I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  A p r il   20 25 ,   p p .   2 0 8 9 ~ 2 0 9 7   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 2 . pp 2 0 8 9 - 2 0 9 7           2089       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   A lightweig h t  ma chine learni ng  appro a ch f o r den ia l - of - serv ice   a tt a cks det ection  in wireless  senso r  net wo rks       M o ha m ed  L o ug hm a ri,   Ana s s   E l A f f a r   En g i n e e r i n g   S c i e n c e s   La b o r a t o r y   ( LS I ) ,   P o l y d i s c i p l i n a r y   F a c u l t y   o f   Ta z a ,   S i d i   M o h a me d   B e n   A b d e l l a h   U n i v e r si t y ,   Ta z a ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 1 7 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Sep   3 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Oct  1 ,   2 0 2 4       Wi re les s  se n so r  n e two r k s  (W S N s)  a re   in c re a sin g l y   p re v a len t  in   t h e   In ter n e t  o f  T h in g s  e c o sy ste m   a n d   h a v e   b e e n   u se d   i n   se v e ra l  fiel d s   su c h   a s   e n v iro n m e n tal  m o n it o ri n g ,   m il it a ry ,   a n d   h e a lt h c a re .   Ho we v e r,   t h e ir  li m it e d   re so u rc e s  a n d   d istri b u ted   a rc h it e c tu re   re m a in   two   m a in   c h a ll e n g e s:  e n e rg y   a n d   se c u rit y .   F u rt h e rm o re ,   d e n ia l  o f  se rv ice   (Do S )  a tt a c k s  a re   o n e   o f  th e   p rin c i p a l  c y b e r  t h re a ts  to   W S Ns .   Th is  re se a rc h   p ro p o se s  a   l ig h twe i g h t   m a c h in e   lea rn in g   ( M L)  a p p ro a c h   b a se d   o n   t h e   e x trem e   g ra d ien t  b o o stin g   (XG Bo o st)  m o d e l  to   d e tec t  th e s e   a t tac k s  in   WS Ns .   Th ro u g h   a n   e x ten siv e   in v e stig a t io n ,   we   e v a lu a te  f o u r   p ro m in e n t  M L   a lg o rit h m s:  ra n d o m   fo re st   (RF ),   k - n e a re st  n e ig h b o r  (KN N),  sto c h a stic  g ra d ien t  d e sc e n t  (S G D),  a n d   XG B o o st,  u sin g   t h e   WS N - DS  d a tas e t.   In   a d d it i o n ,   we   imp le m e n t  a n d   in v e stig a te  se v e ra l  fe a tu re   se lec ti o n   tec h n iq u e s  in   o rd e r  t o   h a v e   a n   imp ro v e d   v e rsio n   o f  th e   o rig in a l  d a tas e t.   M o re o v e r,   we   e v a lu a te  t h e   p e rfo rm a n c e   u sin g   v a rio u s  p e rfo rm a n c e   m e tri c s,  wh ich   in c l u d e   a c c u ra c y ,   p re c isio n ,   re c a ll ,     F 1 - sc o re ,   a n d   p r o c e ss in g   ti m e .   T h e   latter   is  a   c ru c ial  c o n si d e ra ti o n   i n   WS N   e n v iro n m e n ts.  F o r   v a li d a ti o n ,   we   h a v e   e m p l o y e d   5 - f o ld   c ro ss - v a li d a ti o n   t o   e n su re   ro b u st  a n d   re l iab le  re su lt s.  Th e   p ro p o se d   m o d e l  h a s  a c h iev e d   g o o d   p e rfo rm a n c e   in   a ll   m e tri c s,  wit h   a   m a x imu m   a c c u ra c y   o f  u p   to   9 9 . 7 3 % ,   a n d   a   6 8 %   lo we r  p ro c e ss in g   ti m e   c o m p a re d   to   th e   o th e r  in v e sti g a ted   c la ss ifi e rs.   K ey w o r d s :   C y b er s ec u r ity     Den ial  o f   s er v ice   I n tr u s io n   d etec tio n   Ma ch in e  lear n in g   W ir eles s   s en s o r   n etwo r k   W ir eles s   s en s o r   n etwo r k   s ec u r ity   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h am ed   L o u g h m ar i    E n g in ee r in g   Scien ce s   L ab o r at o r y   ( L SI ) ,   Po ly d is cip lin ar y   Facu lty   o f   T az a ,   Sid i M o h am e d   B en   Ab d ellah   Un iv er s ity ,   B . P.  1 2 2 3 ,   T az a,   Mo r o cc o   E m ail: m o h am ed . lo u g h m ar i@ u s m b a. ac . m a       1.   I NT RO D UCT I O N   W ir eles s   s en s o r   n etwo r k s   ( W SNs )   ar e  b ec o m in g   an   ess en tial  p iece   o f   th e  in ter n et  o f   th in g s   ( I o T )   ec o s y s tem ,   an   in teg r al   p ar t   o f   m o d er n   tech n o lo g y ,   an d   h a v e  b ee n   a d o p te d   f o r   v ar io u s   ap p licatio n   s ec to r s   s u ch   as  en v ir o n m en tal  m o n ito r i n g ,   m ilit ar y ,   h ea lth ca r e,   ag r ic u ltu r e   [ 1 ] .   T h ese  wir eless   n etwo r k s   co n s is t  o f   m an y   au to n o m o u s   ch ea p   an d   lo w - p o wer   s en s o r   n o d es,  wh ich   a r e  d ep lo y ed   ac r o s s   v ar io u s   ar ea s   to   co llect  im p o r tan t   d ata  an d   th e n   tr an s m itted   in   a  co o p er ati v e  m an n e r   v ia  wir eless   m ea n s   to   a  h ig h er   p er f o r m an ce   n o d e   co m m o n l y   r ef e r r ed   t o   as  th e  s in k   n o d e   o r   b ase  s tatio n   [ 2 ] .   Ho wev er ,   d u e  to   th eir   wir el ess   co m m u n icatio n   n atu r e,   lim ited   co m p u tatio n al  r eso u r ce s ,   an d   e n er g y   c o n s tr ai n ts ,   W SN s   ar e  ex p o s ed   to   v ar io u s   cy b er - attac k s ,  esp ec ially   d en ial  o f   s er v ice  ( D o S)  attac k s   [ 3 ] .   Do S a ttack   aim s   to   co m p r o m is e  th e  av ailab ilit y   an d   in teg r ity   o f   th e  W SN  s y s tem s ,   b y   o v er wh elm in g   th e  s en s o r   n o d es,  ca u s in g   s er v ice  d is r u p tio n s   a n d   d a ta  lo s s .   p r o tectin g   ag ain s t  Do S  attac k s   is   v er y   c h allen g in g   b ec au s e   th ey   ca n   b e  g e n er ated   f r o m   a n y wh er e ,   p ar ticu lar l y   in   th e  co n tex t  o f   wir eless   s en s o r s   d ep lo y e d   o n   a  m ass iv e  s ca le.   C u r r en t  n etwo r k   s ec u r ity   s o lu tio n s ,   s u ch   as   tr ad itio n al  in tr u s io n   d etec tio n   s y s tem s   ( I DS)   m ay   n o t  b e  s u f f icien t  f o r   W SNs   as  th ey   d if f er   f r o m   u s u al  co m p u ter   n etwo r k s ,   th e  p r e v e n tio n   p r o tectio n   tech n o l o g y   d esig n ed   f o r   W SN  in f r astru ctu r e  m u s t  b e  h ig h ly   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   2 0 8 9 - 2 0 9 7   2090   ac cu r ate,   f ast,  an d   s u itab le  to   en s u r e  m in im al   o v e r h ea d   [ 4 ] ,  [ 5 ] .   T h er e f o r e,   th er e  is   a  p r ess in g   n ee d   f o r   an   ef f icien t lig h tweig h t in tr u s io n   d etec tio n   tech n iq u e.   W SN s   ar e,   lik e  an y   n etwo r k   ty p e,   liab le  to   v ar io u s   s ec u r it y   th r ea ts   an d   v u ln er a b ilit ies.  Ho wev er ,   th eir   u n iq u e  ch a r ac ter is tics ,   lik e  r eso u r ce   co n s tr ain ts   an d   d ep lo y m en t  en v ir o n m en ts ,   r eq u ir e  s p ec ialized   d ef en s e  s ch em es.  Nu m er o u s   ex is tin g   s tu d ies  ad d r ess ed   th ese  ch allen g es  b y   in v esti g atin g   th e  p o ten tial  o f   m ac h in e  lear n in g   ( ML )   m o d els  f o r   cy b er   th r ea t  d etec tio n   wh ile  also   h ig h lig h tin g   th e  d if f icu lties   d u e  to   r eso u r ce   co n s tr ain ts   [ 6 ] .   R av i  et  a l.   [ 7 ]   p r esen ted   a n   en d - to - en d   d ee p   lear n in g   ( DL )   a p p r o ac h   u s in g   r ec u r r e n t  n eu r al  n etwo r k s   ( R NNs)  f o r   in tellig en t  n etwo r k   in tr u s io n   d etec tio n   an d   class if icatio n .   T h ey   ev alu ated   th eir   wo r k   m ain ly   o n   th e   s o f twar e - d ef in ed   n etwo r k i n g - I o T   ( S DN - I o T )   [ 8 ]   an d   v ar io u s   b e n ch m ar k   d atasets ,   in clu d in g   KDD - C u p - 1 9 9 9   [ 9 ] ,   UNSW - N B 1 5   [ 1 0 ] ,   W SN - DS  [ 2 ] ,   an d   C I C I DS - 2 0 1 7   [ 1 1 ] ,   ac h iev in g   a   m ax im u m   ac cu r ac y   o f   9 9 %  f o r   in tr u s io n   d etec tio n   an d   9 7 %  f o r   in tr u s io n   class if icatio n .   A  s o p h is ticated   in tr u s io n   d etec tio n   m eth o d   ( SLGBM)   s p ec if ically   d esig n ed   f o r   W SNs   was  p r o p o s ed   b y   J ian g   et  a l.   [ 1 2 ] ,  wh ich   co m b in es  th e  s eq u en ti al  b ac k war d   s elec tio n   ( SB S)   f ea tu r e  s elec tio n   tech n iq u e  an d   th e  L ig h tGB M   alg o r ith m ,   th eir   e x p er im e n tal  r esu lts   d etec tio n   r ates  ex ce e d ed   9 6 %   f o r   ea ch   o f   th e  f iv e  c ateg o r ies  with in   th e   W SN - DS  d ataset.   I n   th eir   wo r k ,   W az ir ali  an d   Ah m a d   [ 1 3 ]   i n v esti g ated   a   v ar iety   o f   ML   al g o r ith m s   to   an aly ze   W SN  tr af f ic  d ata  an d   id en tify   Do S/DDo S  attac k s ,   an d   am o n g   th e  test ed   alg o r ith m s ,   G B o o s t  ac h iev ed   th e  h ig h est  av er a g e  p er f o r m an ce ,   with   9 9 . 6 %  ac cu r ac y   an d   a  m o d er ate  t r ain in g   tim e  o f   1 . 4 1   s ec o n d s .   R am an a     et  a l.   [ 1 4 ]   d ev elo p e d   a  n o v el  in tr u s io n   d etec tio n   s y s tem   ( W OG R U - I DS)   th at  em p lo y ed   wh ale  o p tim izatio n   alg o r ith m   ( W OA)   to   o p tim iz e  th e  h y p er p a r am eter s   o f   a  l o n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L S T M)   n etwo r k .   T h eir   r esu lts   d em o n s tr ated   an   av er a g e  ac cu r ac y   o f   9 9 . 8 5 %  f o r   all  attac k   ty p es.  Me en ak s h i  an d   Kar u n k u z h ali  [ 1 5 ]   p r o p o s ed   a  n o v el  in tr u s io n   d etec tio n   m eth o d   em p lo y in g   c o lo r   wien er   f ilter in g   ( C W F)  i n   th e  p r ep r o ce s s in g   p h ase  an d   T asm an ian   d ev il   o p tim izatio n   ( T DO)   in   th e   f ea t u r e  s elec tio n   p h ase  wh ile  u tili zin g   o p tim ized   s elf - atten tio n - b ased   p r o v is io n al  v ar iatio n al  au to - en c o d er   g e n er ativ e  ad v er s ar ial  n etwo r k   ( SAPVAGA N)   f o r   b in ar y   class if icatio n   o f   W SN - DS  d ata,   th eir   n o v el  m et h o d   p r o v id es  h i g h er   ac c u r ac y   a n d   lo wer   co m p u tatio n   tim e  wh en   co m p ar e d   s o lely   t o   SLGBM  [ 1 2 ] ,   R NN  [ 7 ] ,   a n d   W OGRU  [ 1 4 ]   m eth o d s .   Ma n ju la  an d   Priy a  [ 1 6 ]   in tr o d u ce d   a  VGG - 19 - b ased   C NN - L STM   f r am ewo r k   to   a ch iev e  a  h i g h   class if icatio n   a cc u r ac y   o f   9 8 . 8 6 %.   L iu   et  a l.   [ 1 7 ]   s u g g ested   a n   e d g e - b ased   in tr u s io n   d etec tio n   m o d el  ( K NN - PL - AOA)   tailo r ed   f o r   W SNs ,   th eir   ap p r o ac h   em p lo y ed   an   im p r o v ed   k - n ea r est  n eig h b o r   ( K NN)   class if ier   in teg r ated   with   a  n o v el  o p tim izatio n   alg o r ith m   ( PL - AOA) ,   th e  m o d el  d em o n s tr ated   p r o m is in g   p er f o r m an ce   with   an   ac cu r ac y   r ate  o f   9 9 %.   Siv ag am in ath an   et  a l.   [ 1 8 ]   ex am in ed   th e  ap p licatio n   o f   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PS O)   as   a  f ea tu r e  s elec tio n   tech n iq u e   in   c o n ju n ctio n s   with   v ar io u s   ML   alg o r i th m s ,   th e  r esu lts   s u g g ested   th at  th is   co m b in atio n   ac h iev ed   s u p er i o r   class if icatio n   ac cu r ac y   co m p a r ed   to   o th er   m eth o d s   in   th eir   ca s e  s tu d y .   R am esh k u m ar   et  a l.   [ 1 9 ]   ass ay ed   r ein f o r ce m en t  le ar n in g   ( R L )   b y   c o m b in in g   a  d ee p   Q  n etwo r k   with   tr an s f er   lear n in g   ( T L DQN)   ap p r o ac h   f o r   DDo S  n atu r e  att ac k s   in   wir eless   m u ltime d ia  s en s o r   n etwo r k s   ( W MSNs)  f o r   s m ar t  ag r icu ltu r e  ap p licatio n s .   T h e  au th o r s   claim ed   th at  th eir   tech n iq u e  ac h i ev es  9 0 %  th r o u g h p u t,  9 5 %  p ac k et  d eliv er y   r atio ,   8 9 %  DDo S  d etec tio n   ac cu r ac y ,   an d   9 5 %  m u ltip ath   an aly s is   ac cu r ac y .   I n   2 0 2 4 ,   Sh ak y a   et  a l.   [ 2 0 ]   h ig h lig h te d   th e  p o ten tial  o f   co m b in in g   DL   an d   R L   f o r   in tr u s io n   d etec tio n   in   W SNs   b y   p r o p o s in g   an   in n o v ativ e  a p p r o ac h :   I R ADA  in teg r ated   RL - b ased   ad v an ce d   DL .   T h e  ev alu atio n   s h o wed   im p r ess iv e  r esu lts   with   h ig h   ac c u r ac y   ( 9 9 . 5 0 %),   s p ec if icity   ( 9 9 . 9 4 %),   s en s itiv ity   ( 9 9 . 4 8 %),   F1 - s co r e  ( 9 8 . 2 6 %),   Ka p p a  s tatis tics   ( 9 9 . 4 2 %),   an d   ar ea   u n d er   t h e  cu r v e  ( AUC)  ( 9 9 . 3 8 %).   D e s p it e   t h e   e x t e n s i v e  r e s ea r ch   e f f o r t s   c o n d u c t e d   i n   t h e   f i el d   o f   i n t r u s i o n   d e t ec t i o n ,   d e v e l o p i n g   a n   a p p l i c a b l e  s o l u ti o n   wi t h   t h e   a b i l i t y   t o   e f f ec t i v el y   d e t e ct   D o S   th r e a t s   i n   W SN   e n v i r o n m e n ts   r e m a i n s   a   s i g n i f i ca n t  c h a l l e n g e .   T h is   w o r k   p r es e n t s   a   n o v e l   a p p r o a c h   f o r   d e t e c t i n g   D o S   at t a c k s   i n   W SN s .   T h e   m a i n   c o n t r i b u t i o n s   o f   t h i s   p a p e r   a r e :   A   l i g h t w ei g h t   a p p r o a c h   l e v e r a g i n g   e n s e m b l e   b o o s t i n g   l e a r n i n g   t e c h n i q u e s :   th a t   a i m s   t o   p r o v i d e   a n   e f f i c a c i o u s   a n d   e f f i c ie n t   s o lu t i o n   f o r   s e c u r i n g   W SN s   a g a i n s t   D o S   at t a c k s   a n d   p o t e n t i a l   i n tr u s i o n s   b y   o f f e r i n g   h i g h   a c c u r a c y ,   r o b u s t   f e a t u r e   s e l e c t i o n ,   c o m p r e h e n s i v e   e v a l u a t i o n   m e t r i cs ,   a n d   r e d u c e d   p r o c e s s i n g   t i m e   m a k i n g   i t   a   s u i ta b l e   s o l u t i o n   f o r   r e al - t i m e   d e t ec t i o n   i n   s u c h   e n v i r o n m e n t s ;   A   n o v e l   I DS   m o d el   b a s e d   o n   e x t r e m e   g r a d i e n t   b o o s t i n g   ( X GB o o s t ) ,   a n d   t h e   u t i l i za t i o n   o f   t h e   r ec e n t ,   c o m p r e h e n s i v e   W SN - DS   d a t as e t ,   w h i c h   i s   d e s i g n e d   s p e c i f ic a l l y   f o r   e v a l u a t i n g   D o S   a t t a c k s   i n   W SN s ,   m o r e o v e r ,   T h e   w o r k   i s   r i g o r o u s l y   e v a l u a t e d   t h r o u g h   c r o s s - v a li d a t i o n   t o   e n s u r e   t h at  o u r   f i n d i n g s   a r e   b o t h   r e l e v a n t   a n d   a p p l i c a b l e   t o   r e a l - w o r l d   s c e n a r i o s   i n   W S N  e n v i r o n m e n t s .   T h e   r es t   o f   t h e   p a p e r   i s   s t r u c t u r e d   as   f o ll o w s :   s e c t i o n   2   d e s c r i b e s   t h e   p r o p o s ed   a p p r o a c h   i n   d e t a i l,  s e c ti o n   3   i l l u s t r a t es   t h e   r es u l ts   a n d   d i s c u s s i o n ,   a n d   s ec t i o n   4   co n c l u d e s   t h is   m a n u s c r i p t .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D    T h i s   s e c ti o n   i n t r o d u c es   t h e  p r o p o s e d   m e t h o d o l o g y ;   i n   t h e   f i r s t   s t a g e   we   b e g i n   w i t h   t h e   d at a   c o l l e c ti o n   o f   W S N - D S ,   a   wi r e l es s   s e n s o r   n e t w o r k   s p e c ia l i z e d   d a tas e t ,   d e v e l o p e d   t o   h e l p   f o r   b e t t e r   d e t e ct i o n   a n d   c l a s s i f ic a t i o n   o f   D o S   a t t a c k s ,   it   i s   t h e   d a t a s et   o n   w h i c h   w e   t r a i n   a n d   t e s t   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   M L   m o d e l s .   I n   t h e   s e c o n d   s t a g e ,   w e   p r e p r o c e s s   t h e   c o l l e c t e d   d a t as e t   b y   h a n d l i n g   m i s s i n g   a n d   n u l l   v a l u e s ,   b e s i d e s   p e r f o r m i n g   d a t a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         A   lig h tw eig h t m a ch in e  le a r n in g   a p p r o a ch   fo r   d en ia l - of - s ervice  a tta ck s   …   ( Mo h a med   Lo u g h ma r i )   2091   e n c o d i n g .   I n   t h e   t h i r d   s t a g e ,   w e   e x a m i n e   f e a t u r e   s e le c t i o n   t e c h n i q u e s   w h e r e   w e   a i m   t o   o n l y   k e e p   s i g n i f i c a n t  f e a t u r e s ,   t h e r e b y   e n h a n c i n g   p e r f o r m a n c e   a n d   m i n i m i z i n g   co m p u t a t i o n a l   o v e r h e a d ,   I n   t h e   f o u r t h   s t a g e ,   w e  i m p l e m e n t   f o u r   v a r i a n t   m a c h in e   l e a r n i n g   al g o r i t h m s :   e x t r em e   g r a d i e n t   b o o s t i n g   ( X GB o o s t ) ,   r a n d o m   f o r es t   ( R F ) ,   k - n e a r es t   n e i g h b o r   ( K NN ) ,   a n d   s t o c h as t i c   g r a d i e n t   d e s c e n t   ( S GD ) ;   T h a t   a r e   s e le c t e d   f o r   t h e i r   s i g n i f i ca n t  i m p a c t   a n d   c o n t r i b u t i o n s   t o   d e f e n d i n g   a g a i n s t   s e c u r it y   a t ta c k s   [ 2 1 ] ,   s p e c i f i c a ll y   t h e i r   a b i l i t y   i n   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n .   F i n a ll y ,   w e  e v a l u ate   o u r   p r o p o s e d   m e t h o d o l o g y   b y   p e r f o r m i n g   c r o s s - v a li d a t i o n   a f t e r   a d j u s t i n g   t h e   e v a l u a t i o n   m e t r ic s   o f   t h e   i n v est i g a t e d   M L   m o d e ls ,   a n d   p r o p o s i n g   t h e   b e s t - p e r f o r m i n g   m o d e l   f o r   e f f i c i e n t   D o S   d e t e c t i o n   i n   W SN   e n v i r o n m e n ts .   T h e   s c h e m a t i c   d i a g r a m   i n   Fig u r e   1   i l l u s t r at e s   t h e   p r o p o s e d   s y s te m .           Fig u r e  1 .  Sch em atic  d iag r am   o f   th e  p r o p o s ed   s y s tem       2 . 1 .     Da t a s et   o v er v iew   T h is   p ap er   u tili ze s   a   s y n th etic  d ataset  co n s tr u cted   esp ec ially   f o r   d en ial - of - s er v ice   d etec tio n   in   W SNs   b y   Alm o m an i  et   a l.   [ 2 ] ,   n a m ed   W SN - DS.  T h e  d ata  wer e  co llected   u s in g   th e   L E AC H  p r o to c o l   [ 2 2 ]   an d   n etwo r k   s im u lato r   NS - 2 ;  2 3   f ea tu r es  wer e  ex tr ac ted ,   b u t  o n ly   1 9   wer e  p r esen ted   i n   th e  d a taset,  in clu d in g   th e  tar g et.   T ab le  1   s u m m ar izes th ese  f ea tu r es a n d   co r r esp o n d in g   d escr ip tio n s .       T ab le  1 .   Featu r es o f   th e  W SN - DS d ataset   Id   F e a t u r e   n a me   D e scri p t i o n   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   id   T i m e   I s_ C H   w h o   C H   D i st _ T o _ C H   A D V _ S   A D V _ R   JO I N _ S   JO I N _ R   S C H _ S   S C H _ R   R a n k   D A T A _ S   D A T A _ R   D a t a _ S e n t _ T o _ B S   d i s t _ C H _ T o _ B S   sen d _ c o d e   Ex p a n e d   e n e r g y   A t t a c k   t y p e   U n i q u e   i d e n t i f i e r   f o r   a   s p e c i f i c   s e n so r   n o d e   Th e   r u n t i me   a t   w h i c h   t h e   s e n s o r   n o d e   d a t a   w a s c a p t u r e d   A   f l a g   i n d i c a t i n g   t h e   n o d e 's ro l e   ( C l u s t e r   h e a d   o r   r e g u l a r   se n s o r   n o d e )   U n i q u e   i d e n t i f i e r   o f   t h e   c l u s t e r   h e a d   ( C H )     p h y s i c a l   d i s t a n c e   b e t w e e n   t h e   s e n s o r   n o d e   a n d   t h e   a ss i g n e d   C H   Th e   n u m b e r   o f   a d v e r t i se me n t   C H   m e s sag e s  b r o a d c a st e d   t o   n o d e s   Th e   n u m b e r   o f   a d v e r t i se me n t   mess a g e s rec e i v e d   f r o m  C H   Th e   n u m b e r   o f   j o i n   r e q u e st   mess a g e s  sen t   b y   t h e   n o d e   t o   a   c h o s e n   C H   Th e   n u m b e r   o f   j o i n   r e q u e st   mess a g e s  r e c e i v e d   b y   t h e   C H   f r o m   se n so r   n o d e s   Th e   n u m b e r   o f   m e ssa g e s   b r o a d c a st e d   b y   t h e   C H   c o n t a i n i n g   t h e   TD M A   sc h e d u l e   Th e   n u m b e r   o f   m e ssa g e s   r e c e i v e d   b y   t h e   n o d e   c o n t a i n i n g   t h e   TD M A   s c h e d u l e   Th e   a ss i g n e d   o r d e r   i n   t h e   n o d e   TD M A   sc h e d u l i n g     Th e   n u m b e r   o f   d a t a   p a c k e t s s u c c e ssf u l l y   se n t   f r o m   t h e   n o d e   t o   i t s  C H   Th e   n u m b e r   o f   d a t a   p a c k e t s rec e i v e d   b y   t h e   n o d e   f r o m i t s  a ssi g n e d   C l u st e r   C H   Th e   n u m b e r   o f   d a t a   p a c k e t s s u c c e ssf u l l y   t r a n sm i t t e d   b y   t h e   n o d e   t o   B S   Th e   d i st a n c e   b e t w e e n   C H   a n d   B S   A   c o d e   i d e n t i f y i n g   t h e   c l u st e r   t o   w h i c h   t h e   n o d e   b e l o n g s   a mo u n t   o f   e n e r g y   c o n s u me d   b y   t h e   se n so r   n o d e   t y p e   o f   n o d e   b e h a v i o r   o b serv e d   ( N o r mal   o r   m a l i c i o u s  b e h a v i o r )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   2 0 8 9 - 2 0 9 7   2092   W SN - DS  h a s   3 7 4 , 6 6 1   r ec o r d s   r ep r esen tin g   n o r m al  an d   an o m alo u s   tr af f ic  in   f o u r   Do S  a ttack   ty p es:   b lack h o le ,  g r a y h o le ,   T DM A,   an d   f lo o d in g .   Fig u r e   2   s h o ws  a  g r a p h ical  r e p r esen tatio n   o f   th e   d ataset,   d is p lay in g   th e  d is tr ib u tio n   o f   a ll f iv e  ty p es o f   attac k s .   a.   B lack h o le  attac k :  th is   is   wh en   a  co m p r o m is ed   n o d e  b eh av es   as  th e  b est r o u te   f o r   all  in c o m in g   tr af f ic,   th e n   d is ca r d s   an d   d r o p s   all  d ata  p ac k ets f r o m   r ea c h in g   t h eir   in ten d ed   d esti n atio n s .   b.   Gr ay h o le  attac k :  u n lik e  th e  f i r s t  o n e,   g r ay   h o le  d id   n o t  p e r f o r m   a  co m p lete  b lo ck a g e  b u t  r an d o m l y   o r   s elec tiv ely   d r o p p e d   s o m e  d ata   p ac k ets.   c.   T im e  d iv is io n   m u ltip le  ac ce s s   ( T DM A)   o r   s ch ed u lin g :  th is   attac k   ex p lo its   th e  s ch ed u led   ac ce s s   o f   T DM A   b y   m a n ip u latin g   th is   p r o to co l   to   d is r u p t   th e  s ch e d u lin g   an d   co o r d in atio n   o f   tr a n s m is s io n s   b etwe en   n o d es,  ca u s in g   co llis io n s ,   d elay s ,   o r   in ter f er en ce .   d.   Flo o d in g :  th is   attac k   aim s   to   o v er wh elm   th e  n etwo r k   with   a  lar g e  v o lu m e  o f   tr af f ic,   wh i ch   ca n   lead   to   d en ial  o f   s er v ice  f o r   le g itima te  u s er s   o r   n o d es b y   c o n s u m in g   in f in ite  en er g y ,   n etwo r k   tr af f i c,   an d   m e m o r y .           Fig u r e  2 .   Dis tr ib u tio n   o f   W SN - DS d ataset       2 . 2 .     Da t a   prepro ce s s ing   T h e  W SN - DS  tar g et  f ea tu r e  co n s is ts   o f   s tr in g s   th at  r ep r esen t  d if f er e n t  attac k   ty p es.  T h ese  tex tu al  lab els  ar e  tr an s lated   in to   n u m er ical  r ep r esen tatio n s   to   p r ep ar e  an d   f ac ilit ate  u n if o r m   d ata  h an d lin g   f o r   alg o r ith m ic  p r o ce s s in g .   No r m al  tr af f ic   is   en co d ed   as   0 ,   wh ile  th e  f o u r   attac k   t y p es:  b lack h o le,   g r a y h o le,   f lo o d in g ,   an d   T DM A,   ar e  en co d ed   as  1 ,   2 ,   3 ,   an d   4 ,   r esp ec tiv ely .   T h e  o th e r   d ata  p r e p r o ce s s in g   o p er atio n s   in clu d e  id en tify i n g   an d   h an d lin g   m is s in g   v alu es,  n u ll  v alu es ,   in f in ity   v alu es,  an d   d u p licate  r em o v al  in   o r d e r   to   p r eser v e  d ata  f id elity   an d   m itig ate  p o ten tial so u r ce s   o f   b ia s   o r   n o is e.     2 . 3 .     F e a t ure  s elec t io n   T h e  f ea tu r e  s elec tio n   tec h n iq u e  is   in ten d ed   to   s elec t  th e  o p tim al  f ea tu r es  in   th e   d ataset.   I t  is   a  p o wer f u l  p h ase  o f   an y   m ac h i n e  lear n in g   p r o ce s s ,   an d   it  ty p ically   im p ac ts   th e  class if ier ' s   p er f o r m an ce ,   d ata  u n d er s tan d i n g ,   r eso u r ce s ,   an d   tim e  co n s u m p tio n   [ 2 3 ] .   T h i s   is   p ar ticu lar ly   im p o r tan t  in   th e  co n tex t  o f   th e  r esear ch ,   wh er e  we  a r e  d ea lin g   with   a  W SN e n v ir o n m e n t th at  o f ten   h as lim ited   co m p u tin g   r eso u r ce s .     T h er ef o r e,   th is   r esear ch   ex p l o r ed   v ar i o u s   f ea tu r e  s elec tio n   tech n iq u es,  s u ch   as  r ec u r s iv e  f ea tu r e  elim in atio n   ( R FE) ,   s eq u e n tial  b ac k war d   s elec tio n   an d   f o r war d   ( SB SF ) ,   an d   f ea tu r e   im p o r ta n ce - b ased   m eth o d s .   Ho wev er ,   th ese  ap p r o ac h es  d id   n o t  y ield   th e  d esire d   im p r o v em en ts   in   th e   r esu lts .   T h e  m ain   p r o g r ess   was  ac h iev ed   th r o u g h   a  s tr aig h tf o r war d   y et  ef f ici en t  ac tio n   -   th e  ex clu s io n   o f   th e  in d ex   co lu m n ,   wh ich   was  d eter m i n ed   t o   b e  in s ig n if ican t  f o r   th e   d etec tio n   p r o ce s s .   Fu r th er m o r e,   f r o m   t h e  g e n er ated   SNS   h ea tm ap   o f   f ea tu r e   co r r elatio n   in   Fig u r e  3 ,   we  d r o p p ed   th e  ‘ SC H_ R ’   f ea tu r e  b ased   o n   t h e  an aly s is   to   id en tify   an d   r em o v e  th e   h ig h ly   co r r ela ted   f ea tu r es,  th is   was  d o n e  in   p r ef er en ce   to   d eletin g   th e  ‘ J OI N_ S’  f ea tu r e,   as  it  was  d ee m ed   t o   h av e   g r ea ter   f e atu r e  im p o r tan ce .   I n   ad d itio n ,   th e  ab s en ce   o f   an y   co l u m n s   w ith   a  s in g le   u n i q u e   v alu e  was  ch ec k e d   an d   co n f ir m ed .   Af ter   th is   iter ativ e  f ea tu r e  s elec tio n   p r o ce s s ,   we  wer e   l ef t  with   1 6   f ea tu r es  f r o m   th e   o r ig in al  d ataset,   wh ich   we  th en   u s ed   to   tr ain   a n d   e v alu ate  th e  ex am in e d   m o d els.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         A   lig h tw eig h t m a ch in e  le a r n in g   a p p r o a ch   fo r   d en ia l - of - s ervice  a tta ck s   …   ( Mo h a med   Lo u g h ma r i )   2093       Fig u r e  3 .   Hea tm ap   o f   f ea tu r e  c o r r elatio n       2 . 4 .     Va lid a t i o n   A  cr o s s - v alid atio n   was  p er f o r m ed   to   v alid ate  o u r   p r o p o s ed   m o d el  r ea s o n ab ly   an d   o b ject iv ely .   W e   em p lo y ed   5   f o ld s   to   ev al u ate  its   p er f o r m an ce   o n   u n s ee n   d ata.   Fu r th er m o r e,   th e  s u g g ested   m o d el  was   ev alu ated   u s in g   s ev er al  p er f o r m an ce   m etr ics,  in clu d in g   ac c u r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all ,   F1 - s c o r e,   an d   p r o ce s s in g   tim e.   T h e  ca lcu latio n   o f   th ese  m ea s u r es  r elies  o n   th e   v alu es  f r o m   th e   co n f u s io n   m atr ix ,   i n clu d in g     tr u e  p o s itiv es ( T P),   tr u e   n eg ati v es ( T N) ,   f alse p o s itiv es ( FP ) ,   an d   f alse n e g ativ es ( FN) .   a.   Acc u r ac y :  co n s id er   b o th   in s tan ce s   o f   n o r m al  an d   ab n o r m al  d ata  with   o th er   in s tan ce s .       =  +   +  +  +    ( 1 )     b.   Pre cisi o n :  p er ce n tag e   o f   co r r e ctly   class if ied   ab n o r m al   ( attac k )   in s tan ce s   o u t  o f   all  in s tan c es  class if ied   as   ab n o r m al.       =   +      ( 2 )     c.   R e c al l :   p r o p o r t i o n   o f   c o r r e ct l y   c l a s s i f i e d   a b n o r m a l   s a m p l es   r e l a t i v e  t o   t h e   t o t a l  n u m b e r   o f   a c t u a l   a b n o r m a l  s a m p l es .       =   +      ( 3 )     d.   F1 - s co r e:  C o m b in atio n   o f   p r e cisi o n   an d   r ec all  in to   a  s in g le  s co r e  v alu e  b y   tak in g   th eir   h a r m o n ic  m ea n .     1 −  = 2              +    ( 4 )     2 . 5 .     E x perim ent a l e nv ir o nm ent   T h e  s elec tio n   o f   th e  h y p e r p a r am eter   co m b i n atio n   f o r   th e  in v esti g ated   ML   m o d els  was  o p tim ized   u s in g   th e  r an d o m ized   s ea r c h   tech n iq u e  [ 2 4 ]   f r o m   t h e  R an d o m ized Sear c h C V  s cik it - le ar n   lib r ar y ,   wh ich   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   2 0 8 9 - 2 0 9 7   2094   ef f icien tly   ex p l o r ed   a   wid e  r a n g e  o f   h y p er p a r am eter   v al u es,  to   en s u r e  th at   th e  m o d els  wer e  f in e - tu n e d   f o r   th e   b est  p er f o r m an ce .   T h e  e x p er i m en ts   p r esen ted   in   th is   p a p er   wer e  co n d u cted   o n   th e   Go o g l e  C o lab   p latf o r m ,   a   clo u d - b ased   J u p y ter   No te b o o k   en v ir o n m en t.  T h e  r u n tim e  wa s   s p ec if ically   as f o llo ws:   −   R u n tim e  T y p e:  Py th o n   3   −   Har d war e  Acc eler ato r : CP U   −   R AM : 1 2 . 7   GB       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N    Ou r   r esear ch   m eth o d o lo g y   e v alu ates  o u r   p r o p o s ed   a p p r o ac h   in   b o th   o r ig in al   an d   im p r o v ed   d atasets   af ter   th e  f ea tu r e  s elec tio n   p h a s e;  All  m o d els  ar e  tr ain ed   an d   test ed   in   th is   p h ase,   m ak in g   a   clea r   class if icatio n   r ep o r t.  As  m en tio n ed   b ef o r e  i n   th e  im p r o v e d   v er s io n   o f   th e   d ataset  we  en d   u p   with   1 6   f ea tu r es.  T h e  f ea tu r e  s elec tio n   tech n iq u es a p p lied   in   th is   s tu d y   d id   n o t le ad   to   a  s i g n if ican t im p r o v em en t a n d   o f t en   led   to   d ec r ea s ed   p er f o r m an ce ,   w h ich   in d icate s   th at  1 8   f ea t u r es  p r esen t  i n   th e  o r ig in al  p u b licly   a v ailab le  d at aset  wer e  ca r ef u lly   s elec ted   f r o m   th e  o r ig in ally   r e p o r ted   2 3   f ea t u r es a n d   a r e  cr u cial  f o r   W SN secu r ity   p u r p o s es   [ 2 ] .   Fig u r es  4   an d   5   ex p o s e  th e  Acc u r ac y   p er f o r m a n ce   f o r   t h e  o r ig in al  an d   th e  im p r o v e d   v er s io n s   o f   th e   d ataset,   r esp ec tiv ely ,   as  we   ca n   o b s er v e  th at   XGBo o s t  an d   R F  class if icatio n   m o d els  ac h i ev ed   an d   m ai n tain ed   h ig h   ac c u r ac y ,   ex ce ed i n g   9 9 . 7 %  f o r   b o th   d atasets   with   n o   b en e f it  f r o m   th e   d ataset  i m p r o v e m en ts .   KNN  s h o ws  a  s lig h t  im p r o v em en t  i n   th e  o th er   d ataset  v er s io n .   T h e  m o s t  s ig n if ican t  ch an g e  was  o b s er v ed   in   SGD,   wh er e  ac cu r ac y   d ec r ea s ed   b y   n ea r ly   2 3   p e r ce n tag e  p o in ts .   Ov er all,   th e  r esu lts   h ig h li g h t   th e  r o b u s tn ess   o f   en s em b le  m eth o d s   lik e  XGBo o s t a n d   R F.             Fig u r e  4 .   Acc u r ac y   e x h ib ited   b y   all  class if ier s   o n   th e  o r i g in al  d ataset             Fig u r e  5 .   Acc u r ac y   e x h ib ited   b y   all  class if ier s   o n   th e  im p r o v ed   d ataset   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         A   lig h tw eig h t m a ch in e  le a r n in g   a p p r o a ch   fo r   d en ia l - of - s ervice  a tta ck s   …   ( Mo h a med   Lo u g h ma r i )   2095   T ab les  2   an d   3   r e p o r t  d etailed   p er f o r m an ce   o f   all  m o d el s   u s in g   5 - f o ld   cr o s s - v alid atio n   o n   th e   o r ig in al  an d   im p r o v e d   d atasets ,   r esp ec tiv ely .   T h e  m etr ics  r ep o r ted   in clu d e  ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,     F1 - s co r e,   an d   tim e  co n s u m p tio n .   R esu lts   d em o n s tr ate  th at  XGBo o s t a n d   R F p er f o r m   co n s is ten tly   well  in   b o th   d ataset  v er s io n s   b y   m ain tain i n g   h ig h   p r ec is io n ,   r ec all,   an d   F1 - s co r e  v alu es.  I n   ter m s   o f   tim e  p r o ce s s in g   XGBo o s t  is   th e  f astes t  m o d el   an d   is   m o r e  r ap id   in   th e   en h an ce d   v er s io n   o f   th e   d ataset.   KNN  is   th e  h i g h est,   an d   R F/S GD  ar e  also   r elativ ely   h ig h ,   with   s lig h t tim e  en h a n ce m en t in   th e  im p r o v ed   d atase t v er s io n .       T ab le  2 .   Per f o r m an ce   m etr ics o f   th e  o r ig in al  d ataset   C l a s si f i e r s   P e r f o r ma n c e   me t r i c s   T i m e   c o n su mp t i o n   ( s)   A c c u r a c y   P r e c i s i o n   R e c a l l   F1 - sc o r e   X G B o o st   99 . 7 3 2 8 %   9 9 . 7 3 3 4 %   9 9 . 7 3 2 8 %   9 9 . 7 3 0 6 %   8 5 . 4 6 1 1 3 5 7 0 6 9 9 9 9 8   RF   99 . 7 0 7 4 %   9 9 . 7 0 9 8 %   9 9 . 7 0 7 4 %   9 9 . 7 0 5 8 %   2 0 0 . 4 1 4 0 8 5 4 9 5 0 0 0 0 5   KNN   98 . 1 4 3 3 %   9 8 . 0 8 5 2 %   9 8 . 1 4 3 3 %   9 8 . 0 9 0 3 %   5 7 2 . 8 3 1 6 9 3 5 0 1 9 9 9 9   S G D   79 . 3 6 8 5 %   8 4 . 0 4 6 7 %   7 9 . 3 6 8 5 %   7 8 . 1 8 4 7 %   2 7 3 . 6 8 6 2 9 4 5 8 8       T ab le  3 .   Per f o r m an ce   m etr ics o f   th e  im p r o v e d   d ataset   C l a s si f i e r s   P e r f o r ma n c e   me t r i c s   T i m e   c o n su mp t i o n   ( s)   A c c u r a c y   P r e c i s i o n   R e c a l l   F1 - sc o r e   X G B o o st   99 . 7 3 2 0 %   99 . 7 3 2 6 %   99 . 7 3 2 0 %   99 . 7 2 9 8 %   8 3 . 9 2 3 9 8 8 5 8 0 0 0 0   RF   99 . 7 1 0 9 %   99 . 7 1 2 9 %   99 . 7 1 0 9 %   99 . 7 0 9 3 %   1 9 3 . 9 9 7 5 7 0 2 2 9 0 0 0   KNN   98 . 3 6 6 5 %   9 8 . 3 2 0 8 %   9 8 . 3 6 6 5 %   9 8 . 3 2 6 7 %   5 5 5 . 2 4 5 8 3 8 7 4 4 0 0 0   S G D   68 . 1 4 3 9 %   8 6 . 0 1 1 2 %   6 8 . 1 4 3 9 %   6 7 . 6 1 8 3 %   2 6 3 . 2 7 8 6 3 9 1 6 6 9 9 9       C o m p ar in g   XGBo o s t  to   R F  in d icate s   th at  b o th   p er f o r m   well   an d   co n s is ten tly   in   b o th   v e r s io n s   o f   th e   d ataset  co n f ir m in g   th at  e n s em b le  lear n in g   tech n i q u es  ar e   ef f ec tiv e  o n   lar g e - s ca le  d ata  [ 2 5 ] .   XGBo o s t  o f f e r s   s lig h tly   b etter   p er f o r m a n ce ,   w h ich   is   n o tab le  in   th e  co n tex t  o f   cy b er s ec u r ity ,   wh er e  ev en   s m all  d if f er en ce s   in   r ates  ca n   h a v e  s ig n if ican t   im p licatio n s   in   r ea l - w o r ld   s ce n a r io s .   Ho wev er ,   R F  h as  a  co n s id er ab le  p r o ce s s in g   tim e  wh ich   r aises   co n ce r n s   a b o u t  c o m p u tatio n al  c o n s u m p t io n   an d   m ay   r en d e r   it  u n s u it ab le  f o r   a   lim ited   r eso u r ce   en v i r o n m e n t.  KNN  also   g iv es  r esp ec tab le  r esu lts   p er f o r m a n ce   b u t  lag s   b e h in d   X GB o o s t  an d   R F  in   all  p er f o r m an ce   m etr ics.  I n   a d d itio n ,   it   h as  th e   h ig h est  tim e  co n s u m p tio n .   SGD  is   n o t  a   r e liab le  class if ier   f o r   th e  in tr u s io n   d etec tio n   task   s in ce   it p er f o r m s   th e  wo r s t a m o n g   all  th e  class if ier s   in   ter m s   o f   all  m etr ics.   T h e  k e y   f in d in g s   in d icate   th at   o u r   p r o p o s ed   XGBo o s t  m o d e l  d em o n s tr ates  th e   h ig h est  p er f o r m an ce   in   ter m s   o f   all  m etr ics.  Mo r e o v er ,   it   h as  s ig n if ican tly   lo w er   p r o ce s s in g   tim e  co m p ar ed   to   R F,  KNN,   an d   SGD.   Mo r e  p r ec is ely ,   f o r   th e   o r ig i n al  d ataset  v er s io n ,   XGBo o s t ' s   p r o ce s s in g   tim e  is   a p p r o x im ately   5 7 . 3 6 %   lo wer   th an   R F,  8 5 . 0 6 %  lo wer   th an   KNN,   a n d   6 8 . 7 8 %  lo w er   th an   SGD,   f o r   th e  s ec o n d   d ataset  v er s io n ,   th e   d ec r ea s es  ar e  ap p r o x im ately   5 6 . 7 3 %,   8 4 . 8 8 %,  a n d   6 8 . 1 2 %,  r esp ec tiv ely .   T h ese  r esu lts   in d icate   th at  th e   lig h tweig h t  d ev elo p e d   m o d el   is   ap p licab le  f o r   lim ited   r eso u r ce   n etwo r k s   lik e  th e  W SN,  wh er e  en er g y   ef f icien cy   is   cr itical,   an d   an y   d ev elo p e d   I DS  m u s t  co n s u m e  m in im al  en er g y .   L im itatio n s   in clu d e  r ea l - tim e  im p lem en tatio n ,   s ca lab ilit y   co n ce r n s ,   an d   d ataset  co n s tr ain ts   wh ich   m ay   n o t  f u lly   r ep r esen t  th e  wid e  an d   r ec en t  v ar iety   o f   Do S  attac k s .   I n   o r d er   to   d e m o n s tr ate  th e  ef f ec tiv en ess   an d   ef f icien c y   o f   th e  s u g g ested   m o d el,   we  co n d u cte d   a  co m p a r is o n   with   o th er   r elev an t  p ap er s ,   as sh o wn   in   Fig u r e  6 .           Fig u r e  6 .   C o m p a r is o n   o f   o u r   p r o p o s ed   m et h o d   an d   o th er   m et h o d s   o n   W SN - DS                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   2 0 8 9 - 2 0 9 7   2096   4.   CO NCLU SI O N   Dete ctin g   d en ial  o f   s er v ice  in   W SNs   b ased   o n   in tr u s io n   d etec tio n   with   h ig h   ac cu r ac y   an d   lo w  co m p u tin g   co n s u m p tio n   r em ain s   a  s ig n if ican t  ch allen g e  task ;  I n   th is   s tu d y ,   we  h av e  d em o n s tr ated   a   lig h tweig h t  an d   ef f ec tiv e  ap p r o ac h   tailo r ed   f o r   th is   p u r p o s e.   T h r o u g h   e x ten s iv e  ex p er im en tatio n   an d   co m p ar is o n   c o n d u cted ,   we   f o u n d   th at  XGBo o s t  p r o v id es  h ig h   ac cu r ac y   u p   to   9 9 . 7 3 %,  an d   r ed u ce s   p r o ce s s in g   tim e  b y   6 8 %  wh en   d etec tin g   m alicio u s   ac tiv i ties ,   co m p ar ed   to   r a n d o m   f o r est   ( R F),   k - n ea r est  n eig h b o r   ( KNN) ,   an d   s to ch asti c  g r ad ien t  d escen t  ( SGD)   m o d els;   an d   we  co n clu d e  th at  X GB o o s t   is   th e  m o s t   s u itab le  m ac h in e   lear n in g   clas s if ier   f o r   W SN  co n s tr ain ts   s in ce   it  ac h ie v es  th e   h ig h est  ac cu r ac y   a n d   th e  l o west   p r o ce s s in g   tim e  wh ich   ar e   a  h ig h ly   im p o r tan t  f ac to r s   in   a d d itio n   to   th e  o th er   ev alu atio n   m etr ics.  I n   f u tu r e   wo r k ,   we   p lan   to   c o n s id er   t h e  in teg r atio n   o f   th e   p r o p o s ed   m o d el  in   r ea l - tim e  d etec tio n ,   to   ex am i n e  its   ef f ec tiv en ess   o n   r ea l  d ata  g en e r ated   f r o m   I o T   d ev ices in   o p er atio n al  s ettin g s .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   M .   A .   J a ms h e d ,   K .   A l i ,   Q .   H .   A b b a s i ,   M .   A .   I mr a n ,   a n d   M .   U r - R e h ma n ,   “ C h a l l e n g e s ,   a p p l i c a t i o n s,   a n d   f u t u r e   o f   w i r e l e s s  s e n s o r s   i n   i n t e r n e t   o f   t h i n g s :   a   r e v i e w , ”   I EEE   S e n so rs   J o u r n a l ,   v o l .   2 2 ,   n o .   6 ,   p p .   5 4 8 2 – 5 4 9 4 ,   M a r .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS EN . 2 0 2 2 . 3 1 4 8 1 2 8 .   [ 2 ]   I .   A l mo ma n i ,   B .   A l - K a sas b e h ,   a n d   M .   A l - A k h r a s,   “ W S N - D S :   a   d a t a s e t   f o r   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   s y s t e ms   i n   w i r e l e s s  se n s o r   n e t w o r k s,”   J o u r n a l   o f   S e n s o rs ,   v o l .   2 0 1 6 ,   p p .   1 – 1 6 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 1 6 / 4 7 3 1 9 5 3 .   [ 3 ]   B .   B h u s h a n   a n d   G .   S a h o o ,   “ R e c e n t   a d v a n c e s   i n   a t t a c k s,   t e c h n i c a l   c h a l l e n g e s ,   v u l n e r a b i l i t i e s  a n d   t h e i r   c o u n t e r me a s u r e s   i n   w i r e l e ss   se n s o r   n e t w o r k s , ”   W i r e l e s s   P e rs o n a l   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   9 8 ,   n o .   2 ,   p p .   2 0 3 7 – 2 0 7 7 ,   S e p .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 2 7 7 - 017 - 4962 - 0.   [ 4 ]   A .   M i t r o k o t sa  a n d   A .   K a r y g i a n n i s,   “ I n t r u si o n   d e t e c t i o n   t e c h n i q u e s i n   se n so r   n e t w o r k s,”   N e t w o r k   S e c u r i t y ,   p p .   2 5 1 – 2 7 2 ,   2 0 0 8 .   [ 5 ]   I .   B a t r a ,   S .   V e r ma ,   K a v i t a ,   a n d   M .   A l a z a b ,   “ A   l i g h t w e i g h t   I o T - b a se d   se c u r i t y   f r a m e w o r k   f o r   i n v e n t o r y   a u t o ma t i o n   u s i n g   w i r e l e ss   sen s o r   n e t w o r k , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   C o m m u n i c a t i o n   S y s t e m s ,   v o l .   3 3 ,   n o .   4 ,   O c t .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / d a c . 4 2 2 8 .   [ 6 ]   K .   S h a u k a t   e t   a l . ,   “ P e r f o r m a n c e   c o mp a r i so n   a n d   c u r r e n t   c h a l l e n g e s  o f   u si n g   mac h i n e   l e a r n i n g   t e c h n i q u e s  i n   c y b e r sec u r i t y , ”   En e r g i e s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 0 ,   M a y   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 3 1 0 2 5 0 9 .   [ 7 ]   V .   R a v i ,   R .   C h a g a n t i ,   a n d   M .   A l a z a b ,   “ R e c u r r e n t   d e e p   l e a r n i n g - b a s e d   f e a t u r e   f u s i o n   e n s e mb l e   m e t a - c l a ssi f i e r   a p p r o a c h   f o r   i n t e l l i g e n t   n e t w o r k   i n t r u si o n   d e t e c t i o n   sy s t e m , ”   C o m p u t e rs   a n d   E l e c t ri c a l   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   1 0 2 ,   S e p .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mp e l e c e n g . 2 0 2 2 . 1 0 8 1 5 6 .   [ 8 ]   A .   K a a n   S a r i c a   a n d   P .   A n g i n ,   “ A   n o v e l   S D N   d a t a s e t   f o r   i n t r u si o n   d e t e c t i o n   i n   I o T  n e t w o r k s , ”   i n   1 6 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   N e t w o rk  a n d   S e rv i c e   M a n a g e m e n t ,   C N S M  2 0 2 0 ,   2 n d   I n t e r n a t i o n a l   Wo r k sh o p   o n   A n a l y t i c s  f o r  S e rv i c e   a n d   A p p l i c a t i o n   Ma n a g e m e n t ,   An S e r v A p p   2 0 2 0   a n d   1 st   I n t e r n a t i o n a l   W o rks h o p   o n   t h e   Fu t u re  E v o l u t i o n   o f   I n t e r n e t   Pr o t o c o l s,  I PFu t u ,   N o v .   2 0 2 0 ,   p p .   1 – 5 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / C N S M 5 0 8 2 4 . 2 0 2 0 . 9 2 6 9 0 4 2 .   [ 9 ]   M .   T a v a l l a e e ,   E .   B a g h e r i ,   W .   L u ,   a n d   A .   A .   G h o r b a n i ,   “ A   d e t a i l e d   a n a l y s i s  o f   t h e   K D D   C U P   9 9   d a t a   s e t , ”   i n   2 0 0 9   I EEE   S y m p o s i u m   o n   C o m p u t a t i o n a l   I n t e l l i g e n c e   f o r  S e c u ri t y   a n d   D e f e n se   Ap p l i c a t i o n s ,   J u l .   2 0 0 9 ,   p p .   1 – 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C I S D A . 2 0 0 9 . 5 3 5 6 5 2 8 .   [ 1 0 ]   N .   M o u s t a f a   a n d   J.  S l a y ,   “ T h e   e v a l u a t i o n   o f   n e t w o r k   a n o ma l y   d e t e c t i o n   s y st e ms :   st a t i st i c a l   a n a l y si s   o f   t h e   U N S W - N B 1 5   d a t a   se t   a n d   t h e   c o m p a r i so n   w i t h   t h e   K D D 9 9   d a t a   set , ”   I n f o rm a t i o n   S e c u ri t y   J o u rn a l ,   v o l .   2 5 ,   n o .   1 – 3 ,   p p .   1 8 – 3 1 ,   Ja n .   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 0 / 1 9 3 9 3 5 5 5 . 2 0 1 5 . 1 1 2 5 9 7 4 .   [ 1 1 ]   I .   S h a r a f a l d i n ,   A .   H a b i b i   L a s h k a r i ,   a n d   A .   A .   G h o r b a n i ,   “ T o w a r d   g e n e r a t i n g   a   n e w   i n t r u si o n   d e t e c t i o n   d a t a se t   a n d   i n t r u si o n   t r a f f i c   c h a r a c t e r i z a t i o n , ”   i n   Pro c e e d i n g s  o f   t h e   4 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   I n f o rm a t i o n   S y s t e m s  S e c u r i t y   a n d   Pr i v a c y ,   2 0 1 8 ,     p p .   1 0 8 – 1 1 6 ,   d o i :   1 0 . 5 2 2 0 / 0 0 0 6 6 3 9 8 0 1 0 8 0 1 1 6 .   [ 1 2 ]   S .   Ji a n g ,   J.  Zh a o ,   a n d   X .   X u ,   “ S LG B M :   a n   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   m e c h a n i s m   f o r   w i r e l e ss   se n s o r   n e t w o r k s   i n   sm a r t   e n v i r o n m e n t s, ”   I EEE  A c c e ss ,   v o l .   8 ,   p p .   1 6 9 5 4 8 – 1 6 9 5 5 8 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 0 . 3 0 2 4 2 1 9 .   [ 1 3 ]   R .   W a z i r a l i   a n d   R .   A h ma d ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   a p p r o a c h e s   t o   d e t e c t   D o S   a n d   t h e i r   e f f e c t   o n   W S N s  l i f e t i me, ”   C o m p u t e rs,   Ma t e r i a l s  a n d   C o n t i n u a ,   v o l .   7 0 ,   n o .   3 ,   p p .   4 9 2 1 – 4 9 4 6 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 2 6 0 4 / c mc. 2 0 2 2 . 0 2 0 0 4 4 .   [ 1 4 ]   K .   R a m a n a ,   A .   R e v a t h i ,   A .   G a y a t h r i ,   R .   H .   J h a v e r i ,   C .   V .   L .   N a r a y a n a ,   a n d   B .   N .   K u mar,   “ W O G R U - I D S   —   A n   i n t e l l i g e n t   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   sy s t e m   f o r   I o T   a ssi s t e d   w i r e l e ss  se n s o r   n e t w o r k s,”   C o m p u t e r   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   1 9 6 ,   p p .   1 9 5 – 2 0 6 ,     D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mc o m . 2 0 2 2 . 1 0 . 0 0 1 .   [ 1 5 ]   B .   M e e n a k s h i   a n d   D .   K a r u n k u z h a l i ,   “ En h a n c i n g   c y b e r   s e c u r i t y   i n   W S N   u si n g   o p t i mi z e d   se l f - a t t e n t i o n - b a se d   p r o v i si o n a l   v a r i a t i o n a l   a u t o - e n c o d e r   g e n e r a t i v e   a d v e r s a r i a l   n e t w o r k , ”   C o m p u t e r  S t a n d a r d s  a n d   I n t e rf a c e s ,   v o l .   8 8 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c s i . 2 0 2 3 . 1 0 3 8 0 2 .   [ 1 6 ]   P .   M a n j u l a   a n d   S .   B a g h a v a t h i   P r i y a ,   “ A n   e f f e c t i v e   n e t w o r k   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   a n d   c l a ss i f i c a t i o n   s y st e m  f o r   s e c u r i n g   W S N   u si n g  VGG - 1 9   a n d   h y b r i d   d e e p   n e u r a l   n e t w o r k   t e c h n i q u e s , ”   J o u rn a l   o f   I n t e l l i g e n t   a n d   F u zzy   S y st e m s ,   v o l .   4 3 ,   n o .   5 ,   p p .   6 4 1 9 – 6 4 3 2 ,   S e p .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 2 3 3 / JI F S - 2 2 0 4 4 4 .   [ 1 7 ]   G .   L i u ,   H .   Z h a o ,   F .   F a n ,   G .   Li u ,   Q .   X u ,   a n d   S .   N a z i r ,   “ A n   e n h a n c e d   i n t r u si o n   d e t e c t i o n   mo d e l   b a se d   o n   i m p r o v e d   k N N   i n   W S N s,”   S e n so r s ,   v o l .   2 2 ,   n o .   4 ,   F e b .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 2 0 4 1 4 0 7 .   [ 1 8 ]   V .   S i v a g a mi n a t h a n ,   M .   S h a r ma ,   a n d   S .   K .   H e n g e ,   “ I n t r u si o n   d e t e c t i o n   sy s t e ms   f o r   w i r e l e ss   se n s o r   n e t w o r k s   u s i n g   c o m p u t a t i o n a l   i n t e l l i g e n c e   t e c h n i q u e s , ”   C y b e rs e c u ri t y ,   v o l .   6 ,   n o .   1 ,   O c t .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / s 4 2 4 0 0 - 0 2 3 - 0 0 1 6 1 - 0.   [ 1 9 ]   S .   R a m e sh k u mar,  R .   G a n e s a n ,   a n d   A .   M e r l i n e ,   “ P r o g r e ssi v e   t r a n sf e r   l e a r n i n g - b a s e d   d e e p   Q   n e t w o r k   f o r   D D O S   d e f e n c e   i n   W S N , ”   C o m p u t e r   S y st e m s  S c i e n c e   a n d   E n g i n e e ri n g ,   v o l .   4 4 ,   n o .   3 ,   p p .   2 3 7 9 – 2 3 9 4 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 2 6 0 4 / c sse . 2 0 2 3 . 0 2 7 9 1 0 .   [ 2 0 ]   V .   S h a k y a ,   J.  C h o u d h a r y ,   a n d   D .   P .   S i n g h ,   “ I R A D A :   i n t e g r a t e d   r e i n f o r c e men t   l e a r n i n g   a n d   d e e p   l e a r n i n g   a l g o r i t h m  f o r   a t t a c k   d e t e c t i o n   i n   w i r e l e ss  se n s o r   n e t w o r k s,”   M u l t i m e d i a   T o o l s  a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   8 3 ,   n o .   2 8 ,   p p .   7 1 5 5 9 – 7 1 5 7 8 ,   F e b .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 0 4 2 - 0 2 4 - 1 8 2 8 9 - 7.   [ 2 1 ]   M .   A l   La i l ,   A .   G a r c i a ,   a n d   S .   O l i v o ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   f o r   n e t w o r k   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n — a   c o mp a r a t i v e   st u d y , ”   Fu t u r e   I n t e r n e t ,  v o l .   1 5 ,   n o .   7 ,   Ju l .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / f i 1 5 0 7 0 2 4 3 .   [ 2 2 ]   M .   A l - S h a l a b i ,   M .   A n b a r ,   T. - C .   W a n ,   a n d   A .   K h a saw n e h ,   “ V a r i a n t s  o f   t h e   l o w - e n e r g y   a d a p t i v e   c l u s t e r i n g   h i e r a r c h y   p r o t o c o l :   S u r v e y ,   i ss u e s   a n d   c h a l l e n g e s,”   El e c t r o n i c s ,   v o l .   7 ,   n o .   8 ,   A u g .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e l e c t r o n i c s 7 0 8 0 1 3 6 .   [ 2 3 ]   G .   C h a n d r a s h e k a r   a n d   F .   S a h i n ,   “ A   s u r v e y   o n   f e a t u r e   se l e c t i o n   me t h o d s,”   C o m p u t e rs   a n d   E l e c t ri c a l   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   4 0 ,   n o .   1 ,   p p .   1 6 – 2 8 ,   Ja n .   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mp e l e c e n g . 2 0 1 3 . 1 1 . 0 2 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         A   lig h tw eig h t m a ch in e  le a r n in g   a p p r o a ch   fo r   d en ia l - of - s ervice  a tta ck s   …   ( Mo h a med   Lo u g h ma r i )   2097   [ 2 4 ]   D .   A si f ,   M .   B i b i ,   M .   S .   A r i f ,   a n d   A .   M u k h e i mer,  “ E n h a n c i n g   h e a r t   d i s e a s e   p r e d i c t i o n   t h r o u g h   e n sem b l e   l e a r n i n g   t e c h n i q u e s  w i t h   h y p e r p a r a me t e r   o p t i m i z a t i o n , ”   A l g o r i t h m s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   6 ,   Ju n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a 1 6 0 6 0 3 0 8 .   [ 2 5 ]   L.   R .   N a mam u l a   a n d   D .   C h a y t o r ,   “ E f f e c t i v e   e n se mb l e   l e a r n i n g   a p p r o a c h   f o r   l a r g e - s c a l e   me d i c a l   d a t a   a n a l y t i c s,”   I n t e rn a t i o n a l   J o u rn a l   o f   S y st e m   Ass u r a n c e   E n g i n e e ri n g   a n d   Ma n a g e m e n t ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 ,   p p .   1 3 – 2 0 ,   F e b .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 3 1 9 8 - 021 - 0 1 5 5 2 - 7.       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       M o h a m e d   L o u g h m a r i           a   P h . D .   s t u d e n t   i n   c o m p u t e r  s c ie n c e ,   t e c h n o l o g y   a n d   i n n o v a t i o n ,   E n g i n e e r i n g   S c i e n c e s   L a b o r a t o r y   ( L S I ) ,   P o l y d i s c i p l in a r y   F a c u l t y   o f   T a z a ,   S i d i   M o h a m e d   B e n   A b d e l l a h   U n i v e r s i ty ,   T a z a / M o r o c c o ,   re c e i v e d   t h e   m a s t e r   d e g r e e   i n   i n t e l l i g e n t   a n d   m o b i l e   s y s t e m s   f r o m   S i d i   M o h a m m e d   B e n   A b d e l l a h   U n i v e r s i t y ,   M o r o c c o ,   i n   2 0 2 1 .   H i s   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   i n c l u d e   c y b e rs e c u r i t y ,   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e ,   m a c h i n e   l e a r n i n g ,   d e e p   L e a r n i n g ,   a n d   c o m p u t e r   n e t w o r k s .   H e   c a n   b e   c o n t a c t e d   a t   e m a i l :   m o h a m e d . l o u g h m a r i @ u s m b a . a c . m a .         Ana ss   El   Affa r           is   a   p ro fe ss o r   o f  c o m p u ter   sc ien c e   a t  t h e   P o l y d i sc ip li n a ry   F a c u lt y   o f   T a z a ,   S i d i   M o h a m e d   B e n   A b d e l l a h   U n i v e r s i t y ,   T a z a ,   M o r o c c o .   A   m e m b e r   o f   t h e   E n g i n e e r i n g   S c i e n c e s   L a b o r a t o r y   ( L S I ) ,   h o l d s  a   P h . D .   i n   c o m p u t e r   sc i e n c e .   h is   r e se a rc h   i n t e r e s t s   f o c u s   o n   c o m p u t e r   sc i e n c e ,   i n t e l l i g e n t   s y s tem   m o d e l i n g ,   a n a l y s i s   a n d   i n f o r m a ti o n   p r o c e s s i n g ,   a n d   a r t i f i c ia l   i n t e l l i g e n c e .   H e   c a n   b e   c o n t a c t e d   a t   e m a i l :   a n a ss . e l a f f a r@ u s m b a . a c . m a .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.