Anomaly detection in smart city wireless sensor networks

Abstract

Aquesta tesi proposa una plataforma de detecció d’intrusions per a revelar atacs a les xarxes de sensors sense fils (WSN, per les sigles en anglès) de les ciutats intel·ligents (smart cities). La plataforma està dissenyada tenint en compte les necessitats dels administradors de la ciutat intel·ligent, els quals necessiten accés a una arquitectura centralitzada que pugui gestionar alarmes de seguretat en un sistema altament heterogeni i distribuït. En aquesta tesi s’identifiquen els diversos passos necessaris des de la recollida de dades fins a l’execució de les tècniques de detecció d’intrusions i s’avalua que el procés sigui escalable i capaç de gestionar dades típiques de ciutats intel·ligents. A més, es comparen diversos algorismes de detecció d’anomalies i s’observa que els mètodes de vectors de suport d’una mateixa classe (one-class support vector machines) resulten la tècnica multivariant més adequada per a descobrir atacs tenint en compte les necessitats d’aquest context. Finalment, es proposa un esquema per a ajudar els administradors a identificar els tipus d’atacs rebuts a partir de les alarmes disparades.

Esta tesis propone una plataforma de detección de intrusiones para revelar ataques en las redes de sensores inalámbricas (WSN, por las siglas en inglés) de las ciudades inteligentes (smart cities). La plataforma está diseñada teniendo en cuenta la necesidad de los administradores de la ciudad inteligente, los cuales necesitan acceso a una arquitectura centralizada que pueda gestionar alarmas de seguridad en un sistema altamente heterogéneo y distribuido. En esta tesis se identifican los varios pasos necesarios desde la recolección de datos hasta la ejecución de las técnicas de detección de intrusiones y se evalúa que el proceso sea escalable y capaz de gestionar datos típicos de ciudades inteligentes. Además, se comparan varios algoritmos de detección de anomalías y se observa que las máquinas de vectores de soporte de una misma clase (one-class support vector machines) resultan la técnica multivariante más adecuada para descubrir ataques teniendo en cuenta las necesidades de este contexto. Finalmente, se propone un esquema para ayudar a los administradores a identificar los tipos de ataques recibidos a partir de las alarmas disparadas.

This thesis proposes an intrusion detection platform which reveals attacks in smart city wireless sensor networks (WSN). The platform is designed taking into account the needs of smart city administrators, who need access to a centralized architecture that can manage security alarms in a highly heterogeneous and distributed system. In this thesis, we identify the various necessary steps from gathering WSN data to running the detection techniques and we evaluate whether the procedure is scalable and capable of handling typical smart city data. Moreover, we compare several anomaly detection algorithms and we observe that one-class support vector machines constitute the most suitable multivariate technique to reveal attacks, taking into account the requirements in this context. Finally, we propose a classification schema to assist administrators in identifying the types of attacks compromising their networks.