Strengthening Smart Irrigation System Against Network Attacks

Loading...
Thumbnail Image

Date

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Unuversity Setif 1 Ferhat Abbas . Faculty of Sciences

Abstract

The integration of IoT technologies in smart irrigation systems has improved agri-cultural efficiency through real-time monitoring and automated water management, but exposes these systems to cyber threats such as DoS, DDoS, spoofing, and flood-ing attacks, which can disrupt irrigation operations and cause severe crop damage. To address this, we propose DeepIrri-IDS, a deep learning-based intrusion detection system deployed at the fog layer, that integrates SimPy- based irrigation simulation, cyber-attack injection using the Farm-Flows dataset, and SMOTE oversampling to handle class imbalance, evaluating four deep learning architectures: CNN, LSTM, FT-Transformer, and Mamba. Experimental results demonstrate that all models ex-ceed 99% accuracy on the Farm-Flows dataset, with the LSTM model selected as the most suitable architecture for real-time deployment, achieving 99.39% accuracy and the fastest inference time of 27.97 µs per packet, offering the best balance between detection performance and computational efficiency in resource-constrained IoT environments, successfully blocking malicious traffic before it reaches the irrigation controller and maintaining stable and continuous system operation despite the presence of diverse cyberattacks.

Description

أدى دمج تقنيات إنترنت الأشياء (IoT) في أنظمة الري الذكية إلى ظهور أنظمة تتيح المراقبة في الوقت الحقيقي وإدارة المياه بشكل آلي. ومع ذلك، فإن الاتصال المتزايد لهذه الأنظمة يعرضها لتهديدات إلكترونية مثل هجمات حجب الخدمة (DoS) وهجمات حجب الخدمة الموزعة (DDoS) والاختراق والفيضانات، التي تستهدف أجهزة إنترنت الأشياء الضعيفة وقد تعطل عمليات الري وتسبب أضراراً جسيمة للمحاصيل. ولمواجهة هذه التحديات، يقترح هذا العمل نظام (DeepIrri-IDS)، وهو نظام كشف عن التسلل يعتمد على التعلم العميق، يتم نشره على مستوى طبقة الضباب، ويدمج محاكاة نظام الري باستخدام (SimPy)، وحقن الهجمات السيبرانية بمساعدة مجموعة بيانات (Farm-Flows)، وتقنية (SMOTE) لإدارة عدم توازن الفئات، مع تقييم أربع بنى: (CNN) و(LSTM) و(FT-Transformer) و(Mamba) . أظهرت النتائج التجريبية أن جميع النماذج تتجاوز دقة (99%)، مع اختيار نموذج (LSTM) باعتباره البنية الأكثر ملاءمة للنشر في الوقت الفعلي، حيث حقق دقة (99.39%) وأسرع وقت استدلال بلغ (27.97) ميكروثانية لكل حزمة. تُبرز هذه النتائج فعالية التعلم العميق في تحسين الأمن السيبراني في بيئات الري الذكي القائمة على إنترنت الأشياء

Citation

Endorsement

Review

Supplemented By

Referenced By