On-Device Tiny Machine Learning for Anomaly Detection Based on the Extreme Values Theory

计算机科学 异常检测 极值理论 停工期 极限学习机 人工智能 机器学习 数据挖掘 精确性和召回率 统计 数学 人工神经网络 操作系统
作者
Eduardo S. Pereira,Leonardo S. Marcondes,Josemar M. Silva
出处
期刊:IEEE Micro [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:43 (6): 58-65 被引量:5
标识
DOI:10.1109/mm.2023.3316918
摘要

The significance of anomaly detection is particularly pronounced in Industry 4.0 applications. For instance, in manufacturing, the timely detection of equipment malfunctions can prevent costly downtime and maintain production efficiency. In energy systems, spotting anomalies in power consumption patterns can enhance resource allocation and optimize energy usage. Equally noteworthy is the ascendancy of tiny machine learning (TinyML), emerging as a potent tool for real-time anomaly detection, exemplifying its versatile utility. This work presents an unsupervised on-device learning TinyML algorithm, drawing inspiration from the extreme value theory. The algorithm leverages the two-parameter Weibull distribution function to efficiently identify anomalies within discrete time series data. Optimal hyperparameters are ascertained via grid search methodology. Notably, employing synthetic data with randomized anomalies elucidates the algorithm's proficiency in binary classification within time series, highlighting an accuracy of 99.80%, recall of 93.10%, and F1 score of 96.43%. The amalgamation of theoretical foundations from the extreme value theory and practical capabilities of TinyML accentuates its pertinence across a broad spectrum of domains.
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