T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   4 A u g u s t   20 26 ,   p p .   1 204 ~1 2 1 5   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 24 i 4 . 27561       1204       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //telko mn ika . u a d . a c. i d   Rea l - ti m e  ano m a l y  det ec tion sy ste m   using  best  per f o r m ed   m a chine  learning   m o del       Vict o M a t hebu la B uk o hw o   M icha el  E s ief a rienrhe   D e p a r t me n t   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e   a n d   I n f o r mat i o n   S y st e ms,  N o r t h - W e st   U n i v e r si t y ,   M a h i k e n g ,   S o u t h   A f r i c a         Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   21 2 0 2 5   R ev i s ed   A p r   9 2 0 2 6   A cc ep ted   Ma y   25 2026       Eff e c ti v e   a n o m a l y   d e tec ti o n   is  c ri ti c a f o p r o tec ti n g   o rg a n iza ti o n a l   n e tw o rk a g a in st  in c re a sin g l y   so p h isti c a ted   c y b e th re a ts.  Ho w e v e r,   m o st   m a c h in e   lea rn in g - b a se d   i n tru si o n   d e tec ti o n   m o d e ls  a re   d e v e lo p e d   a n d   v a li d a ted   u si n g   p u b li c   b e n c h m a r k   d a tas e ts,  wh ich   m a y   n o re f lec th e   o p e ra ti o n a l   c h a ra c teristics ,   traff ic  b e h a v io r,   a n d   t h re a p a tt e r n o f   re a i n stit u ti o n a l   n e tw o rk s.  In   th e   c a se   o f   Um a lu s i,   th e re   is   c u rre n tl y   n o   a n o m a l y   d e tec ti o n   m o d e c u sto m ize d   a n d   v a li d a ted   u sin g   Um a lu si - sp e c if ic  n e tw o rk   traff ic c re a ti n g   a   p ra c ti c a g a p   i n   d e p l o y a b le  c y b e rse c u rit y   c a p a b il it y .   Th is  st u d y   p ro p o se a   h y b rid   m a c h in e   lea rn i n g   f ra m e w o r k   tailo re d   to   su p p o r t   a c c u ra te,   e ff ici e n t,   a n d   o p e ra ti o n a ll y   re le v a n a n o m a l y   d e tec ti o n .   Us in g   k n o w led g e   d isc o v e r y   in   d a tab a se (KD D)  p ro c e ss ,   n e tw o rk   tra ff ic   d a ta  w e re   c o ll e c ted   a n d   p re - p r o c e ss e d   th ro u g h   n o r m a li z a ti o n ,   lab e e n c o d in g ,   m is sin g   v a lu e   trea t m e n t,   a n d   d im e n sio n a li ty   re d u c ti o n   u sin g   p r in c ip a l   c o m p o n e n a n a ly sis   (P CA ).   T h e   1 6   h y b rid   m o d e ls  i n teg ra ti n g   u n s u p e rv ise d   a n o m a l y   d e tec ti o n   w it h   su p e rv ise d   c las sif ica ti o n   w e re   i m p le m e n ted   a n d   c o m p a ra ti v e l y   e v a lu a ted .   Ex p e rim e n tal  f in d in g in d ica te  th a t   th e   d e n sity - b a se d   sp a ti a l   c lu ste rin g   o f   a p p li c a ti o n d a tab a se sc a n   (DBSCA N)  +   ra n d o m   f o re st  (RF m o d e a c h iev e d   9 9 . 9 2 %   a c c u ra c y   w h il e   m a in t a in in g   a   lo w   fa ls e   p o siti v e   (F P c o st,   m a k in g   it   su it a b le  f o a   se c u rit y   o p e ra ti o n s   c e n tre  ( S OC).  In   a d d it i o n ,   a   F las k - b a se d   w e b   a p p li c a ti o n   w a d e v e lo p e d   to   e n a b le   re a l - ti m e   d e p lo y m e n b y   sn iff in g   li v e   n e tw o rk   tra ff ic,  e x e c u ti n g   in f e re n c e ,   a n d   p e rsistin g   re su lt s i n   a n   S QL it e   d a tab a se .   K ey w o r d s :   An o m al y   d etec tio n   A r ti f icial  i n tel lig e n ce   H y b r id   m ac h in lear n in g     Kn o w led g d is co v er ies i n   d atab ases   Ma ch i n lear n i n g   al g o r it h m s     T h is i 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 :   B u k o h w o   Mic h ae l E s ie f ar ie n r h e   Dep ar t m en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   I n f o r m atio n   S y s te m s ,   No r th - W est U n i v er s it y     M m ab ath o   U n it 5 ,   Ma h i k en g ,   So u t h   A f r ica   E m ail: M ic h ae l.E s ie f ar ie n r h e @ n w u . ac . za       1.   I NT RO D UCT I O   T h in tr o d u ctio n   o f   ar ti f icial  i n telli g e n ce   ( AI )   h as  m ad h u g i m p ac o n   d if f er e n i n d u s t r ies  [ 1 ] ,   as  it  h as  p r o p elled   tr an s f o r m ativ ch an g es,  w it h   i n cr ea s ed   p r ed ictiv an al y s is   a n d   p r o d u ctiv it y   en h a n ce m en t s   i n   o r g an izatio n al  ac tiv it ies   [ 2 ] .   T h er is   a   n ee d   to   ex p lo r e   th ad o p tio n   an d   im p ac o f   A I ,   p r o m p ti n g   a n   ex a m in at io n   o f   it s   e f f ec t iv e n e s s   i n   th e   i n f o r m atio n   an d   co m m u n icat io n   tec h n o lo g y   ( I C T )   s ec u r it y   s y s te m s   o f   U m al u s i.  U m al u s is   t h co u n cil  r esp o n s ib le  f o r   q u alit y   ass u r an ce   in   g en er al  an d   f u r th er   ed u ca tio n   an d   tr ain i n g   ce r ti f icatio n   f o r   th N atio n al  Qu a li f ica tio n   Fra m e w o r k   ( NQF)   lev el s   1 - 4   in   So u t h   Af r ica.   As  co r p o r ate  n et w o r k s   ar i n cr ea s in g l y   e x p o s ed   to   s o p h is ticated   an d   ev o lv i n g   c y b er   t h r ea ts ,   th e   c y b er s ec u r it y   s y s te m s   t h at  p r o tect  th ese   n et w o r k s   n ee d   to   i m p r o v e,   as  t h tec h n iq u e s   u s e d   to   p en etr ate  th e m   ar e   co n s tan tl y   e v o lv i n g .   Desp ite  th av ailab ilit y   o f   in t r u s io n   d etec tio n   s y s te m s   ( I DS ) ,   th n et w o r k   en v ir o n m e n at  U m al u s is   s t ill  ex p o s ed   to   a b n o r m al  a n d   m al icio u s   tr a f f ic  d u to   li m itatio n s   i n   ex is t in g   d etec tio n   m et h o d o lo g ies.  E x is tin g   I DS  tech n o lo g ies  s tr u g g l to   k ee p   p ac e   w ith   t h co m p lex it y   a n d   s ev er i t y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           R ea l - time  a n o m a ly  d etec tio n   s ystem  u s in g   b est p erfo r med   ma ch in lea r n in g   mo d el   ( V icto r   Ma th eb u la )   1205   o f   c y b er - attac k s ,   lead in g   to   m o r f alse  alar m s   an d   s lo w er   d etec tio n   r ate   [ 3 ]   So m o f   th ch alle n g e s   th at  e x is t   in   I DS  as  h ig h li g h ted   b y   [ 4 ] ,   [ 5 ]   ar e   f alse  alar m   r ate,   lo w   d etec tio n   r ate,   u n b alan ce d   d ataset,   an d   r esp o n s ti m e.   A I - b ased   an o m a l y   d e tectio n   s y s te m s   ar ad v an c ed   I C T   s ec u r it y   s y s te m s   i n teg r ated   w it h   A I   tech n o lo g ies d esi g n ed   to   p r o te ct  th n et w o r k   in f r astr u ct u r e   [ 5 ] .     T h is   r esear ch   ai m s   to   d esi g n ,   i m p le m en t,  a n d   ev al u ate  v ar i o u s   s eq u en tia h y b r id   an o m al y   d etec tio n   m o d el s   t h at  i n te g r ate  u n s u p er v is ed   a n d   s u p er v i s ed   m ac h i n e   lear n i n g   ( ML )   a lg o r it h m s   to   en h a n ce   ac c u r ac y ,   p r ec is io n ,   an d   r eliab ilit y   w h en   d etec ti n g   s u s p icio u s   b eh av io r s   a n d   an o m alie s   w i th i n   th n et w o r k   in f r astru ct u r at  U m al u s i.  S u s p icio u s   an d   ab n o r m al  b eh av io u r s   r ef er   to   ac tiv ities   an d   tr an s ac tio n s   w it h i n   th e   n et w o r k   i n f r astru ct u r t h at  ar o u ts id n o r m al  tr af f ic  o r   tr an s ac tio n s ,   s u c h   as  h i g h   n et w o r k   tr af f ic  f lo w   ( in   o r   o u t) ,   u n u s u al  tr af f ic  d esti n ati o n s ,   an d   u n u s u al  tr af f ic  th r o u g h   p ar ticu lar   p r o to co l.   T h u n s u p er v is ed   M L   alg o r ith m s   u s ed   in   th i s   s tu d y   ar e   is o la tio n   f o r est  ( I F),   o n class   s u p p o r v ec to r   m ac h i n ( OC SVM) ,   lo ca o u tlier   f ac to r   ( L OF) ,   an d   d en s it y - b ased   s p atial  clu s ter in g   o f   ap p licatio n s   w ith   n o i s e   ( DB SC A N ) ,   co m b in ed   w it h   f o u r   s u p er v i s ed   ML   al g o r ith m s r a n d o m   f o r est  ( R F ) ,   d ec is io n   tr ee   ( DT ) ,   Naïv B ay e s   ( NB ) ,   an d     K - n ea r est  n ei g h b o r   ( KNN) .   a s   t h ese  m o d els  h a v p r o v en   to   h av e   g o o d   p er f o r m a n ce   m o d els  f o r   an o m al y   d etec tio n   f r o m   liter at u r e.   T h f i n d in g s   o f   t h i s   r esear ch   co n tr ib u te  to w ar d   d ev elo p in g   p r ac tical  an d   d ep lo y ab le  an o m al y   d etec tio n   ap p r o ac h   th at  s u p p o r ts   s ec u r it y   o p er atio n s   ce n tr e   ( SO C )   m o n ito r i n g   a n d   d ec is io n - m a k i n g   i n   r ea l - w o r ld   n et w o r k   en v ir o n m e n ts .   E x ten s i v r esear ch   h a s   b ee n   co n d u cted   o n   th ap p licatio n   o f   A I   in   an o m a l y   d etec tio n .   I n   th i s   s ec tio n ,   r ev ie w   i s   p r esen ted   o f   v ar io u s   s t u d ies  f o cu s in g   o n   h y b r id   an o m al y   d etec tio n   m o d els  w it h in   n et w o r k   en v ir o n m e n t s .   T ab le  1   p r esen ts   d if f er en t   s t u d ies  t h at  ar e x a m i n ed   to   ex p lo r th m o d els,  t h M L   al g o r ith m s ,   an d   h o w   th e y   p er f o r m ed   o n   v a r io u s   d atasets   u tili ze d   d u r i n g   ex p er i m e n tatio n .     T h s tr u ct u r o f   t h i s   p ap er   is   o r g an ized   i n to   f o u r   s ec t io n s .   T h m eth o d o lo g y   ap p lied   in   t h is   p ap er   is   d escr ib ed   in   s ec tio n   2 .   Dif f er en s eq u e n tial  h y b r id   m o d els,   co m b i n in g   u n s u p er v i s ed   an o m al y   d etec tio n   w it h   s u p er v i s ed   class i f ier s ,   w er tr ain ed   an d   ev alu ate d   to   d eter m i n th h i g h est  p er f o r m i n g   m o d el.   Sectio n   3   o f   th is   p ap er   p r esen ts   t h r es u lt s   o f   th e   ex p er i m en t s   a n d   d is cu s s io n s   o f   t h eir   p er f o r m a n ce .   Se ctio n   4   p r esen t s   t h e   f i n d in g s   a n d   f u tu r w o r k   to   en h an ce   n et w o r k   s ec u r it y   u s i n g   ML .       T ab le  1 .   A n o m al y   d ete ctio n   u s in g   h y b r id   ML   R e f .   Y e a r   S u mm a r y   [ 6 ]   2 0 2 4   T h e i r   st u d y   c o mp a r e d   t h e   p e r f o r man c e   o f   mu l t i p l e   M L   a l g o r i t h ms ( s u p e r v i se d ,   e n se mb l e ,   a n d   n e u r a l   mo d e l s)   f o r   I D S ,   i n c l u d i n g   K N N ,   S V M ,   D T ,   N B ,   a n d   R F .   T h e   a u t h o r p r o p o se d   a   h y b r i d   mo d e l   t h a t   u t i l i z e R F   a n d   S V M   a l g o r i t h ms  t o   l e v e r a g e   t h e   st r e n g t h s   o f   b o t h   a l g o r i t h ms.   [ 7 ]   2 0 2 4   T h e y   c o n d u c t e d   a   st u d y   t o   i m p r o v e   e a r l y   d e t e c t i o n   o f   c y b e r - a t t a c k s   b y   d e v e l o p i n g   a   n o v e l   h y b r i d   a n o mal y   d e t e c t i o n   mo d e l   t h a t   i n t e g r a t e d   D B S C A N   a n d   I F .   T h e i r   st u d y   a i me d   t o   r e d u c e   f a l se   p o si t i v e ( F P )   a n d   e n h a n c e   d e t e c t i o n   a c c u r a c y   i n   t h e   n e t w o r k .   [ 8 ]   2 0 2 4   T h e y   c o n d u c t e d   a   s t u d y   t o   d e v e l o p   a n d   e v a l u a t e   h y b r i d   ML   mo d e l t h a t   c o mb i n e   su p e r v i se d   a n d   u n s u p e r v i se d   l e a r n i n g   a p p r o a c h e t o   e n h a n c 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 .   T h e i r   st u d y   a i me d   t o   o v e r c o me   l i mi t a t i o n o f   t r a d i t i o n a l   mo d e l s b y   l e v e r a g i n g   t h e   s t r e n g t h s   o f   b o t h   u n su p e r v i se d   a n d   su p e r v i se d   M L   a l g o r i t h ms .   [ 9 ]   2 0 2 3   T h e y   c o n d u c t e d   a   st u d y   a i me d   a t   e v a l u a t i n g   t h e   e f f e c t i v e n e ss  o f   I F   ( a n   u n s u p e r v i se d   mo d e l )   a n d   S V M   ( a   su p e r v i se d   mo d e l )   f o r   a n o mal y - b a sed   I D S   ( A I D S ) .   T h e   o b j e c t i v e   o f   t h e i r   st u d y   w a t o   a d d r e ss  c h a l l e n g e i n   d e t e c t i n g   a b n o r mal   n e t w o r k   b e h a v i o r   i n   l a r g e - sca l e   d a t a   a n d   i m p r o v e   d e t e c t i o n   a c c u r a c y .   [ 1 0 ]   2 0 2 5   T h e y   c o n d u c t e d   a   s t u d y   a i me d   a t   d e v e l o p i n g   a   p r e d i c t i v e   mai n t e n a n c e   sy st e f o r   e n v i r o n me n t a l   se n so r s   b y   d e t e c t i n g   a n o mal i e s i n   u n l a b e l e d   I o T   se n so r   d a t a .   [ 1 1 ]   2 0 2 2   T h e y   c o n d u c t e d   a   st u d y   a i me d   a t   d e v e l o p i n g   a   h y b r i d   M L   mo d e l   f o r   a n o mal y   d e t e c t i o n   i n   n e t w o r k   se c u r i t y .   T h e   o b j e c t i v e   o f   t h e   st u d y   w a t o   i m p r o v e   d e t e c t i o n   a c c u r a c y ,   r e d u c e   FP   r a t e s,  a n d   e n h a n c e   r e a l - t i me   p r o c e ssi n g   e f f i c i e n c y   f o r   I D S .       2.   M E T H O D   T h is   s tu d y   f o llo w ed   a   k n o w le d g d is co v er y   in   d atab ases   ( KDD )   p r o ce s s   to   im p le m e n s eq u en tia l   h y b r id   ML   an o m a l y   d etec tio n   an d   class if icatio n   m o d el.   KDD  p r o ce s s   a p p lies   th f o llo w i n g   cr itical  p h ase s   to   en s u r ef f icie n a n d   ef f ec ti v d etec tio n d ata  co llectio n ,   d at p r ep r o c ess in g ,   d ata  r ed u ctio n ,   d ata  m i n i n g ,   a n d   ev alu a tio n .   T h is   s ec tio n   d escr i b es  h o w   ea ch   o f   t h f iv s tep s   o f   th KDD  p r o ce s s   w a s   ap p lied   in   t h is   r esear c h   s tu d y ,   u s i n g   th m et h o d o lo g y   d ep icted   in   Fi g u r 1 .   T h m o d el  w i th   h i g h   p er f o r m a n ce   w a s   s elec ted   a f ter   t h e   ev al u a tio n   p h a s e.   P y th o n   w as  u s ed   to   i m p le m e n t a ll th m o d els ex p er i m e n ted   w it h .       2 . 1 .     Da t a   c o llect io n   T h is   s tu d y   u s es   th d atase t   co m p iled   f r o m   r a w   n et w o r k   tr af f ic  f r o m   t h U m al u s i   n et w o r k   en v ir o n m e n t.  T h d ata  w as  co llected   d ir ec tly   f r o m   li v n et wo r k   in ter f ac es  an d   r ef lect s   r ea o p e r atio n al  tr af f i c   co n d itio n s ,   e n ab lin g   r ea lis tic  ev al u atio n   o f   an o m al y   d etec tio n   m o d els.  T h d ataset   en co m p as s es  t w o   ca teg o r ies  o f   f ea t u r es:  co r p ac k e attr ib u tes,  d ir ec tl y   ca p tu r ed   f r o m   ea c h   p ac k et,   an d   d er iv ed   f ea tu r es,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   1693 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   4 A u g u s 20 26 1 204 - 1 2 1 5   1206   en g i n ee r ed   d u r in g   p r ep r o ce s s in g   to   en h a n ce   class if icatio n   ca p ab ilit ies.  T ab le   2   s h o w s   a n   o v er v ie w   o f   th e   d ataset  f ea t u r es a n d   t h eir   d esc r ip tio n s .             Fig u r e   1 .   H y b r id   an o m al y   d etec ti o n   m et h o d o lo g y       T ab le  2.   Data s et  f ea tu r es a n d   t h eir   d escr ip tio n s   A t t r i b u t e   F e a t u r e   D e scri p t i o n   C o r e   p a c k e t   a t t r i b u t e s   p a c k e t _ n u m b e r   S e q u e n t i a l   p a c k e t   i n d e x   t i me st a mp   P a c k e t   a r r i v a l   t i me   p a c k e t _ si z e   T o t a l   p a c k e t   l e n g t h   i n   b y t e s   so u r c e _ p o r t   S o u r c e   t r a n sp o r t   p o r t   d e st _ p o r t   D e st i n a t i o n   t r a n s p o r t   p o r t   p r o t o c o l   I n t e r n e t   p r o t o c o l   ( IP )   i d e n t i f i e r   so u r c e _ i p   S o u r c e   I P   A d d r e ss   d e st _ i p   D e st i n a t i o n   I P   A d d r e ss   c u m u l a t i v e _ b y t e s   R u n n i n g   su m o f   p a c k e t   s i z e s p e r   c a p t u r e   w i n d o w   D e r i v e d   a t t r i b u t e s   b y t e _ d e l t a   C h a n g e   i n   c u m u l a t i v e   b y t e s b e t w e e n   c o n se c u t i v e   p a c k e t s   p a c k e t _ r a t e   p a c k e t p e r   se c o n d   b y t e _ r a t e   b y t e s p e r   se c o n d   d u r a t i o n   T i me   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   c o n se c u t i v e   p a c k e t s     2 . 2 .     P re - pro ce s s ing   Du r in g   t h p r ep r o ce s s in g   s ta g e,   ir r elev an t,   d u p licate  d ata,   an d   an y   co l u m n s   co n tain in g   d ata  th at  m a y   n o b n ee d ed   w i ll  b r em o v e d   f r o m   t h d ataset.   T h d ataset  m a y   b m a n u a ll y   m o d if ied   w h er n ec es s ar y   [ 7 ] .   Hig h - q u alit y   d ata  i s   i n cli n ed   to   y ield   r eliab le  k n o w led g c o m p ar ed   to   lo w - q u ali t y   d ata  [ 1 2 ] .   T h is   r esear ch   s tu d y   ap p lies   t h r ee   d ata  clea n i n g   tec h n iq u e s ,   lab el  en co d in g ,   n o r m a lizatio n ,   an d   f i lli n g   o f   m is s i n g   v al u es.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           R ea l - time  a n o m a ly  d etec tio n   s ystem  u s in g   b est p erfo r med   ma ch in lea r n in g   mo d el   ( V icto r   Ma th eb u la )   1207   T h f ir s p h ase  o f   p r ep r o ce s s in g   is   to   ap p l y   lab el  en co d in g .   T h lab el  en co d in g   m e th o d ,   also   k n o w n   as  o r d in al  en co d in g ,   ass i g n s   a   u n iq u in te g er   to   ea ch   ca te g o r y   f r o m   t h d ataset   [ 1 3 ] .   Fo r   ex a m p le,   d if f er en n et w o r k   p r o to co ls   ca n   ea ch   b ass ig n ed   an   in te g er   v al u e,   s u ch   as  0   f o r   tr an s m is s io n   co n t r o p r o to co l   ( T C P ) o r   1   f o r   u s er   d atag r a m   p r o to c o l   ( UDP ) .   T h n ex p h ase  o f   d ata  p r ep r o ce s s in g   h a n d les  m is s i n g   v al u es  i n   t h e   d ataset.   Data   clea n s i n g   in cl u d es  m et h o d s   f o r   d ea lin g   w it h   m i s s i n g   v al u es,  l ik i m p u tatio n   ( esti m at in g   m is s i n g   v alu e s )   o r   eli m i n ati n g   r o w s   o r   co lu m n s   t h at  h av a n   e x ce s s iv n u m b er   o f   m i s s i n g   v al u e s   [ 1 4 ] .   T h m ed ia n   v alu o f   ea ch   co l u m n   w il l b ca lcu lated   an d   u s ed   to   f ill i n   an y   m i s s in g   v al u e s .     Div id i n g   th d ata s et  i n to   th r ee   s u b s et s ,   b y   ap p l y in g   t h ti m e - b ased   d ataset  s p li tti n g   m e th o d ,   p r ev en ts   d ata  leak ag e   [ 1 5 ] .   T h d ataset  is   f ir s s o r ted   in   asce n d in g   o r d er   b y   ti m e s ta m p   attr ib u te,   en s u r i n g   t h at  ea r lier   n et w o r k   e v e n ts   p r ec ed th l ater   o n es.  O n ce   o r d er ed ,   th d ataset  is   d i v id ed   in to   t h r ee   c o n s ec u tiv e   s u b s ets.   6 0 % f o r   th tr ain i n g   s et,   1 0 % f o r   th v al id atio n   s et,   a n d   3 0 % f o r   th o u t - of - ti m s et,   a s   ill u s tr ated   in   Fi g u r 2 .           Fig u r e   2 .   T im e - b ased   d ata  s p li t       T h last   p h ase  en s u r es  t h n o r m aliza t io n   o f   n u m er ical  d ata  to   en s u r w ei g h t in g   in   th ML   m o d els.   No r m a lizatio n   i s   ac h ie v ed   b y   ap p ly i n g   m a x - m in   s ca li n g   o n   ( 1 )   [ 1 6 ] :        =   ( 1 )     W h er e,      r ef er s   to   t h n o r m al ized   f ea t u r v al u e,   w ill   al w a y s   l ie  b et w ee n   0   a n d   1 .     r ef er s   to   th e   o r ig in al   f ea t u r v al u e,     is   t h e   m i n i m u m   f ea tu r v al u e,     is   t h m ax i m u m   f ea t u r v alu e,   t h lar g est   o b s er v ed .     2 . 3 .     Da t a   r educt io n   P r in cip al  co m p o n e n an al y s is   ( P C A )   co n v er ts   t h h i g h - d i m en s io n a f ea t u r s p ac in to   lo w er - d i m en s io n al  f ea t u r s p ac wh ile  r etai n in g   as  m u ch   v ar ia n ce   ( in f o r m atio n )   as  p o s s ib l e   [ 1 7 ] .   T h is   h elp s   s i m p li f y   m o d els,  r ed u ce   co m p u tatio n al  lo ad ,   an d   en h an ce   th class i f icat io n   p er f o r m an ce   o f   th A I   m o d els.   T h is   s tep   is   ess e n tia f o r   o p tim izi n g   t h ap p licatio n   o f   d ata  m i n in g   al g o r ith m s ,   a s   it  r ed u c es  co m p u tat io n   ti m e   an d /o r   en h a n ce s   th eir   p er f o r m an ce   [ 1 8 ] .   I ac h iev es  th i s   b y   p r o j ec tin g   th d ata  o n to   s m aller   s et  o f   u n co r r elate d   p r in cip al  c o m p o n en t s   th at  ca p tu r t h m a x i m u m   v ar ia n ce   in   th o r ig i n al  d ataset  i m p ac ted   [ 1 9 ] P C A   f u n ctio n s   b y   f ir s ca lc u latin g   t h co v ar ian ce   m atr i x   o f   t h d ataset   an d   t h e n   ca r r y in g   o u t   eig e n v al u d ec o m p o s itio n .   T h lead in g   eig en v al u es   ( ) ,   alo n g   w it h   th eir   ass o ciate d   eig e n v ec to r s   ( ) ,   s er v as  th f o u n d atio n   f o r   tr an s f o r m i n g   t h d ata  in to   a   lo w er - d i m en s io n al  s p ac e.   C o n s eq u e n tl y ,   th n e w   co o r d in ates  ar d er iv ed   f r o m   th e s ei g e n v ec t o r s ,   w h ic h   id e n ti f y   th e   d ir ec tio n s   o f   m ax i m u m   v ar ian ce   with i n   t h d atase a s   s h o w n   in   ( 2 ) .   I n   th i s   ca s e,   =   λ   an d     r ep r esen ts   th n u m b er   o f   o b s e r v atio n s .       = (     ) (     )  = 1   ( 2 )     2 . 4 .     Da t a   m i nin g   T h p r im ar y   p u r p o s o f   th is   s t u d y   is   to   d esig n ,   i m p le m en t,  a n d   ev alu a te  h y b r id   an o m al y   d etec tio n   m o d el  t h at  in te g r ates  u n s u p er v is ed   an d   s u p er v is ed   M L   alg o r ith m s   in   o r d er   to   en h an ce   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   an d   r eliab ilit y   w h e n   d etec ti n g   an o m alie s   w it h i n   t h n et wo r k   in f r astru c tu r at  U m al u s i .   T h 1 6   s eq u en tial  h y b r id   an o m al y   d etec tio n   m o d els  w er d ev elo p ed ,   ea ch   c o m b in i n g   o n o f   f o u r   u n s u p er v is ed   alg o r ith m s   w it h   o n o f   f o u r   s u p er v i s ed   alg o r ith m s .   T h co m b in a tio n s   o f   t h ese  alg o r ith m s   f o r m ed   th f o l lo w i n g   m o d els,  as  in d icate d   in   T ab le  3 .   T h ese  m o d el s   ar ca teg o r ized   ac co r d in g   to   th eir   r esp ec ti v u n s u p er v is ed   alg o r ith m s ,   r esu lti n g   in   f o u r   ca te g o r ies.     2 . 4 . 1 .   Da t a   i m ba la nce   T o   o v er co m th p r o b lem   o f   d ata  im b alan ce   f r o m   t h co llected   d ata   f r o m   t h U m al u s i   n et w o r k ,   class   w ei g h a n d   s y n th e tic   m i n o r it y   o v er s a m p li n g   tec h n iq u ( SMOT E )   ar e   ap p lied .   SM OT E   p r ev en ts   clas s   i m b alan ce ,   w h ich   ca u s es  M L   class i f ier s   to   b b iased   to w ar d   th m aj o r ity   clas s ,   r ed u cin g   t h eir   ab ilit y   to   d etec Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   1693 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   4 A u g u s 20 26 1 204 - 1 2 1 5   1208   an o m alie s   ef f ec ti v el y   [ 2 0 ] [ 2 1 ] .   SMOT E   cr ea tes  ar tif icial  d ata  p o in ts   f o r   th m i n o r it y   c lass   u s i n g   ( 3 ) .   Fo r   ea ch   m in o r it y   clas s   s a m p le  ,   SMOT E   s elec ts   o n o f   it s   k - n ea r e s n eig h b o u r s    ,   an d   g e n er ates  n e s y n t h etic  s a m   [ 2 2 ] :     =   +   (    )   ( 3 )     W h er e,     is   f ea tu r v ec to r   f r o m   t h m in o r it y   cla s s ,      is   o n o f   th k - n ea r est  n ei g h b o u r s   o f     [ 0 , 1 ] r an d o m   n u m b er ,     is   n e w   s y n th e tic  d ata  p o in t.        T ab le   3 .   L is t o f   m o d els d e v elo p ed   U n su p e r v i se d   S u p e r v i se d   M o d e l   n a me   Is o l a t i o n   f o r e st   DT   I F + D T   NB   I F + N B   K N N   I F + K N N   RF   I F + R F   O n e - c l a ss SV M   DT   O C S V M + D T   NB   O C S V M + N B   K N N   O C S V M + K N N   RF   O C S V M + R F   L o c a l   o u t l i e r   f a c t o r   DT   L O F + D T   NB   L O F + N B   K N N   L O F + K N N   RF   L O F + R F   D B S C A N   DT   D B S C A N + D T   NB   D B S C A N + N B   K N N   D B S C A N + K N N   RF   D B S C A N + R F       2 . 5 .     E v a lua t i o n   A   co n f u s io n   m atr i x ,   also   k n o w n   a s   an   er r o r   m atr i x ,   is   tab le  th at  s u m m ar izes  t h p er f o r m an ce   o f   a   p r ed ictio n   o r   class if icatio n   m o d el  [2 3 ] .   T h c o n f u s io n   m atr ix   in   T ab le   4   p r o v id es  k ey   v ar iab les,  n a m el y ,   tr u p o s itiv ( T P ) ,   tr u n eg ativ ( T N) ,   FP ,   an d   f alse  n eg ati v ( FN) .   T h ( 4 ) - ( 7 )   illu s tr ate  h o w   th ac cu r ac y ,   r ec all,   p r ec is io n ,   an d   F1 - s co r w er c alcu lated ,   r esp ec tiv el y .         T ab le  4 .   C o n f u s io n   m atr i x   C o n f u s i o n   m a t r i x   P r e d i c t e d   c l a ss   N o r mal   A n o mal y   A c t u a l   c l a ss   N o r mal   TN   FP   A n o mal y   FN   TP         =  +   +  +  +    ( 4 )       =   +    ( 5 )       =   +    ( 6 )     1    = 2     +     ( 7 )       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   A ll   th e   m o d els   ex p er i m en ted   w i th   w er ex ec u ted   o n   c o m p u ter   co n f i g u r ed   w i th   th e   f o llo w i n g   h ar d w ar a n d   s o f t w ar s p ec i f i ca tio n s 6 4 - b it  W in d o w s   1 1   o p er atin g   s y s te m ,   I n tel  i5   p r o ce s s o r ,   4 7 0   GB   s o lid   s t a te   d r iv e   ( S SD )   s t o r ag e ,   1 6   GB   o f   r an d o m   ac c es s   m em o r y   ( R A M ) ,   E th e r n e t a d a p t e r   th a t su p p o r t s   1 . 0   G ig a b it s   p e r   s e c o n d   ( G b p s ) .   P y th o n   v e r s i o n   3 . 1 3   w a s   u t il is e d   f o r   ML   im p l em en t a t i o n s ,   o p e r a t in g   o n   V i s u al   S tu d i o   C o d v e r s i o n   1 . 1 0 2 . 3   ( u s e r   s e tu p ) .   T h e   P y th o n   l i b r a r ie s   r e q u i r e d   f o r   t h is   e x p e r im en t   a r e   s cik i t - le ar n ,   p a n d as ,   n u m p y ,   im b le a r n ,   f l as k ,   a n d   jo b l i b .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           R ea l - time  a n o m a ly  d etec tio n   s ystem  u s in g   b est p erfo r med   ma ch in lea r n in g   mo d el   ( V icto r   Ma th eb u la )   1209   3 . 1 .     M o del  perf o r m a nce  co m pa r is o n   T h 1 6   h y b r id   an o m al y   d etec tio n   m o d els,  co m b in i n g   u n s u p er v is ed   an d   s u p er v is ed   ML   alg o r ith m s ,   w er ev a lu ated   u s i n g   n et w o r k   tr af f ic  d ata  co llected   f r o m   t h U m a lu s n e t w o r k   en v ir o n m en t.  T h o b j ec tiv w a s   to   id en tify   t h m o s ef f e ctiv m o d el  f o r   SOC   d ep lo y m en b ased   o n   d etec tio n   p e r f o r m a n ce ,   s tab ilit y ,   r an k i n g   ca p ab ilit y ,   an d   FP   co s t.   E ac h   m o d el  w as  as s es s ed   u n d er   th r ee   class   i m b a lan ce   h an d lin g   s tr ate g ies:   SMOT E   o v er s am p li n g ,   s u p er v is ed   clas s   w ei g h ti n g ,   a n d   b aselin w it h o u class   b alan ci n g .   T h u n s u p er v is ed   alg o r ith m s   e v al u ated   w er L OF,  DB SC A N,   I F,  a n d   OC S VM .   E ac h   u n s u p er v i s ed   alg o r ith m   w as  p air ed   w it h   ea ch   o f   f o u r   s u p er v i s ed   clas s if ier s R F,  DT ,   NB ,   an d   KN N,   f o r m i n g   f o u r   d is ti n ct  m o d el  ca teg o r ies.  T h h ig h e s t - p er f o r m i n g   h y b r id   m o d el  f r o m   ea c h   u n s u p er v is ed   ca teg o r y   w as  s elec ted   an d   co m p ar ed   t o   d eter m in e   th m o s t s u itab le  m o d el  f o r   SOC .   T a b le  5   p r esen ts   th to p - p er f o r m i n g   m o d els f r o m   ea c h   c ateg o r y .       T ab le   5 .   Hig h est p er f o r m er s   f r o m   ea c h   ca te g o r y   M o d e l   n a me   P r e c i si o n   R e c a l l   F1 - s c o r e   A c c u r a c y   ( % )   I F + R F   89   87   85   87 . 29   O C S V M + R F   96   94   95   93 . 92   L O F + D T   1 0 0   99   99   98 . 60   D B S C A N + R F   1 0 0   1 0 0   1 0 0   99 . 92       3 . 2 .     Co nfusi o m a t rix   Fig u r 3   d is p lay s   t h c o n f u s io n   m atr i x .   T h I F+R m o d el  in   Fig u r 3 ( a)   in d icate s   lar g n u m b er   o f   TN   ( 9 3 , 0 6 4 )   an d   s m a ll  n u m b er   o f   FP   ( 1 1 3 ) ,   in d icatin g   t h at  it  i s   s u cc es s f u at  r e d u cin g   f alse  aler t s .   Ho w e v er ,   th m o d el  h a s   v er y   h ig h   FN   r ate,   m is s in g   1 4 , 5 0 7   an o m alo u s   tr af f ic.   D esp ite  s ig n i f ica n t   p er ce n tag o f   TN ,   th m o d el  m is c lass if ied   lar g n u m b er   o f   an o m alies  a s   t y p ica tr af f ic .   T h is   lead s   to   lo w   r ec all  f o r   th an o m al y   clas s ,   w h ic h   is   cr u c ial  r estrictio n   in   c y b er s ec u r it y   s etti n g s   wh er u n d is co v er ed   attac k s   o f f er   s ig n if ica n r i s k .   B ec au s o f   th lar g n u m b er   o f   m i s clas s i f icatio n s ,   th m o d el  b ec o m es   u n s u itab le  f o r   SO C   d ep lo y m e n t.    T h L OF+DT   m o d el  i n   Fig u r 3 ( b )   an d   th OC SVM+ R m o d el  i n   Fi g u r 3 ( c)   h ad   s ev er e   class i f icatio n   b iases   to w ar d   th an o m alo u s   clas s ,   1 1 3 4 5 1   an d   1 0 7 4 3 4 ,   r esp ec tiv el y .   T h is   class i f icatio n   w o u ld   r esu lt  i n   e x ce s s iv a ler g e n er atin g   i n   SO C   en v ir o n m e n t.  L OF + DT   p r o d u ce d   0   FP   an d   7   TN .   Desp ite  th eir   h ig h   d etec tio n   r ates,  th e s t w o   m o d els  ar u n s u itab le  f o r   o p er atio n al  d ep lo y m e n d u to   th eir   in ab ilit y   to   m ai n tai n   b alan ce d   an d   m ea n i n g f u l c la s s i f icatio n .   T h e   c o n f u s i o n   m a t r ix   f o r   D B SC A N+ R F   m o d e l ,   d em o n s t r a t ed   i n   F ig u r e   3 ( d ) ,   in d i c at e s   th a t   t h is   m o d el  p r o p e r ly   c at eg o r i z e d   p r a ct i c a lly   al l   ty p i c a t r af f i c ,   a s   s ee n   b y   e x t r a o r d i n a r i ly   h ig h   T N   an d   a   l o w   F r a t e .   T h is   e q u a t es   t o   n e a r - z e r o   F r at e ,   w h ic h   is   i d e a l   in   a   S OC   s e tt in g   b e c au s i d e c r e as e s   a l e r t   f a tig u e   a n d   o p e r a t i o n a o v e r h e a d .   On ly   7   n o r m a l   p a ck e t s   w er e   w r o n g ly   i d en t if i e d   a s   a n o m a l o u s ,   d em o n s t r at in g   h ig h   p r e c is i o n .     3 . 3 .     Cla s s   ba la nce  s t ra t eg ies   Fig u r 4   co m p ar es  t h d i f f er e n cla s s   b ala n cin g   s tr ate g ies  e x p er i m e n ted   i n   t h is   s t u d y ,   SM OT E ,   class   w ei g h t,  an d   n o   clas s   b alan ci n g ,   o n   th ac c u r ac y   o f   t h f o u r   h ig h e s p er f o r m er s   f r o m   ea ch   f o u r   ca teg o r ies.  A l l   m o d el s   p er f o r m ed   r elati v el y   co n s is ten tl y   ac r o s s   d if f er e n class - b alan ci n g   s tr ateg ie s ,   ex ce p th L OF+ DT   m o d el.   T h w ei g h cla s s   b ala n ce   f o r   L O F+DT   d r o p p ed   d r as ticall y   to   4 8 . 5 co m p ar ed   to   SMOT E   an d   n o   b alan cin g   at  9 8 . 6 an d   9 8 . 2 4 ,   r esp ec tiv el y .   T h I F - b ased   m o d el s   w er n o s e n s i tiv to   class   b alan ci n g th e   h ig h e s ac c u r ac y   w as  ac h ie v e d   o n   SMOT E   o v er s a m p l in g .   T h v ar iatio n   f o r   I F+R w a s   0 . 6 1 o f   ac cu r ac y .   OC SVM+ R m o d el  p er f o r m ed   b etter   at  n o   b alan cin g ,   w i th   an   ac cu r ac y   o f   9 3 . 9 2 %,  w h ile  its   lo w est  w a s   9 1 . 7 7 %.   DB SC A N - b ased   m o d els  ac h iev ed   n ea r - p er f ec p er f o r m a n ce   ac r o s s   all  th r ee   s tr ateg ies,  w it h   v ar iatio n   o f   o n l y   0 . 0 2 %.  T h h ig h e s t a cc u r ac y   w as p r o d u ce d   b y   n o   cl as s   b alan ci n g   at  9 9 . 9 6 %.      3 . 4 .     F P   co s t   a na ly s is   FP   co s s er v ed   as  a   cr itical  e v alu a tio n   m e tr ic  f o r   m o d el  s elec tio n   in   th is   s t u d y .   Si n ce   ea ch   f als e   alar m   in   SOC   e n v ir o n m en t   in cu r s   in v es tig a tio n   ti m a n d   r eso u r ce   ex p en d itu r e,   m i n i m izi n g   FP   co s w a s   p r io r itized   alo n g s id tr ad itio n al  p er f o r m an ce   m etr ic s .   T h co s v al u o f   ea c h   m o d el  is   ca l cu lated   b y   ap p l y i n g   ( 8 ) ,   w h er FP   is   th n u m b er   o f   FP   in   m o d el,     r e f e r s   t o   th e   am o u n t   o f   t im e   it   t ak es   t o   in v es t ig at e   o n F P,   in   w h ich   1 5   m in u t e s   w as   s e f o r   t es t in g   p u r p o s e s .     r e f e r s   t o   th r a t a w h i ch   th e   S OC   en g in e e r   is   c o m p en s a t e d   f o r   p e r   h o u r .   A   s ta n d a r d   r a t e   o f   R 3 0 0 . 0 0   h as   b e en   s e t   f o r   th e   p u r p o s e   o f   t es t in g   d i f f e r en t   m o d el s .         = FP (  60 )   ( 8 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   1693 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   4 A u g u s 20 26 1 204 - 1 2 1 5   1210   T h b est  p er f o r m i n g   m o d el  i n   t h OC SVM  ca te g o r y ,   O C SVM+ R F,  p r o d u ce d   th h i g h est  FP   co s t,  ex ce ed in g   R 1 3 7   0 0 0 , 0 0 .   T h is   in d icate s   lar g v o lu m o f   n o r m al  tr af f ic  cla s s i f ied   as a n o m a lies .   T h is   s u g g es t s   p o o r   p r ec is io n   an d   h ig h   o p er atio n al  b u r d en   o n   SOC   a n al y s t s .   I n   th I ca teg o r y ,   I F+R p r o d u ce d   a   m o d er ate  FP   co s o f   R   8   4 7 5 . 0 0 .   DB SC N+ R p r o d u ce d   a   g o o d   F P   c o s o f   R 5 2 5 . 0 0 ,   m ak i n g   it  o p er atio n all y   id ea f o r   SOC   en v ir o n m e n t.   I n   th L O ca teg o r y ,   L OF+ DT   m o d el  p r o d u ce d   th lo w e s FP   co s o f   R 0 . 0 0 .   T h is   i m p lie s   t h at  t h i s   m o d el   d id   n o d etec an y   FP   d u r in g   th e   m o d el  e v al u atio n .   W h il it   m a y   b co s t   ef f icien t,  th is   m a y   b s ig n   o f   u n d er   d etec tio n   o f   ac tu al  th r ea ts .   T h is   is   s u p p o r ted   b y   L O F+DT   m atr i x   co n f u s io n   i n   F ig u r 3 ( b ) ,   w h e r m aj o r ity   o f   th n et w o r k   tr a f f ic  clas s i f ied   as   an o m alies.   F r o m   th is   a n al y s i s ,   DB SC A N+ R h as  t h lo w e s t   ac ce p tab le  FP   c o s t,  h ig h li g h tin g   its   s u p er io r   p r ec is io n   an d   m i n i m al  a n al y s i s   in ter v e n tio n   r eq u ir e m e n t s .   T h is   an al y s is   p r o v es  t h at  FP   co s is   cr itical  ev al u atio n   m e tr ic  f o r   I DS  s y s te m s   d ep lo y ed   in   e n ter p r is en v ir o n m en ts .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r 3 .   C o n f u s io n   m atr ix   f o r   h ig h   p er f o r m er s :   ( a)   I F+R F,  ( b )   L OF+DT ,   ( c)   D B SC AN+ R F ,   an d     ( d )   OC SVM+ R F           Fig u r 4 .   C lass   b ala n cin g   s tr ateg ies   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           R ea l - time  a n o m a ly  d etec tio n   s ystem  u s in g   b est p erfo r med   ma ch in lea r n in g   mo d el   ( V icto r   Ma th eb u la )   1211   3 . 5 .     Dis cus s io n o n t he  hig he s t   perf o r m er   DB SC A N+ R m o d el  d e m o n s tr ates  m o r r o b u s b alan ce   b et w ee n   d etec tio n   ca p ab ilit y ,   s tab ilit y ,   an d   o p er atio n al  co s t,  co m p ar ed   to   all  o th er   m o d els  e x p er im en ted   w i th   i n   t h is   s tu d y .   T h i s   m o d e l   p e r f o r m e d   b e t t e r   an d   p r o v e d   t o   b e   m o r e   s u i te d   f o r   d e p l o y m en t   in   r e a l - w o r l d   S O C   en v i r o n m en ts   w h e r t r a f f ic   d i s t r i b u t i o n s   a r e   c o m p l ex ,   d y n am i c ,   an d   im b a l an ce d .   D B SC A N   i s   l e s s   s en s it iv e   t o   f e at u r e   s c al in g   d i s t o r t i o n s   an d   c l as s   im b al an c es ,   w h i ch   a r e   c o m m o n   in   r e a l - w o r l d   n etw o r k   d a t a.   T h i s   e n a b l e s   D B SC A N   t o   g e n e r at e   c le an e r   an d   m o r e   s e p a r a b l e   an o m a ly   la b e ls ,   w h i ch   e n h an ce s   t h e   d o w n s t r ea m   s u p e r v i s e d   cl a s s if i e r s   l e a r n i n g   p r o c e s s .   T h h y b r id izatio n   o f   DB S C AN  w i th   R f u r t h er   a m p li f ies  t h is   ad v a n ta g e.   T h s p ec if ied   DB SC A N   p ar am eter s   (  = 0 . 2 _   = 30 )   allo w   t h m o d el  to   ca p tu r d en s r eg io n s   o f   n o r m al  n et w o r k   b eh av io r   w h ile  ef f ec ti v el y   s ep ar atin g   s p ar s tr af f ic  p atter n s   as  an o m alie s ,   w h ic h   is   co n s is ten w ith   t h b asic   s tr u ct u r an d   i m b ala n ce   o f   r ea l - w o r ld   n et w o r k   tr af f ic.   T h i s   a llo w s   t h RF   clas s i f ier   to   f o cu s   o n   d is cr i m i n ati v e   tr af f ic  p atter n s   r ath er   t h a n   o u tlier s   o r   b o r d er lin ex a m p le s .   I lead s   to   b etter   g e n er aliza ti o n ,   h i g h er   r an k in g   ab ilit y ,   an d   m o r co n s i s te n p er f o r m an ce   ac r o s s   v a lid atio n   f o ld s   an d   o u t - of - ti m d ataset s .   T h is   m o d el  o f f er s   th m o s t c o s t - ef f icie n t so l u tio n   a m o n g   t h ev a lu ated   m o d el s .     3 . 6 .     M o del  re t ra ini ng   s t ra t e g y   Mo d el  r etr ain in g   i s   ca r r ied   o u to   en s u r th at  t h an o m al y   d etec tio n   s y s te m   s ta y s   a d ap tab le  t o   ch an g i n g   n et w o r k   tr a f f ic  p att er n s   at  U m al u s a n d   d ev elo p in g   a ttack   b e h av io r s .   D u r in g   r et r ain in g ,   n e w l y   co llected   n et w o r k   tr af f ic  d ata   ar a p p en d ed   t o   th ex is tin g   h is to r ical  d ataset  an d   s o r ted   ch r o n o lo g icall y   to   p r eser v te m p o r al  in teg r it y .   T h s u p er v is ed   m o d el  is   r etr ai n ed   ex clu s iv e l y   o n   u p d ated   n o r m al  tr a f f ic  s a m p les  to   r e - estab lis h   an   ac cu r ate  d ec is io n   b o u n d ar y ,   w h ile  t h u n s u p er v i s ed   is   r etr ain ed   u s i n g   th an o m al y   lab el s   g en er ated   b y   th u p d ated   DB SC A m o d el.   T o   p r ev en co n ce p t   d r if an d   d ata  leak ag e,   r etr ain in g   ad o p ts   ti m e - b ased   s p lit tin g   m et h o d ,   w it h   c u r r en t   d ata  s et  a s id f o r   v alid ati o n   a n d   o u t - of - ti m ( O OT )   test in g .   Me tr ics   s u c h   as a cc u r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   an d   FP   co s t a r u s ed   to   ass es s   m o d el  p er f o r m an ce .     3 . 7 .     Co m pa ri s o n o f   t he  re s ults w it h e x is t ing   lite ra t ure   T h r esu lts   o b tain ed   in   th is   r esear ch   s t u d y   ar co m p ar ab le  to   th o s f o u n d   in   th liter at u r e .   T ab le   6   p r esen ts   co m p ar is o n   o f   th p er f o r m an ce   o f   th i s   s t u d y   w i th   th at  o f   a v ailab le  s t u d ies  f r o m   l iter atu r e.         T ab le  6 .   C o m p ar is o n   o f   r esu l t s   w ith   l iter atu r e   St u d y   A c c u r a c y   ( % )   [ 2 4 ]   9 9 . 8   [ 6 ]   9 8 . 9 8   [ 7 ]   9 7 . 2   [ 2 5 ]   96   [ 8 ]   99   [ 9 ]   99   [ 1 0 ]   9 9 . 9 3   [ 1 1 ]   9 7 . 3 9   T h i s st u d y   9 9 . 9 2       3 . 8 .     Web  a pp lica t io n   T h is   s tu d y   i m p le m e n ted   s ec u r e,   w eb - b ased   an o m al y   d ete ctio n   p latf o r m   u s i n g   P y th o n   t o   p u th s elec ted   h i g h   p er f o r m er   ( DB SC A N+ R F)   i n to   p r ac tice.   T h ar ch itect u r e,   s h o w n   in   Fi g u r 5 ,   w as   cr ea ted   to   p r o v id r ea l - ti m d etec ti o n   o f   an o m alo u s   n et w o r k   tr af f ic  w h ile   e n s u r in g   s ca lab i lit y ,   s ec u r it y ,   an d   m ai n tai n ab ilit y .   T h s y s te m   f o llo w s   la y er ed   ar ch itect u r co n s is ti n g   o f   p r esen tatio n   la y er ,   ap p licatio n   la y er ,   m o d el  s er v i n g   la y er ,   ta s k   e x ec u tio n   la y er ,   a n d   d ata  p er s is ten ce   la y er .   T h p latf o r m   co n s is t s   o f   f o u r   p r im ar y   co m p o n e n t s t h clie n t - f ac i n g   d as h b o ar d ,   th Flas k - b ased   w eb   ap p licatio n   s er v er ,   th M L   p r ed ictio n   en g i n ( m o d el  s er v in g ) ,   an d   th S QL ite  d atab ase  f o r   s to r ag e.   T h s y s te m   i s   co n n ec te d   to   th e   lo ca ar ea   n et w o r k   ( L A N )   at  s tr ate g ic   p o in t,  b et w ee n   t h L AN  an d   t h i n ter n et,   to   g a th er   all  n et wo r k   tr af f ic  en ter i n g   an d   ex iti n g   t h L A N.   T h s y s te m   f o llo w s   la y er ed   ar ch itect u r co n s i s ti n g   o f   t h p r esen tatio n   la y er ,   ap p licatio n   lay er ,   m o d el  s er v i n g   la y er ,   task   ex ec u tio n   an d   q u eu i n g ,   d ata  p er s is ten ce   la y er ,   an d   s ec u r it y   la y er .   E ac h   la y er   is   d is c u s s ed   in   T ab le  7 .     3 . 9 .     Sy s t em   perf o r m a nce   T o   ev alu ate  th p er f o r m a n ce   o f   th s y s te m ,   w ca lcu lated   th laten c y   a n d   th r o u g h p u t,  f o r   en d - to - en d   b atch   p r o ce s s in g   ti m e,   w h ic h   co v er s   d ata  ca p tu r e,   p r e p r o c ess i n g ,   d etec tio n ,   a n d   class i f i ca tio n .   T h laten c y   an d   th r o u g h p u ar ca lcu lated   u s in g   ( 9 )   an d   ( 1 0 ) ,   r esp ec tiv el y ,   w h er   is   th n u m b er   o f   r ec o r d s   ( p ac k ets)   p r o ce s s ed   in   b atch ,     is   t h i n f er e n ce   ti m i n   s ec o n d s ,   a n d      is   t h to tal  i n f er en ce   t i m e   in   m ill is ec o n d s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   1693 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   4 A u g u s 20 26 1 204 - 1 2 1 5   1212   T h li m it o f   ea c h   b atch   co u n t i s   s et  to   1 0 0 ,   an d   th ti m eo u t is   2   s ec o n d s .   T h s y s te m   p r o v ed   to   b ef f icie n t f o r   r ea l - ti m n et w o r k   a n o m al y   d e tectio n   b y   co n s is ten t l y   p r o d u cin g   late n c y   at  r ate  o f   5 0   m s   an d   b elo w ,   w it h   a   th r o u g h p u t o f   o v er   2 2 0 0   p ac k ets/ s ec .         (  /   ) =    ( 9 )        (    / ) =   ( 1 0 )           Fig u r 5 .   A r ch itectu r al  o v er v i e w   o f   t h a n o m al y   d etec tio n   s y s te m       T ab le  7 .   Sy s te m   la y er s   L a y e r s   P u r p o se   P r e se n t a t i o n   l a y e r   T h e   S O C   a n a l y st i n t e r a c t   w i t h   t h e   s y st e t h r o u g h   a   u se r   i n t e r f a c e   a c c e ssi b l e   t h r o u g h   a   w e b   b r o w se r .   T h e   i n t e r f a c e   e n a b l e a u t h e n t i c a t e d   u se r s   t o   v i e w   l i v e   n e t w o r k   t r a f f i c ,   i n sp e c t   d e t e c t e d   a n o mal i e s,  a n d   e x p o r t   r e p o r t s.    A p p l i c a t i o n   l a y e r   T h e   a p p l i c a t i o n   l a y e r   i b u i l t   w i t h   F l a sk   f r a me w o r k .   T h e   F l a sk   se r v e r   i n t e g r a t e a u t h e n t i c a t i o n   a n d   a u t h o r i z a t i o n   c o n t r o l t o   p r o t e c t   sy st e r e so u r c e s.  A l l   d a sh b o a r d   i n t e r f a c e a n d   p r e d i c t i o n   r o u t e a r e   a c c e ssi b l e   o n l y   t o   a u t h e n t i c a t e d   u se r s.   M o d e l   se r v i n g   l a y e r   T h e   mac h i n e   l e a r n i n g   i n f e r e n c e   s u b sy st e i d i r e c t l y   i n c o r p o r a t e d   i n t o   t h e   F l a sk   se r v e r   t h r o u g h   mo d e l   se r v i n g   w i t h   j o b l i b .   T h e   t r a i n e d   mo d e l a n d   p r e p r o c e ssi n g   c o mp o n e n t s a r e   t r a i n e d   o f f l i n e   a n d   sav e d   a j o b l i b   f i l e s.    T a sk   e x e c u t i o n   a n d   q u e u i n g   T o   e n a b l e   r e a l - t i me   a n o mal y   d e t e c t i o n   i n   a   l i v e   n e t w o r k   e n v i r o n me n t ,   t h e   sy st e a r c h i t e c t u r e   i n c l u d e a   b a c k g r o u n d   t a s k   e x e c u t i o n   me c h a n i s t h a t   a l l o w f o r   c o n t i n u o u s   n e t w o r k   t r a f f i c   a n a l y si w i t h o u t   i n t e r f e r i n g   w i t h   t h e   n e t w o r k .   A   t a sk   q u e u e   d e si g n   a l l o w s   f o r   a s y n c h r o n o u e x e c u t i o n   o f   l i v e   t r a f f i c   c o l l e c t i n g   a n d   a n o mal y   d e t e c t i o n .   T h e   sy st e t a k e q u e u e d   t r a f f i c   e v e n t s,  p e r f o r ms  p r e p r o c e ssi n g   a n d   d i me n s i o n a l i t y   r e d u c t i o n ,   a n d   r u n t h e   a n o m a l y   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   a l g o r i t h ms.     D a t a   st o r a g e   l a y e r   Th e   st o r a g e   l a y e r   i i mp l e me n t e d   u s i n g   S Q L i t e ,   w h i c h   p r o v i d e a   l i g h t w e i g h t   d a t a b a se   so l u t i o n   f o r   st o r i n g   o p e r a t i o n a l   d e t e c t i o n   o u t p u t s.   S Q L i t e   w a se l e c t e d   d u e   t o   i t s   si m p l i c i t y ,   m i n i m a l   c o n f i g u r a t i o n   r e q u i r e me n t s ,   a n d   s u i t a b i l i t y   f o r   smal l   t o   me d i u m - sc a l e   d e p l o y me n t s.    S e c u r i t y   l a y e r   D u e   t o   n e t w o r k   mo n i t o r i n g   d a t a   a n d   a n o mal y   d e t e c t i o n   r e su l t a r e   i m p o r t a n t ,   t h e   p l a t f o r i n c l u d e se c u r i t y   c o n t r o l t h a t   p r o v i d e   c o n f i d e n t i a l i t y   a n d   c o n t r o l l e d   a c c e ss.  T h e   A u t h e n t i c a t i o n   me t h o d   f o r   t h e se   sy st e ms  i a   se c u r e   se ssi o n - b a se d   l o g i n   t h a t   e n s u r e s   t h a t   o n l y   c o n f i r me d   u se r s h a v e   a c c e ss t o   t h e   sy st e m.       3 . 1 0 .     L i m it a t io ns   A lt h o u g h   t h is   s t u d y   ac h ie v e d   s tr o n g   a n o m a l y   d etec tio n   an d   class if icatio n   p er f o r m an ce ,   s ev er al   li m ita tio n s   r e m ai n .   T h d atase w as  co llected   f r o m   s i n g le  n et w o r k   e n v ir o n m en t   at  U m al u s i,  t h i s   m ea n s   t h at   tr af f ic  p atter n s ,   d ev ice  b eh av io r s ,   an d   attac k   ch ar ac t er is tics   m a y   d if f er   in   o th er   o r g an iz atio n s ,   w h ic h   m a y   li m it   g e n er aliza b ilit y .   W h i le  th s y s te m   s u p p o r ts   n ea r   r ea l - ti m p r o ce s s i n g ,   p er f o r m a n ce   m a y   v ar y   u n d er   h ig h er   tr af f ic  v o lu m e s ,   d if f er en t n et w o r k   in ter f ac es,  o r   r eso u r ce - co n s tr ai n ed   d ep lo y m e n ts .       4.   CO NCLU SI O   T h is   s tu d y   s u cc es s f u l l y   d esi g n ed ,   i m p le m e n ted ,   an d   ev al u ated   16   h y b r id   ML   m o d els  f o r   an o m al y   d etec tio n   i n   t h U m al u s i   n e t w o r k   en v ir o n m e n t,  f o llo w in g   th KDD  f r a m e w o r k .   T h m o d el s   i n te g r ated   u n s u p er v is ed   an d   s u p er v i s ed   lear n in g   tec h n iq u es,  le v er ag i n g   p r ep r o ce s s in g   tech n iq u e s   s u c h   as  n o r m aliza tio n ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l           R ea l - time  a n o m a ly  d etec tio n   s ystem  u s in g   b est p erfo r med   ma ch in lea r n in g   mo d el   ( V icto r   Ma th eb u la )   1213   lab el  en co d in g ,   an d   SMOT E   to   a d d r ess   class   im b ala n ce .   Am o n g   th test ed   m o d els,  D B SC A N - b ased   an d   L OF - b ased   h y b r id   m o d els,   p ar ticu lar l y   DB SC A N+ K N an d   DB SC AN+ R F,  d e m o n s tr ated   s u p er io r   p er f o r m a n ce ,   ac h iev i n g   n ea r - p er f ec ac cu r ac y   o f   9 9 . 8 7 an d   9 9 . 9 2 %,  r esp ec tiv el y .   T h es f i n d in g s   h i g h li g h t   th ef f ec ti v e n ess   o f   DB S C AN   co m b i n ed   w i th   r o b u s clas s if ier s   ( KNN,   R F)  in   d etec tin g   n et w o r k   an o m a lies   w it h   h ig h   r eliab ilit y .   T h s u cc ess   o f   DB S C A N - b as ed   m o d els  s u g g est s   t h at  d en s i t y - b ased   ap p r o ac h es  ar h ig h l y   ef f ec ti v e   f o r   r ea l - w o r ld   n et w o r k   tr a f f ic  an al y s i s ,   o u tp er f o r m in g   tr ad itio n al  s ta n d alo n a n d   s o m h y b r id   m o d els   r ep o r ted   in   p r i o r   r esear ch .   T h r esu lts   al ig n   w it h   t h ex i s ti n g   liter atu r e,   r e in f o r cin g   th p o te n tial o f   h y b r id   M L   m o d el s   i n   c y b er s ec u r it y .   F u tu r r esear ch   w o r k   m a y   f o c u s   o n   tes tin g   a n d   v al id atin g   t h p r o p o s ed   m o d els  f o r   s ca lab le  d ep lo y m e n i n   cl o u d - b ased   en v ir o n m e n t.  T h is   in cl u d es  ev al u ati n g   m o d el  p er f o r m a n ce   u n d er   v ar y i n g   n et w o r k   lo ad s ,   ass es s i n g   late n c y   an d   t h r o u g h p u t in   d is tr ib u ted   ar ch itect u r es.       ACK NO WL E D G M E NT S   W ac k n o w led g th s u p p o r ted   g iv e n   to   t h r esear ch er s   b y   t h U m al u s i,  So u t h   Af r ica  an d   p er m i s s io n   to   u s t h eir   n e t w o r k   d ata  f o r   th s i m u latio n   asp ec ts   o f   t h is   r esear c h.       F UNDIN G   I NF O RM AT I O N   T h is   w o r k   w as  s u p p o r ted   f r o m   t h f u n d in g   p r o v id ed   f o r   p o s tg r ad u ate  b u r s ar y   f r o m   th No r th - W e s t   Un i v er s it y ,   So u th   Af r ica  a n d   th Fac u lt y   o f   Nat u r al  a n d   Ag r icu l tu r al  Scie n ce s   p o s t g r ad u ate  b u r s ar y   o f   t h e   No r th - W est U n i v er s it y ,   So u th   A f r ica.       AUTHO CO NT RIB UT I O NS ST A T E M E NT     T h is   j o u r n al  u s e s   th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT )   to   r ec o g n ize  in d i v id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au t h o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co lla b o r atio n .       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Victo r   Ma th eb u la                               B u k o h w o   Mic h ae E s ief ar ie n r h e                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y si s   I     I n v e st i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i si o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au t h o r s   s tate  n o   co n f lic t o f   i n t er est.       E T H I CAL AP P RO V AL   A lt h o u g h   n o   an i m al  o r   h u m a n   w as  u s ed   in   t h is   r esear ch ,   b u eth ical  ap p r o v al  w as  o b tai n ed   f o r   th e   r esear ch   as  it  is   p ar o f   s tu d y   lead in g   to   th a w ar d   o f   m as ter s   d eg r ee   in   co m p u ter   s cien ce   an d   in f o r m at io n   s y s te m   f r o m   th No r th - W est   Un iv er s i t y ,   So u t h   A f r ica.   T h Facu lt y   o f   Natu r al  an d   Ag r icu l tu r al  Scie n ce   E th ics  C o m m ittee  g a v eth ica ap p r o v al  as  No   r is k ”  r ese ar ch   w it h   et h ics  ce r tific ate  Nu m b er   NW U - 01363 - 24 - A 9 .         DATA AV AI L AB I L I T   T h d ata  u s ed   in   th i s   s tu d y   w er o b tain ed   w i th   p er m is s i o n   f r o m   U m alu s C o u n cil  ( C o u n cil  f o r   Qu alit y   Ass u r an ce   in   Gen er a an d   F u r t h er   E d u ca tio n   an d   T r ain in g ,   So u t h   Af r ica)   an d   all  p er s o n al  a n d   id en ti f y i n g   i n f o r m atio n   w er an o n y m i s ed .   T h u s ,   th e   d ata  i s   n o p u b licl y   a v ailab le,   an d   p er m i s s io n   f o r   u s e   s h o u ld   b o b tain ed   f r o m   U m al u s C o u n cil,   So u th   Af r ica.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.