An AI-Driven Framework for Real-Time Anomaly Detection and Self-Mitigation in Distributed Networks

dc.contributor.authorBENKHEROUF , Nassim
dc.contributor.authorMOHAMEDI , Imane
dc.contributor.authorAISSAOUI , Mohammed Supervisor
dc.date.accessioned2026-11-10T13:14:36Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractTraditional Intrusion Detection Systems (IDS) face a critical limitation: the detection-response gap. This temporal delay between identifying an attack and executing a miti-gation action creates a vulnerability window that modern automated threats can easily exploit. Centralized architectures, reliance on static rules, and human intervention further exacerbate this problem, particularly in large-scale or high-speed network environments. To address this challenge, this thesis proposes an AI-driven framework for real-time anomaly detection and self-mitigation deployed at the network edge. The proposed system integrates three main components: a hybrid detection mechanism combining signature-based and anomaly-based characteristics using supervised machine learning, an inline edge-based architecture that processes traffic locally without relying on centralized in-frastructure, and an automated response mechanism that enforces immediate counter-measures upon detection. The system was implemented and evaluated within a virtualized network environ-ment using PNETLab. Two ensemble learning algorithms, Random Forest and XGBoost, were compared using the CIC-IDS2017 dataset. Experimental results show that XGBoost achieves an overall accuracy of 99.65% and a macro F1-score of 88.53%, outperforming Random Forest in precision while maintaining competitive recall. The system demon-strates a detection-to-block latency of approximately 15.38 milliseconds, effectively closing the attack window. These findings confirm that deploying an AI-based IDS with automated response at the network edge is a feasible and effective strategy for minimizing the detection-response gap, offering a practical solution for enhancing network security in real-time environments.
dc.description.sponsorshipLes systèmes traditionnels de détection d’intrusion (Intrusion Detection Systems, IDS) présentent une limitation majeure : le délai entre la détection et la réponse (detection-response gap). Ce délai temporel, qui sépare l’identification d’une attaque de l’exécution d’une action de mitigation, crée une fenêtre de vulnérabilité que les menaces automatisées modernes peuvent facilement exploiter. Les architectures centralisées, la dépendance aux règles statiques ainsi que l’intervention humaine accentuent davantage ce problème, en particulier dans les environnements réseau à grande échelle ou à haut débit. Afin de répondre à cette problématique, ce mémoire propose un cadre basé sur l’intelligence artificielle pour la détection d’anomalies en temps réel et l’auto-mitigation, déployé à la périphérie du réseau (network edge). Le système proposé intègre trois composants princi-paux : un mécanisme hybride de détection combinant les caractéristiques des approches basées sur les signatures et sur les anomalies à l’aide de l’apprentissage supervisé, une ar-chitecture edge en ligne (inline) qui traite le trafic localement sans dépendre d’une infras-tructure centralisée, ainsi qu’un mécanisme de réponse automatisée capable d’appliquer immédiatement des contre-mesures dès qu’une intrusion est détectée. Le système a été implémenté et évalué dans un environnement réseau virtualisé util-isant PNETLab. Deux algorithmes d’apprentissage automatique basés sur des méthodes d’ensemble, à savoir Random Forest et XGBoost, ont été comparés à l’aide du jeu de données CIC-IDS2017. Les résultats expérimentaux montrent que XGBoost atteint une précision globale (Accuracy) de 99,65% ainsi qu’un macro F1-score de 88,53%, surpassant Random Forest en termes de précision tout en conservant un taux de rappel (Recall) compétitif. Le système présente également une latence moyenne d’environ 15,38 millisec-ondes entre la détection d’une attaque et son blocage effectif, réduisant ainsi de manière significative la fenêtre d’attaque. Ces résultats confirment que le déploiement d’un système de détection d’intrusion basé sur l’intelligence artificielle, doté d’un mécanisme de réponse automatisée et positionné à la périphérie du réseau, constitue une approche à la fois réalisable et efficace pour minimiser le délai entre la détection et la réponse. Cette approche offre ainsi une solution pratique permettant de renforcer la sécurité des réseaux dans des environnements exigeant une protection en temps réel.
dc.identifier.otherMAI/1110
dc.identifier.urihttps://repository.univ-setif.dz/handle/123456789/4049
dc.language.isoen
dc.publisherUnuversity Setif 1 Ferhat Abbas . Faculty of Sciences
dc.subjectIntrusion Detection System
dc.subjectEdge Computing
dc.subjectMachine Learning
dc.subjectAnomaly Detection
dc.subjectAutomated Response
dc.subjectXGBoost
dc.subjectDetection-Response Gap
dc.subjectNetwork Security
dc.titleAn AI-Driven Framework for Real-Time Anomaly Detection and Self-Mitigation in Distributed Networks
dc.typeThesis

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