To ensure reliability and service availability, next-generation networks are expected to rely on automated anomaly detection systems powered by advanced machine learning methods with the capability of handling multi-dimensional data. Such multi-dimensional, heterogeneous data occurs mostly in today's industrial Internet of Things (IIoT), where real-time detection of anomalies is critical to prevent impending failures and resolve them in a timely manner. However, existing anomaly detection methods often fall short of effectively coping with the complexity and dynamism of multi-dimensional data streams in IIoT. In this paper, we propose an adaptive method for detecting anomalies in IIoT streaming data utilizing a multi-source prediction model and concept drift adaptation. The proposed anomaly detection algorithm merges a prediction model into a novel drift adaptation method resulting in accurate and efficient anomaly detection that exhibits improved scalability. Our trace-driven evaluations indicate that the proposed method outperforms the state-of-the-art anomaly detection methods by achieving up to an 89.71% accuracy (in terms of Area under the Curve (AUC)) while meeting the given efficiency and scalability requirements.


翻译:为确保可靠性与服务可用性,下一代网络预计将依赖由先进机器学习方法驱动的自动化异常检测系统,这些方法需具备处理多维数据的能力。此类多维异构数据主要出现在当今的工业物联网(IIoT)中,其中异常情况的实时检测对于预防即将发生的故障并及时解决至关重要。然而,现有的异常检测方法往往难以有效应对IIoT中多维数据流的复杂性与动态性。本文提出一种利用多源预测模型与概念漂移自适应的IIoT流数据异常检测方法。所提出的异常检测算法将预测模型与一种新颖的漂移自适应方法相结合,实现了准确高效的异常检测,并展现出更优的可扩展性。基于真实数据驱动的评估表明,该方法在满足既定效率与可扩展性要求的同时,以高达89.71%的准确率(基于曲线下面积(AUC)指标)优于当前最先进的异常检测方法。

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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