate a testbed that implements the above service in a real-world deployment integrated within the 3GPP Narrow-Band IoT (NB-IoT) mobile operator network.


翻译:网络物理基础设施系统内连接的事物互联网装置的数目在不断增长,这对目前的互联网网络造成了严重的设备管理和安全挑战。在应对这些挑战的若干办法中,基于深层学习的数据方法受到越来越多的关注。在本文件中,由于工业环境中5G IoT连接即将激增,我们提议将基于DL的异常现象检测(AD)作为3GPP移动蜂窝 IoT结构的一项服务。拟议的建筑将基于自动编码器的异常现象检测模块嵌入了IoT设备(ADM-EDGE)和移动核心网络(ADM-FOG),从而平衡了系统的反应性和准确性。我们设计、整合、展示和评价了一个测试台,在3GPP Nrow-Band IoT(NB-IoT)移动运营者网络内整合的实际部署中实施上述服务。

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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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