بهبود پایداری تشخیص نفوذ مبتنی بر LSTM برای شبکه‌های اینترنت اشیای پزشکی (IoMT) با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی شاهین‌های هریس

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی کامپیوتر، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

10.22034/tjee.2026.71004.5113

چکیده

تشخیص نفوذ در اینترنت اشیاء پزشکی (IoMT) یک مسئله حیاتی ایمنی است، شبکه‌های حافظه طولانی کوتاه‌مدت (LSTM) توانایی بالایی در تشخیص حملات پیچیده شبکه ارائه می‌دهند. برای پرداختن به این چالش، این مطالعه یک الگوریتم بهینه‌سازی اصلاح‌شده شاهین های هریس (MHHO) را معرفی می‌کند که HHO استاندارد را با ادغام وزن‌دهی اینرسی پویا و کاوش مبتنی بر پرواز لوی بهبود می‌بخشد. این مکانیسم‌ها تعادل بین اکتشاف و استخراج را بهبود می‌بخشند، همگرایی زودرس را به طور مؤثر کاهش می‌دهند و رفتار جستجوی سراسری را تقویت می‌کنند.
MHHO پیشنهادی برای بهینه‌سازی تطبیقی ابرپارامترهای کلیدی یک مدل تشخیص نفوذ مبتنی بر LSTM به کار گرفته می‌شود و نیاز به تنظیم دستی یا روش‌های مرسوم مانند جستجوی شبکه را از بین می‌برد. علاوه بر این، از یک استراتژی تابع برازندگی قوی و متمرکز بر یادآوری برای به دست آوردن پیکربندی‌های ابرپارامتر استفاده می‌شود که قابلیت اطمینان مدل را بهبود می‌بخشد و حساسیت به عدم تعادل کلاس را کاهش می‌دهد. نتایج آزمایش روی مجموعه داده CICIoMT2024 در پنج اجرای مستقل نشان می‌دهد که هر دو مدل LSTM HHO و LSTM MHHO از نظر میانگین امتیاز F1 از LSTM پایه بهتر عمل می‌کنند، و مدل LSTM MHHO تغییرپذیری عملکرد بسیار کمتری را نشان می‌دهد. از آنجایی که بهینه‌سازی فقط یک بار در طول آموزش آفلاین انجام می‌شود، سیستم نهایی مستقر شده پیچیدگی استنتاج LSTM استاندارد را حفظ می‌کند. یافته‌ها نشان می‌دهد که چارچوب LSTM MHHO پیشنهادی، پایداری بهبود یافته، عملکرد قابل اعتماد و مناسب بودن عملی را برای محیط‌های IoMT با ایمنی حیاتی ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Improving Stability of LSTM-Based Intrusion Detection for IoMT Networks Using Harris Hawks Optimization

نویسندگان [English]

  • Hamid Zangiabadi Zadeh
  • Hadi Mohammadi
Department of Computer Engineering, Payame Noor University (PNU), Tehran, Iran.
چکیده [English]

Intrusion detection in the Internet of Medical Things (IoMT) is a safety critical task, as healthcare infrastructures depend on highly sensitive data and real time medical devices. While Long Short Term Memory (LSTM) networks offer strong capability in detecting complex network attacks, their performance is highly influenced by appropriate hyperparameter selection. To address this challenge, this study introduces a Modified Harris Hawks Optimization (MHHO) algorithm that enhances the standard HHO by integrating dynamic inertia weighting and Lévy flight based exploration. These mechanisms improve the balance between exploration and exploitation, effectively reducing premature convergence and strengthening global search behavior.
The proposed MHHO is employed to adaptively optimize key hyperparameters of an LSTM based intrusion detection model, eliminating the need for manual tuning or conventional methods such as grid search. Furthermore, a robust, recall focused fitness evaluation strategy is used to obtain hyperparameter configurations that improve model reliability and decrease sensitivity to class imbalance.
Experimental results on the CICIoMT2024 dataset across five independent runs show that both HHO LSTM and MHHO LSTM outperform the base LSTM in terms of average F1 score, with the MHHO LSTM model demonstrating significantly lower performance variability. Since the optimization is performed only once during offline training, the final deployed system maintains the standard LSTM inference complexity. These findings highlight that the proposed MHHO LSTM framework delivers enhanced stability, dependable performance, and practical suitability for safety critical IoMT environments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Internet of Medical Things (IoMT)
  • Deep Learning
  • Long Short-Term Memory (LSTM)
  • Harris Hawks Optimization (HHO)
  • Hyperparameter Optimization