Anomali tespiti (İng. Anomaly Detection), çoğu zaman aykırı değer tespiti (outlier detection) ile eşanlamlı kullanılmakta olup, farklı disiplinlerde karmaşık sistemlerdeki olağandışı davranışları tanımlamak amacıyla kullanılan analitik bir yaklaşımdır. Bu teknik, veri kümesindeki genel davranış örüntüsünden belirgin şekilde sapma gösteren gözlemlerin tespiti üzerine kuruludur. Her ne kadar bu anomaliler nadir olarak gözlemlense de, sistem güvenliği, operasyonel devamlılık ve sağlık gibi kritik alanlarda ciddi sonuçlara yol açabilecek potansiyele sahiptir.

Günümüz teknolojik altyapılarında, sürekli artan veri hacmi ve sistem karmaşıklığı, anomali tespitini stratejik bir zorunluluk haline getirmiştir. Savunma teknolojileri, siber güvenlik, finans, sağlık, enerji sistemleri, endüstriyel otomasyon ve akıllı şehir uygulamaları gibi birçok alanda, sistem davranışının izlenmesi ve olağandışı durumların gerçek zamanlı olarak tanımlanması gerekmektedir.

Anomali Türleri

Verilerde gözlemlenen anomaliler, genellikle sistemin olağan davranış örüntüsünden sapma gösteren istisnai durumlardır. Bu tür sapmalar; donanımsal arızalar, güvenlik açıkları veya kontrol dışı çevresel etkiler gibi birçok farklı nedeni işaret edebilir. Anomaliler genel olarak üç ana kategori altında incelenebilir:

Nokta Tabanlı Anomali (Point-based Anomaly)

Bir veri kümesinde, tekil bir gözlem noktası diğer tüm gözlemlerden açıkça farklılık gösterdiğinde bu durum nokta tabanlı anomali olarak tanımlanır. Örneğin bir sıcaklık sensörünün belirli bir anda 100°C gibi alışılmadık derecede yüksek bir değer ölçmesi, bu sınıfa girer. Bu tür anomaliler, genellikle hatalı veri girişi, donanım arızası veya ani çevresel değişimlerden kaynaklanabilir.

_{Nokta Tabanlı Anomali Örneği - Grafiksel Temsil (Mehmet Alperen Bakıcı)}

Topluluk Tabanlı Anomali (Collective Anomaly)

Bir grup veri birlikte analiz edildiğinde, bu grubun tamamı beklenmeyen bir örüntü oluşturuyorsa topluluk tabanlı anomaliden söz edilir. Bu tür anomaliler, tek başına anlamlı olmayan ancak birlikte düşünüldüğünde olağandışı bir davranış sergileyen veri setlerini kapsar. Örneğin, bir ağda aynı zaman diliminde yapılan düşük hacimli fakat çok sayıda veri transferi, normal görünse de bir DDoS saldırısının parçası olabilir.

_{Topluluk Tabanlı Anomali Örneği - Grafiksel Temsil (Mehmet Alperen Bakıcı)}

Bağlamsal Anomali (Contextual Anomaly)

Bağlamdan bağımsız olarak normal kabul edilebilecek bir gözlem, belirli koşullarda anormal olarak değerlendirilebilir. Bu tür anomaliler, zaman, coğrafya, kullanıcı tipi gibi bağlamsal faktörlere göre değişkenlik gösterir. Örneğin, bir fabrikada gündüz saatlerinde yüksek elektrik tüketimi normal kabul edilirken, gece vardiyasında aynı tüketim düzeyi anormal olabilir.

_{Bağlamsal Anomali Örneği - Grafiksel Temsil (Mehmet Alperen Bakıcı)}

Uygulama Alanları

Anomali tespiti, günümüzde yalnızca geçmiş verilerdeki sapmaları analiz etmekle kalmayıp, aynı zamanda gerçek zamanlı izleme, kestirimci bakım ve otonom sistem optimizasyonu gibi alanlarda da belirleyici rol oynar. Çok çeşitli sektörlerde; güvenlik, operasyonel verimlilik ve karar destek sistemleri için kritik bir bileşen haline gelmiştir.

Siber Güvenlik

Siber saldırılar, çoğu zaman normal trafik örüntüleri arasına gizlenmiş anormal davranışlarla başlar. Anomali tespiti sistemleri:

• DDoS saldırılarını erken tespit edebilir,
• Yetkisiz erişim girişimlerini anında işaretleyebilir,
• Şifre kırma ve tarama aktiviteleri gibi düşük seviyeli ihlalleri görünür hale getirebilir.

Finans ve Dijital Ödeme Sistemleri

Kredi kartı dolandırıcılığı, sahte işlemler veya kara para aklama gibi anormal finansal hareketlerin belirlenmesinde etkin rol oynar. Finansal sahtekârlıklar genellikle istisnai işlem davranışlarıyla başlar. Anomali tespiti:

• Kredi kartı dolandırıcılığını milisaniyeler içinde tespit edebilir,
• Kripto para borsalarında manipülatif işlemleri filtreleyebilir,
• KYC süreçlerinde otomatik risk skorlamaya katkı sağlar.

Sağlık

Hasta izleme sistemlerinde anormal kalp ritmi, solunum düzensizlikleri veya sensör hataları gibi durumlar anomali tespiti ile belirlenebilir. Giyilebilir teknolojiler ve IoT sağlık cihazları, sürekli veri üretir.

Anomali tespiti sistemleri:

• Anormal kalp ritmi veya oksijen seviyelerini anında bildirebilir,
• Alzheimer gibi hastalıklarda davranışsal değişiklikleri önceden algılayabilir,
• Yoğun bakım ünitelerinde ventilatör davranışlarını analiz edebilir.

Endüstri 4.0 ve Üretim Otomasyonu

Modern üretim hatlarında, binlerce sensör sürekli olarak veri akışı sağlar. Anomali tespiti:

• Titreşim, ısı ve akım verilerindeki küçük sapmaları analiz ederek arızaları öngörebilir,
• Üretim kalitesindeki düşüşleri otomatik olarak raporlayabilir,
• Kestirimci bakım algoritmalarının temelini oluşturur.

Enerji sistemleri

Elektrik tüketimindeki ani değişiklikler, frekans dengesizlikleri veya şebeke hataları gibi durumlar için kullanılır. Elektrik, doğal gaz ve yenilenebilir enerji ağlarında anomali tespiti:

• Ani tüketim artışlarını saptar,
• Güneş paneli performansındaki düşüşleri tespit eder,
• Kritik altyapı arızalarını erken uyarı sistemine aktarır.

Ulaşım ve akıllı şehir sistemleri

Trafik yoğunluğundaki ani artışlar, olağandışı güzergâh kullanımı veya sensör arızaları gibi olaylar belirlenebilir. Trafik, toplu taşıma ve lojistik ağlarında anomali tespiti:

• Anormal trafik sıkışıklığı, durak dışı iniş-biniş veya rota sapmalarını belirleyebilir,
• Otonom araçlarda sensör verisi tutarsızlıklarını saptayabilir,
• Droneların hava sahasından sapmasını anında bildirebilir.