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스마트 팩토리 모니터링을 위한 빅 데이터의 LSTM 기반 이상 탐지
LSTM-based Anomaly Detection on Big Data for Smart Factory Monitoring 원문보기

디지털콘텐츠학회 논문지 = Journal of Digital Contents Society, v.19 no.4, 2018년, pp.789 - 799  

(전남대학교 전자컴퓨터공학과) ,  (전남대학교 전자컴퓨터공학과) ,  김진술 (전남대학교 전자컴퓨터공학과)

초록
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이 논문에서는 이러한 산업 단지 시스템에서의 비정상적인 동작이 일어날 때, 시간 계열의 데이터를 분석하기 위하여 Big 데이터를 이용한 접근을 기반으로 하는 머신 러닝을 보여줍니다. Long Short-Term Memory (LSTM) 네트워크는 향상된 RNN버전으로서 입증되었으며 많은 작업에 유용한 도움이 되었습니다. 이 LSTM 기반 모델은 시간적 패턴뿐만 아니라 더 높은 레벨의 시간적 특징을 학습 한 다음, 미래의 데이터를 예측하기 위해 예측 단계에 사용됩니다. 예측 오차는 예측 인자에 의해 예측 된 결과와 실제 예상되는 값의 차이입니다. 오차 분포 추정 모델은 가우스 분포를 사용하여 관찰 스코어의 이상을 계산합니다. 이러한 방식으로, 우리는 하나의 비정상적 데이터의 개념에서 집단적인 비정상적 데이터 개념으로 바뀌어 갑니다. 이 작업은 실패를 최소화하고 제조품질을 향상시키는 Smart Factory의 모니터링 및 관리를 지원할 수 있습니다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This article presents machine learning based approach on Big data to analyzing time series data for anomaly detection in such industrial complex system. Long Short-Term Memory (LSTM) network have been demonstrated to be improved version of RNN and have become a useful aid for many tasks. This LSTM b...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • We prove that the management and maintenance of smart systems are tricky, so we need an efficiency procedure covering the real-time information transferring, analysis and decision-making framework with potential support from big data analytics. Such mention is the primary objective of this paper that aims at making an anomaly identification and timely alarming. Moreover, we would like to use modern machine learning technologies in order to generate the knowledge about anomaly happened in the system to announce a warning/alarm instantly.
  • As keep in mind, the machine learning (ML) should be one of the core parts of modern industrial information and control system [2]. This researching work will explore implicit information about degradation state of the sub-system in complex systems and identify anomaly event during operation, to enable real-time maintenance planning programs [5]. The real-time maintenance is very useful in cost savings and increasing availability of the facilities.

가설 설정

  • . We consider anomaly candidates belong to positive class and normal candidates belong to negative class. We consider anomaly candidates belong to positive class and normal candidates belong to negative class.
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참고문헌 (21)

  1. B. Chen, J. Wan, L. Shu, P. Li, M. Mukherjee, and B. Yin, "Smart Factory of Industry 4.0: Key Technologies, Application Case, and Challenges," IEEE Access, Vol. 6, pp. 6505-6519, 2017. 

  2. T. Skripcak and P. Tanuska, "Utilisation of on-line machine learning for SCADA system alarms forecasting," Proceedings of 2013 Science and Information Conference, SAI 2013, pp. 477-484, 2013. 

  3. S. Mohanty, M. Jagadeesh, and H. Srivatsa, " 'Big Data' warehouse, 'BI'implementations and analytics," Apress, 2013. 

  4. I. Garitano, R. Uribeetxeberria and U. Zurutuza, "A review of SCADA Anomaly Detection System," Soft Computing Models in Industrial and Environmental Applications, 6th International Conference SOCO 2011, Vol. 87, 2011. 

  5. M. Shafiee and M. Finkelstein, "An optimal age-based group maintenance policy for multi-unit degrading systems," Reliability Engineering \& System Safety, Vol. 134, pp. 230-238, 2015. 

  6. Kv, R. Satish, and N. P. Kavya, "Trend Analysis of E-Commerce Data using Hadoop Ecosystem," International Journal of Computer Applications, Vol. 147, No. 6, pp. 1-5, 2016. 

  7. J. Dean and S. Ghemawat, "MapReduce: simplified data processing on large clusters," Communication of ACM, Vol. 51, No. 1, pp. 107-113, 2008. 

  8. Flume: http://flume.apache.org/ 

  9. Hive:https://hive.apache.org/ 

  10. Zeppelin: https://zeppelin.apache.org/docs/0.6.2/ 

  11. L. Zhou, S. Pan, J. Wang, and A. V. Vasilakos, "Machine learning on big data: Opportunities and challenges," Neurocomputing, Vol. 237, pp. 350-361, 2017. 

  12. Jordan, I. Michael and M. M. Tom, "Machine learning: Trends, perspectives, and prospects," Science , Vol.349, No. 6245, pp. 255-260, 2015. 

  13. V. Chandola, A. Banerjee, and V. Kumar, "Anomaly detection: A survey," ACM Computing survey (CSUR), Vol. 41, No. 3, pp. 1-58, 2009. 

  14. P. Malhotra, L. Vig, G. Shroff, and P. Agarwal, "Long short term memory networks for anomaly detection in time series," Proceedings, pp. 89, 2015. 

  15. S. Hochreiter and J. Urgen Schmidhuber, "Long Short-Term Memory," Neural Computation, Vol. 9, No. 8, pp. 1735-1780, 1997. 

  16. T. Olsson and A. Holst, "A Probabilistic Approach to Aggregating Anomalies for Unsupervised Anomaly Detection with Industrial Applications," in FLAIRS Conference, pp. 434-439, 2015. 

  17. E. Marchi, F. Vesperini, F. Weninger, F. Eyben, S. Squartini, and B. Schuller, "Non-linear prediction with LSTM recurrent neural networks for acoustic novelty detection," in Neural Networks (IJCNN), 2015 International Joint Conference, pp. 1-7, 2015. 

  18. L. Bontemps, J. McDermott, N.-A. Le-Khac, and others, "Collective anomaly detection based on long short-term memory recurrent neural networks," in International Conference on Future Data and Security Engineering, pp. 141-152, 2016. 

  19. S. D. Anton, D. Fraunholz, C. Lipps, F. Pohl, M. Zimmermann, and H. D. Schotten, "Two decades of SCADA exploitation: A brief history," in Application, Information and Network Security (AINS), 2017 IEEE Conference, pp. 98-104, 2017. 

  20. Understanding LSTM Network [Internet]. Available: http://colah.github.io/posts/2015-08-Understanding-LSTMs 

  21. Xisom solution: http://www.xisom.com 

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