Anomalidetektion i strömmande data från sensornätverk

In this thesis, the use of unsupervised and semi-supervised machine learning techniques was analyzed as potential tools for anomaly detection in the sensor network that the electrical system in a Scania truck is comprised of. The experimentation was designed to analyse the need for both point and contextual anomaly detection in this setting. For the point anomaly detection the method of Isolation Forest was experimented with and for contextual anomaly detection two different recurrent neural network architectures using Long Short Term Memory units was relied on. One model was simply a many to one regression model trained to predict a certain signal, while the other was an encoder-decoder network trained to reconstruct a sequence. Both models were trained in an semi-supervised manner, i.e. on data that only depicts normal behaviour, which theoretically should lead to a performance drop on abnormal sequences resulting in higher error terms. In both setting the parameters of a Gaussian distribution were estimated using these error terms which allowed for a convenient way of defining a threshold which would decide if the observation would be flagged as anomalous or not. Additional experimentation's using an exponential weighted moving average over a number of past observations to filter the signal was also conducted. The models performance on this particular task was very different but the regression model showed a lot of promise especially when combined with a filtering preprocessing step to reduce the noise in the data. However the model selection will always be governed by the nature the particular task at hand so the other methods might perform better in other settings.I den här avhandlingen var användningen av oövervakad och halv-övervakad maskininlärning analyserad som ett möjligt verktyg för att upptäcka avvikelser av anomali i det sensornätverk som elektriska systemet en Scanialastbil består av. Experimentet var konstruerat för att analysera behovet av både punkt och kontextuella avvikelser av anomali i denna miljö. För punktavvikelse av anomali var metoden Isolation Forest experimenterad med och för kontextuella avvikelser av anomali användes två arkitekturer av återkommande neurala nätverk. En av modellerna var helt enkelt många-till-en regressionmodell tränad för att förutspå ett visst märke, medan den andre var ett kodare-avkodare nätverk tränat för att rekonstruera en sekvens.Båda modellerna blev tränade på ett halv-övervakat sätt, d.v.s. på data som endast visar normalt beteende, som teoretiskt skulle leda till minskad prestanda på onormala sekvenser som ger ökat antal feltermer. I båda fallen blev parametrarna av en Gaussisk distribution estimerade på grund av dessa feltermer som tillåter ett bekvämt sätt att definera en tröskel som skulle bestämma om iakttagelsen skulle bli flaggad som en anomali eller inte. Ytterligare experiment var genomförda med exponentiellt viktad glidande medelvärde över ett visst antal av tidigare iakttagelser för att filtera märket. Modellernas prestanda på denna uppgift var välidt olika men regressionmodellen lovade mycket, särskilt kombinerad med ett filterat förbehandlingssteg för att minska bruset it datan. Ändå kommer modelldelen alltid styras av uppgiftens natur så att andra metoder skulle kunna ge bättre prestanda i andra miljöer