基于机器学习的物联网入侵检测方法研究

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物联网应用广泛,且往往节点众多,无人值守,面临着严峻的信息安全风险;其感知层节点具有计算能力弱、能耗低和存储空间不足等特点,现有的入侵检测方法难以适应资源受限且不断变化的物联网环境。本文重点针对物联网感知层的特点和安全需求,对基于机器学习的物联网入侵检测方法进行了较深入系统的研究,探讨了轻量级、智能化的物联网入侵检测方法。主要贡献包括:首先,针对最小二乘支持向量机(LSSVM)模型具有训练速度快、准确率高,但缺乏稀疏性的特点,建立了基于稀疏化LSSVM的物联网入侵检测分类器方案,在提高分类效率和准确性的同时,降低其计算资源占用率。其次,针对初始数据集样本众多,难以在资源受限的环境中进行模型训练的问题,提出数据稀疏的方法,在模型训练前对支持向量进行稀疏约减。其中,针对K均值聚类算法聚类速度慢,易陷入局部最优解的问题,使用改进模拟退火算法优化初始簇中心点的方法以加速聚类;针对噪声对分类效果的影响,在聚类簇中采用拉依达准则进行噪声点判断和去噪处理的方法;引入旨在提高效率的欧氏距离样本选择方法,由簇中心点快速有效的选出异类样本中最近和最远的样本点。仿真测试结果表明:通过改进数据稀疏方法稀疏率达50.66%,模型准确率达到97.5%。第三,针对物联网感知节点存储空间有限,同时数据稀疏后支持向量库占据的存储空间大的问题,提出基于核矩阵稀疏方法。该方法创造性的将过滤式特征选择和剪枝法相结合,选取核矩阵中对分类起重要作用的列,将列对应的支持向量进行保留,并将非支持向量的信息进行转移,保证模型的拟合能力。仿真测试结果表明:通过核矩阵稀疏后支持向量由2467个缩减到147个,稀疏率达到94.04%,分类准确率为96.75%。总之,基于机器学习方法,通过数据稀疏和核矩阵稀疏所实现的最小二乘支持向量机分类器,在确保物联网入侵检测方法轻量级、智能化的同时,能够有效提升其检测准确率。
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