JPWO2020148838A1 - 推定装置、推定方法、及びプログラム - Google Patents

推定装置、推定方法、及びプログラム Download PDF

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Abstract

推定装置１は、コンポーネント２１が出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、相関指標推定部２と、相関指標情報を用いて異常度を算出する、異常度算出部３と、コンポーネント２１が出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、因果効果推定部４とを有する。

Description

本発明は、異常要因を推定する推定装置、推定方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
ＯＴ（Operational Technology）システムにおいては、システムが異常状態に陥った場合でも、できるだけ早期にシステムを復旧させたいという要望がある。そこで、異常状態に陥った異常要因（異常の根本的な要因）を特定するための対処方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、車両の動作データ（例えば、走行データ）から、精度よく車両の異常を検知する異常検知装置が開示されている。その異常検知装置によれば、正常状態の動作データ（正常データ）を用いてあらかじめ学習をしておき、正常状態からの乖離に基づいて異常状態を検知する。そして、その異常検知装置は、動作データに含まれる多変量の時系列データ（変数値）それぞれが、異常による乖離（変数値が中心的な値からずれているか）に対して、どの程度寄与したかを計算し、異常要因を推定している。
また、特許文献２には、作業機械に異常が発生している場合、オペレータに異常箇所を特定するための有益な情報を提供する異常診断装置が開示されている。その異常診断装置によれば、正常状態におけるデータ（正常データ）を用いて単位空間を決定し、その単位空間の中心からのマハラノビス距離を算出し、算出したマハラノビス距離を用いて、異常状態を検知する。そして、その異常診断装置は、異常状態におけるデータ（異常データ）を用いて、既知の異常状態におけるデータ（特徴量）と、既知の異常状態の種別を示す異常要因（異常ラベル）とを関連付けた情報を参照して、異常要因を特定する。
特開２０１５−０２６２５２号公報 特開２０１３−１９９８０４号公報
しかしながら、特許文献１に開示された異常検知装置では、正常な動作データを用いて異常要因を特定する場合、異常判定への寄与又は異常の集積点に基づいて、異常要因を特定することになるので、因果的な異常要因を検知できない。言い換えれば、データ（変数値）間の相関関係を用いて異常判定をしているだけなので、異常判定に直接寄与しない因果的な異常要因を特定できない。
また、特許文献２に開示された異常診断装置では、異常が発生した場合、既知の異常要因を特定することができるが、未知の異常要因を特定することができない。また、既知の異常要因（異常ラベル）に対応する異常データを収集する必要がある。ところが、異常データを収集するためには、時間と労力とを要する。
本発明の目的の一例は、因果的な異常要因を推定する、推定装置、推定方法、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一側面における推定装置は、
コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、相関指標推定部と、
前記相関指標情報を用いて異常度を算出する、異常度算出部と、
前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、因果効果推定部と、
を有することを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における推定方法は、
（ａ）コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、ステップと、
（ｂ）前記相関指標情報を用いて異常度を算出する、ステップと、
（ｃ）前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする。
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、
コンピュータに、
（ａ）コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、ステップと、
（ｂ）前記相関指標情報を用いて異常度を算出する、ステップと、
（ｃ）前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、ステップと、
を実行させる命令を含むプログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
以上のように本発明によれば、因果的な異常要因を推定できる。
図１は、推定装置の一例を示す図である。 図２は、推定装置を有するシステムの一例を示す図である。 図３は、異常要因データのデータ構造の一例を示す図である。 図４は、コンポーネントと異常要因情報との関係を説明するための図である。 図５は、推定装置の動作の一例を示す図である。 図６は、因果効果推定部の動作の一例を示す図である。 図７は、コンポーネントと異常度との関係を説明するための図である。 図８は、推定装置を実現するコンピュータの一例を示す図である。
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を参照しながら説明する。
［装置構成］
最初に、図１を用いて、本実施の形態における推定装置１の構成について説明する。図１は、推定装置の一例を示す図である。
図１に示す推定装置１は、対象システムに異常が発生した場合、効率よく因果的な異常要因を推定する装置である。推定装置１は、図１に示すように、相関指標推定部２と、異常度算出部３と、因果効果推定部４とを有する。
ここで、対象システムとは、例えば、発電所、交通設備、工場、飛行機、自動車、家電などに用いられるＯＴ（Operation Technology）システムで、複数のコンポーネを有する。コンポーネントは、例えば、対象システムに設けられたセンサ、アクチュエータなどの機器である。また、コンポーネントは、例えば、圧力、流量、温度、電圧、電流などを示す信号又は情報を出力する。対象システムに異常が発生したとは、例えば、サイバー攻撃、故障、劣化などにより対象システムが異常状態になったことを示す。
このうち、相関指標推定部２は、対象システムに設けられたコンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、変数の値及び相関関係が取り得る範囲の値を表す相関指標情報を推定する。異常度算出部３は、相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する。
因果効果推定部４は、コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する。具体的には、因果効果推定部４は、コンポーネントＡ（第一のコンポーネント）が出力する出力値Ａ（第一の変数）に影響を与えるコンポーネントＢ（第二のコンポーネント）が出力する出力値Ｂ（第二の変数）を用いて、正常時において、出力値Ａになることを表す指標Ａ（第一の指標情報）を推定する。また、出力値Ａを変化させて、出力値Ａが影響を与えるコンポーネントＣ（第三のコンポーネント）が出力する出力値Ｃ（第三の変数）へ異常が伝播する指標を表す異常伝播情報を推定する。
このように、本実施の形態においては、対象システムに異常が発生した場合、異常度情報と、因果効果（異常伝播情報）とを用いて、対象システムの異常要因を推定できる。
また、対象システムに異常が発生した場合、相関関係に関する指標を用いて、システムの異常度を算出する。そのため、対象システムに異常が発生したこと自体を高精度に検知できる。
また、本実施の形態においては、因果効果を用いて、コンポーネントの異常要因を推定できるので、既知の異常要因を特定するだけでなく、未知の異常要因を特定することができる。
更に、本実施の形態においては、正常指標推定部２４は、異常時においてコンポーネントから出力された出力値を用いず、正常時においてコンポーネントから出力された出力値を用いて学習を行うので、異常時における出力値を収集する必要がない。そのため、時間と労力とを削減できる。
［システム構成］
続いて、図２を用いて、本実施の形態における推定装置１の構成をより具体的に説明する。図２は、推定装置１を有するシステムの一例を示す図である。
図２に示すように、本実施の形態における推定装置１は、対象となるシステム２０に設けられたコンポーネント２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ……２１ｎ）、出力装置２２と接続されている。推定装置１は、相関指標推定部２、異常度算出部３、因果効果推定部４に加えて、入力部２３と、異常要因推定部２６と、出力情報生成部２７とを有する。
システム２０は、コンポーネント２１などを有するシステムである。システム２０は、例えば、ＯＴシステムなどである。
コンポーネント２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）は、例えば、システム２０に設けられたセンサ、アクチュエータなどの機器である。
出力装置２２は、出力情報生成部２７により、出力可能な形式に変換された、後述する出力情報を取得し、その出力情報に基づいて、生成した画像及び音声などを出力する。出力装置２２は、例えば、液晶、有機ＥＬ（Electro Luminescence）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）を用いた画像表示装置などである。更に、画像表示装置は、スピーカなどの音声出力装置などを備えていてもよい。なお、出力装置２２は、プリンタなどの印刷装置でもよい。
推定装置１について詳細に説明をする。
入力部２３は、コンポーネント２１それぞれから、時系列に出力値を取得する。具体的には、学習フェーズにおいて、入力部２３は、コンポーネント２１それぞれから、時系列に、正常な出力値を取得する。また、運用フェーズにおいて、入力部２３は、コンポーネント２１それぞれが出力した出力値（実データ）を取得する。
相関指標推定部２は、システム２０に設けられたコンポーネント２１が出力する出力値（変数）の全て又は一部を入力とし、正常時において、所定時間後に、それら出力値の値及び相関関係が取り得る範囲の指標Ｒを表す相関指標情報を推定する。指標Ｒは、例えば、発生確率、正常度などを示す。
具体的には、相関指標推定部２は、運用フェーズにおいて、変数全て又は一部を入力とし、正常時において、所定時間後に、変数の値及び相関関係が取り得る範囲の指標を出力する、推定器である。推定器は、学習フェーズにおいて、正常時に、変数全て又は一部を入力し、発生確率又は正常範囲などを表す指標Ｒを出力するように、機械学習をする。
なお、正常度は、正常状態に近いほど大きな値を取るように定める任意のモデルである。例えば、オートエンコーダ（ＡＥ）の入力と出力の差などを用いることができる。
また、推定器は、例えば、ニューラルネットワーク（ディープラーニング）などの機械学習により学習をするモデルである。推定器は、確率的ニューラルネットワーク（生成モデル）を用いてもよい。例えば、ＤＢＭ（Deep Boltzmann Machine）、ＤＢＮ（Deep Belief Network）、ＶＡＥ（Variational Autoencoder）、ＧＡＮ（Generative Adversarial Network）、ＤｅｅｐＧＭＭ（Gaussian Mixture Model）などのモデルを用いてもよい。更に、推定器は、パーセプトロン、カーネルサポートベクトルマシン、決定木、階層ベイズモデル、確率過程回帰などを用いてもよい。
図２の例において、相関指標推定部２は、まず、システム２０に設けられたコンポーネント２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが出力する全ての出力値ｘａ、ｘｂ、ｘｃ、ｘｄを入力し、正常時において、所定時間後に、出力値の値及び相関関係が取り得る範囲の指標Ｒを出力する。
上述した指標Ｒは、例えば、コンポーネントの出力値が連続値の場合、ガウス分布、混合ガウス分布、ベータ分布、ガンマ分布などの確率分布パラメータを用いることができる。また、コンポーネントの出力値が離散値の場合、二項分布、多項分布などの確率分布パラメータを用いることができる。なお、生成モデルを用いる場合、指標として、具体的な分布の定義は不要であることもある。
異常度算出部３は、相関指標情報を用いて異常度を算出する。具体的には、まず、異常度算出部３は、相関指標推定部２から指標Ｒを取得する。続いて、異常度算出部３は、指標Ｒを用いて異常度を算出する。例えば、異常度算出部３は、指標Ｒが発生確率ｐ（ｘｎ）のパラメータであり、所定時間後に実際に入力された値の組がｘｎである場合、数１に示すようにして異常度Ｄａを算出する。
（数１）
Ｄａ＝−ｌｏｇ ｐ（ｘｎ）

Ｄａ ：異常度
ｐ（ｘｎ）：値の組ｘｎの発生確率
因果効果推定部４は、コンポーネントごとの因果効果を推定する。因果効果推定部４は、正常指標推定部２４、異常伝播情報推定部２５を有する。また、異常伝播情報推定部２５は、推定器２８、２９を有する。
正常指標推定部２４は、対象システムに設けられたコンポーネントＡ（第一のコンポーネント）が出力する出力値Ａ（第一の変数）に影響を与える、コンポーネントＡと因果関係にある一つ以上のコンポーネントＢ（第二のコンポーネント）が出力する出力値Ｂ（第二の変数）を入力とし、正常時において、所定時間後に、出力値Ａになることを表す指標Ａ（第一の指標情報）を推定する。指標Ａは、例えば、発生確率、正常度などを示す。
正常指標推定部２４について詳細に説明する。
正常指標推定部２４は、運用フェーズにおいて、コンポーネント２１の出力値Ａに影響を与える、他のコンポーネント２１の出力値Ｂ（原因になる説明変数）を入力とし、正常時において、所定時間後に、出力値Ａ（結果になる目的変数）になる指標Ａを推定する。
具体的には、正常指標推定部２４は、運用フェーズにおいて、説明変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、目的変数となる指標を出力する、推定器である。推定器は、学習フェーズにおいて、正常時に、説明変数を入力し、発生確率又は正常度などを表す指標を出力するように、機械学習をする。
また、推定器は、例えば、ニューラルネットワーク（ディープラーニング）などの機械学習により学習をするモデルである。推定器は、確率的ニューラルネットワーク（生成モデル）を用いてもよい。例えば、ＤＢＭ（Deep Boltzmann Machine）、ＤＢＮ（Deep Belief Network）、ＶＡＥ、ＧＡＮ、ＤｅｅｐＧＭＭなどのモデルを用いてもよい。更に、推定器は、パーセプトロン、カーネルサポートベクトルマシン、決定木、階層ベイズモデル、確率過程回帰などを用いてもよい。
図２の例において、正常指標推定部２４は、まず、システム２０に設けられたコンポーネント２１ａについて、コンポーネント２１ａが出力する出力値に影響を与える、コンポーネント２１ａと因果関係にある一つ以上のコンポーネント２１を求める。また、コンポーネント２１ｂ、２１ｃ、２１ｄそれぞれについても、因果関係にある一つ以上のコンポーネント２１を求める。
上述した因果関係とは、コンポーネント２１ａが出力する出力値ｘａに、コンポーネント２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの出力値ｘｂ、ｘｃ、ｘｄが影響を与える場合、コンポーネント２１ａの出力値ｘａと、コンポーネント２１ｂから２１ｄの出力値ｘｂ、ｘｃ、ｘｄとは、因果関係にあるという。
具体的には、コンポーネント２１ａ、２１ｂをヒータ１、２とし、コンポーネント２１ｃをヒータ１の温度を計測する温度センサ１とし、コンポーネント２１ｄをヒータ２の温度を計測する温度センサ２とした場合に、ヒータ１とヒータ２とが近くに設けられているとする。そのような場合、ヒータ１、２、温度センサ１、２の出力値それぞれは互いに影響するので、因果関係にあるという。
続いて、正常指標推定部２４は、運用時には、コンポーネント２１ａが出力する出力値ｘａに影響を与える出力値ｘｂ、ｘｃ、ｘｄ（説明変数）を入力とし、正常時において、所定時間後に、出力値ｘａ（目的変数）になる指標Ａを推定する。また、正常指標推定部２４は、コンポーネント２１ｂから２１ｄの出力値ｘｂ、ｘｃ、ｘｄそれぞれについても、出力値ｘｂ、ｘｃ、ｘｄごとの指標Ａを推定する。
例えば、正常指標推定部２４は、コンポーネント２１ａの出力値ｘａに影響を与えるコンポーネント２１ｂから２１ｄの出力値ｘｂ、ｘｃ、ｘｄが決まったときに、正常時において、所定時間後に、コンポーネント２１ａの出力値がｘａになることを表す指標Ａを出力する。
上述した指標Ａは、例えば、コンポーネントの出力値が連続値の場合、ガウス分布、混合ガウス分布、ベータ分布、ガンマ分布などの確率分布パラメータを用いる。また、コンポーネントの出力値が離散値の場合、二項分布、多項分布などの確率分布値を用いる。なお、生成モデルを用いる場合、指標として、具体的な分布の定義は不要であることもある。
異常伝播情報推定部２５は、指標情報Ａを用いて、所定時間後に、コンポーネントＡが影響を与えるコンポーネントＣ（第三のコンポーネント）が出力する出力値Ｃ（第三の変数）になることを表す指標Ｂ（第二の指標情報）を推定する。指標Ｂは、例えば、発生確率、正常度などを示す。
また、異常伝播情報推定部２５は、指標情報Ａと、コンポーネントＡで生じた変化により出力値Ａがずれた出力値Ａ′（第四の変数）を用いて、所定時間後に、出力値Ｃ（第三の変数）になることを表す指標Ｃ（第三の指標情報）を推定する。指標Ｃは、例えば、発生確率、正常度などを示す。
更に、異常伝播情報推定部２５は、指標Ｂ及び指標Ｃ（発生確率Ｂ及び発生確率Ｃ）を用いて、出力値Ａから出力値Ｃへ異常が伝播することを表す指標Ｄ（異常伝播情報）を推定する。すなわち、異常伝播情報推定部２５は、コンポーネントＡに生じた変化（第一の変数→第四の変数）が、コンポーネントＣに与える影響を用いて、コンポーネントＡからコンポーネントＣ（第一の変数→第三の変数）への異常の伝搬を表す指標Ｄを推定する。
異常伝播情報推定部２５について詳細に説明する。
異常伝播情報推定部２５は、運用フェーズにおいて、正常時に、正常指標推定部２４において推定したコンポーネント２１の指標Ａを取得する。続いて、異常伝播情報推定部２５は、正常指標推定部２４から取得した指標Ａを用いて、所定時間後に、正常時におけるコンポーネント２１が影響を与える他のコンポーネント２１の出力値になることを表す指標Ｂを推定する。
具体的には、異常伝播情報推定部２５は推定器２８を有する。推定器２８は、運用フェーズにおいて、正常指標推定部２４において推定した指標Ａ（例えば、発生確率ｐ（ｘ）及び出力値ｘｎ自体など）を入力とし、所定時間後に、コンポーネント２１の出力値ｘｎが因果的に影響を与える他のコンポーネント２１の出力値（ｙ）になることを表す指標Ｂを出力する。
推定器２８は、学習フェーズにおいて、正常時に、正常指標推定部２４において推定した指標Ａ及び出力値ｘｎ自体を入力し、所定時間後に、コンポーネント２１が因果的に影響を与える他のコンポーネント２１の出力値が（ｙ）となることを表す指標Ｂを出力するように、機械学習をする。あるいは、正常指標推定部２４で学習したモデルのコピーを用いて、指標Ｂを出力する。
例えば、異常伝播情報推定部２５の推定器２８は、コンポーネント２１ａの指標Ａ（発生確率ｐ（ｘ））及び出力ｘａを入力とし、所定時間後に、コンポーネント２１ａの出力値ｘａが影響を与える他のコンポーネント２１ｂから２１ｄの出力値が（ｙｂ）（ｙｃ）（ｙｄ）になる指標Ｂ（発生確率ｐ（ｙｂ｜ｘａ）、ｐ（ｙｃ｜ｘａ）、ｐ（ｙｄ｜ｘａ）のパラメータ）を出力する。
また、異常伝播情報推定部２５は、運用フェーズにおいて、正常指標推定部２４から取得した指標Ａと、コンポーネント２１で生じる変化により出力値がずらした出力値とを用いて、所定時間後に、正常時における他のコンポーネント２１の出力値になることを表す指標Ｃを推定する。
具体的には、異常伝播情報推定部２５は、運用フェーズにおいて、正常指標推定部２４において推定した指標Ａが発生確率ｐ（ｘ）のパラメータである場合、指標Ａに応じてコンポーネント２１の実際の出力値ｘｎを指標Ａに従って仮想的に変化させたｘｎ′を定める。そして、異常伝播情報推定部２５が有する推定器２９は、指標Ａ（ｐ（ｘ））及び出力ｘｎ′を入力として、所定時間後に、正常時における他のコンポーネント２１の出力値（ｙ）になる指標Ｃを出力する。
推定器２９は、学習フェーズにおいて、指標ｐ（ｘ）及びｘｎ′を入力し、所定時間後に、正常時における他のコンポーネント２１の出力値になる指標Ｃを出力するように、機械学習をする。又は、正常指標推定部２のモデルのコピーを用いて、指標Ｃを出力する。
例えば、異常伝播情報推定部２５の推定器２９は、コンポーネント２１ａの出力値ｘａ仮想的にずらした出力値ｘａ′を用いて、所定時間後に、コンポーネント２１ａの出力値ｘａが影響を与える他のコンポーネント２１ｂから２１ｄの出力値が（ｙｂ）（ｙｃ）（ｙｄ）になる指標Ｃ（発生確率ｐ（ｙｂ｜ｘａ′）、ｐ（ｙｃ｜ｘａ′）、ｐ（ｙｄ｜ｘａ′））を推定する。
なお、上述した推定器２８、２９は、例えば、ニューラルネットワーク（ディープラーニング）などの機械学習により学習をするモデルである。また、正常指標推定部２４において学習されたモデルをコピーしてそのまま利用することもできる。推定器は、確率的ニューラルネットワーク（生成モデル）を用いてもよい。例えば、ＤＢＭ、ＤＢＮ、ＶＡＥ、ＧＡＮ、ＤｅｅｐＧＭＭなどのモデルを用いてもよい。更に、推定器は、パーセプトロン、カーネルサポートベクトルマシン、決定木、階層ベイズモデル、確率過程回帰などを用いてもよい。
次に、異常伝播情報推定部２５は、運用フェーズにおいて、上述した二つの指標Ｂ、Ｃを用いて、因果効果を推定する。言い換えると、異常伝播情報推定部２５は、コンポーネント２１の出力値に、異常により生じる変化が、他のコンポーネント２１の出力値に与える影響を示す指標Ｄ、すなわち異常が伝播する指標Ｄ（異常伝播情報）を推定する。
具体的には、異常伝播情報推定部２５は、例えば数２に示すように、異常が伝播する指標Ｄ（異常伝播情報）を推定する。
Figure 2020148838
なお、出力値ｘｎをずらした値ｘｎ′を複数生成し、複数のｘｎ′を用いて推定した指標Ｄの平均値を、最終的な指標Ｄの推定結果としてもよい。この方法は、ｘｎのずらし方に対してロバストな推定結果を与える。また、数２の分子は、例えば、カルバック−ライブラーダイバージェンス、他の指標などを用いてもよい。
例えば、異常伝播情報推定部２５は、コンポーネント２１ａの異常伝播情報を推定する場合、上述した指標Ｂを示す発生確率ｐ（ｙｂ｜ｘａ）、ｐ（ｙｃ｜ｘａ）、ｐ（ｙｄ｜ｘａ）と、上述した指標Ｃを示す発生確率ｐ（ｙｂ｜ｘａ′）、ｐ（ｙｃ｜ｘａ′）、ｐ（ｙｄ｜ｘａ′）とを用いて、コンポーネント２１ａの出力値に異常により生じる変化が、他のコンポーネント２１ｂから２１ｄそれぞれの出力値に与える影響を表す指標Ｄ（異常伝播情報）を推定する。
このように、異常伝播情報推定部２５は、コンポーネント２１ａから２１ｄそれぞれについて、コンポーネント２１ａから２１ｄそれぞれが影響を与えるコンポーネント２１に対して、異常伝播情報を推定する。
異常要因推定部２６は、運用フェーズにおいて、異常度算出部３で算出した異常度情報と、異常伝播情報推定部２５で推定した異常伝播情報とを入力し、論理推論又はベイズ処理を用いて、対象システム２０に設けられたコンポーネント２１ごとの異常要因情報を推定する。具体的には、異常要因推定部２６は、異常伝播情報を入力とし、コンポーネント２１ごとの異常要因情報を出力する、推定器である。ベイズ処理は、例えば、ベイジアンネットワーク、ナイーブベイズなどの処理である。
例えば、異常要因推定部２６は、まず、ベイズ処理を実行するために、コンポーネント２１の異常要因を推定する異常要因推定時間を設定する。続いて、異常要因推定部２６は、コンポーネント２１それぞれの出力値（変数）に対して、異常要因になる事前確率を初期値として設定することができる。例えば、破損しやすいコンポーネント、サイバー攻撃を受けやすいコンポーネントに対しては、高い事前確率を設定する。一方で、異常の根本的な要因になりえない頑強なコンポーネントに対しては、低い事前確率を設定する。
事前確率の設定により、異常要因の推定精度の向上が期待できるが、設定が不要である場合には、全てのコンポーネントの事前確率として同一の値を設定しておいてもよい。
そして、異常要因推定部２６は、異常度Ｄａ（異常度情報）と指標Ｄ（異常伝播情報）とを入力とし、異常要因推定時間における、システム２０に設けられたコンポーネント２１ごとの異常要因（異常要因情報）を推定する。すなわち、異常要因推定時間の時刻ごとに、各コンポーネント２１において根源的な異常が発生した確率（異常要因確率）を計算する。
図３は、異常要因データのデータ構造の一例を示す図である。図３に示す異常要因データは、コンポーネント２１それぞれを表す識別情報「ヒータ１」「ヒータ２」「温度センサ１」「温度センサ２」と、異常要因推定時間における時刻（「ｔ０」…「ｔｎ」…）ごとに推定した異常要因情報（「ａｆ１＿０」…「ａｆ１＿ｎ」…、「ａｆ２＿０」…「ａｆ２＿ｎ」…、「ａｆ３＿０」…「ａｆ３＿ｎ」…、「ａｆ４＿０」…「ａｆ４＿ｎ」…）とが関連付けられている。
出力情報生成部２７は、異常要因推定時間の各時刻における、コンポーネント２１それぞれの異常要因データを用いて、出力装置２２へ出力するための出力情報を生成する。具体的には、出力情報生成部２７は、図４に示すグラフ、図３に示すマトリクス、異常要因推定時間における異常要因の最大値、ランキングなどを、出力装置２２へ出力するための出力情報を生成する。
図４は、コンポーネントと異常要因情報との関係を説明するための図である。図４の例では、縦軸に異常要因情報、横軸に時刻が示されている。また、時刻ｔｎにおいて、ヒータ１の異常要因情報が大きな値を示している。
［装置動作］
次に、本発明の実施の形態における推定装置１の動作について図５、図６を用いて説明する。図５は、推定装置の動作の一例を示す図である。図６は、因果効果推定部の動作の一例を示す図である。以下の説明においては、適宜図１から図４を参酌する。また、本実施の形態では、推定装置１を動作させることによって、推定方法が実施される。よって、本実施の形態における推定方法の説明は、以下の推定装置１の動作説明に代える。
図５に示すように、最初に、入力部２３は、コンポーネント２１それぞれから、時系列に出力値を取得する（ステップＡ１）。具体的には、ステップＡ１において、入力部２３は、コンポーネント２１それぞれが出力した出力値（実データ）を取得する。
続いて、相関指標推定部２は、システム２０に設けられたコンポーネント２１が出力する出力値（変数）の全て又は一部を入力とし、正常時において、所定時間後に、それら出力値の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す指標Ｒ（相関指標情報）を推定する（ステップＡ２）。具体的には、ステップＡ２において、相関指標推定部２は、運用フェーズにおいて、変数全て又は一部を入力とし、正常時において、所定時間後に、出力値の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す指標を出力する
続いて、異常度算出部３は、相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する。具体的には、まず、異常度算出部３は、相関指標推定部２から取得した指標Ｒを用いて異常度情報を算出する。例えば、異常度算出部３は、指標Ｒが発生確率ｐ（ｘ）のパラメータである場合、数１に示すようにして異常度Ｄａを算出する。
続いて、因果効果推定部４は、コンポーネントごとの因果効果を推定する（ステップＡ４）。具体的には、因果効果推定部４は、図６に示すように、因果効果を推定する。
図６に示すように、正常指標推定部２４は、システム２０に設けられたコンポーネント２１それぞれについて、各コンポーネント２１が出力する出力値Ａに影響を与える、コンポーネント２１と因果関係にある一つ以上のコンポーネント２１を求める（ステップＢ１）。
続いて、正常指標推定部２４は、コンポーネント２１の出力値Ａに影響を与える出力値Ｂ（因果的な原因になる説明変数）を入力とし、正常時において、所定時間後に、当該コンポーネント２１の出力値Ａ（因果的な結果になる目的変数）になる指標Ａを推定する（ステップＢ２）。具体的には、ステップＢ２において、正常指標推定部２４は、説明変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、目的変数となる指標を出力する。
例えば、ステップＢ２において、正常指標推定部２４は、コンポーネント２１ａが出力する出力値ｘａに影響を与える出力値ｘｂ、ｘｃ、ｘｄ（原因になる説明変数）を入力とし、正常時において、所定時間後に、出力値ｘａ（結果になる目的変数）になることを表す指標Ａを推定する。また、正常指標推定部２４は、コンポーネント２１ｂから２１ｄの出力値ｘｂ、ｘｃ、ｘｄそれぞれについても、出力値ｘｂ、ｘｃ、ｘｄごとの指標Ａを推定する。
続いて、異常伝播情報推定部２５は、正常指標推定部２４から取得した指標Ａを用いて、所定時間後に、正常時におけるコンポーネント２１が影響を与える他のコンポーネント２１の出力値になることを表す指標Ｂを推定する（ステップＢ３）。
具体的には、ステップＢ３において、異常伝播情報推定部２５は、正常指標推定部２４において推定した指標Ａ（例えば、発生確率ｐ（ｘ））及び出力値ｘｎを入力とし、所定時間後に、コンポーネント２１の出力値ｘｎが因果的に影響を与える他のコンポーネント２１の出力値（ｙ）になることを表す指標Ｂを出力する。
例えば、ステップＢ３において、異常伝播情報推定部２５の推定器２８は、コンポーネント２１ａの指標Ａ（発生確率ｐ（ｘ））及び出力値ｘｎを入力とし、所定時間後に、コンポーネント２１ａの出力値ｘａが影響を与える他のコンポーネント２１ｂから２１ｄの出力値が（ｙｂ）（ｙｃ）（ｙｄ）になることを表す指標Ｂ（発生確率ｐ（ｙｂ｜ｘａ）、ｐ（ｙｃ｜ｘａ）、ｐ（ｙｄ｜ｘａ））を出力する。
続いて、異常伝播情報推定部２５は、正常指標推定部２４から取得した指標Ａと、コンポーネント２１で生じる変化により出力値がずらした出力値とを用いて、所定時間後に、正常時における他のコンポーネント２１の出力値になる指標Ｃを推定する（ステップＢ４）。
具体的には、ステップＢ４において、異常伝播情報推定部２５は、正常指標推定部２４において推定した指標Ａが発生確率ｐ（ｘｎ）である場合、指標Ａに応じてコンポーネント２１を仮想的に変化させ、ｘｎをずらした出力値ｘｎ′を生成する。そして、異常伝播情報推定部２５が有する推定器２９は、指標Ａ（ｐ（ｘ））及びｘｎ′を入力として、所定時間後に、正常時における他のコンポーネント２１の出力値（ｙ）になる指標Ｃを出力する。
例えば、ステップＢ４において、異常伝播情報推定部２５の推定器２９は、コンポーネント２１ａの出力値ｘａを仮想的にずらした出力値ｘａ′を用いて、所定時間後に、コンポーネント２１ａの出力値ｘａが影響を与える他のコンポーネント２１ｂから２１ｄの出力値が（ｙｂ）（ｙｃ）（ｙｄ）になることを表す指標Ｃ（発生確率ｐ（ｙｂ｜ｘａ′）、ｐ（ｙｃ｜ｘａ′）、ｐ（ｙｄ｜ｘａ′））を推定する。
続いて、異常伝播情報推定部２５は、指標Ｂ、Ｃを用いて、因果効果を示す指標Ｄを推定する（ステップＢ５）。言い換えると、ステップＢ５において、異常伝播情報推定部２５は、コンポーネント２１の出力値に異常により生じた変化が、他のコンポーネント２１の出力値に与える影響、すなわち異常が伝播する指標Ｄ（異常伝播情報）を推定する。
具体的には、ステップＢ５において、異常伝播情報推定部２５は、数２に示すように、異常が伝播する指標Ｄ（異常伝播情報）を推定する。
例えば、ステップＢ５において、異常伝播情報推定部２５は、コンポーネント２１ａの異常伝播情報を推定する場合、上述した指標Ｂを示す発生確率ｐ（ｙｂ｜ｘａ）、ｐ（ｙｃ｜ｘａ）、ｐ（ｙｄ｜ｘａ）と、上述した指標Ｃを示す発生確率ｐ（ｙｂ｜ｘａ′）、ｐ（ｙｃ｜ｘａ′）、ｐ（ｙｄ｜ｘａ′）とを用いて、コンポーネント２１ａの出力値に異常により生じた変化が、他のコンポーネント２１ｂから２１ｄそれぞれの出力値に与える影響を表す指標Ｄ（異常伝播情報）を推定する。
なお、上述した図５のステップＡ４（図６のステップＢ１からＢ５）の処理は、ステップＡ２の前に実行してもよい。又は、ステップＡ２、Ａ３の処理（図５の破線範囲）とステップＡ４の処理とは、並列に実行してもよい。
続いて、異常要因推定部２６は、異常度算出部３で算出した異常度情報と、異常伝播情報推定部２５で推定した異常伝播情報を入力し、論理推論又はベイズ処理を用いて、対象システム２０に設けられたコンポーネント２１ごとの異常要因情報を推定する（ステップＡ５）。
具体的には、ステップＡ５において、異常要因推定部２６は、異常伝播情報を入力とし、例えば、ベイジアンネットワーク、ナイーブベイズなどのベイズ処理を用いて。コンポーネント２１ごとの異常要因情報を出力する。
例えば、ステップＡ５において、異常要因推定部２６は、まず、コンポーネント２１の異常要因を推定する異常要因推定時間を設定する。続いて、異常要因推定部２６は、コンポーネント２１それぞれの出力値（変数）に対して、異常要因になる事前確率を初期値として設定する。そして、異常要因推定部２６は、指標Ｄ（異常伝播情報）を入力とし、異常要因推定時間における、システム２０に設けられたコンポーネント２１ごとの異常要因情報を推定する。
続いて、出力情報生成部２７は、異常要因推定時間の各時刻における、コンポーネント２１それぞれの異常要因データを用いて、出力装置２２へ出力するための出力情報を生成する（ステップＡ６）。具体的には、ステップＡ６において、出力情報生成部２７は、図４に示すグラフ、図３に示すマトリクス、異常要因推定時間における異常要因の最大値、ランキングなどを、出力装置２２へ出力するための出力情報を生成する。
続いて、出力装置２２は、出力情報生成部２７から出力情報を取得して、異常要因結果を出力する（ステップＡ７）。図３、図４を参照。
［本実施の形態の効果］
以上のように、本実施の形態によれば、対象システムに異常が発生した場合、異常度算出部３で算出した異常度情報と、異常伝播情報推定部２５で推定した異常伝播情報とを用いて、対象システムの異常要因を推定できる。
また、対象システムに異常が発生した場合、相関関係に関する指標を用いて、システムの異常度を算出する。そのため、対象システムに異常が発生したこと自体を高精度に検知できる。
図７は、コンポーネントと異常度との関係を説明するための図である。従来のように、コンポーネント２１の出力値の関係を、図７に示すような異常度を用いて表した場合、コンポーネント２１ごとの異常度から、異常要因となるコンポーネント２１を推定することができない。すなわち、図６の例では、ヒータ１、２、温度センサ１、２のいずれが異常要因であるかが判断できない。
しかし、本実施の形態によれば、異常度情報と異常伝播情報とを用いて対象システムの異常要因を推定できるので、異常要因のコンポーネントと、異常が発生した時刻を推定することができる。すなわち、図４に示すように、時刻ｔｎにおいてヒータ１の異常要因確率が大きくなるので、ヒータ１に異常が発生した時刻を推定することができる。
また、本実施の形態によれば、因果効果を用いて、コンポーネントの異常要因を推定できるので、既知の異常要因を特定するだけでなく、未知の異常要因を特定することができる。
また、本実施の形態においては、正常指標推定部２４は、異常時においてコンポーネントから出力された出力値を用いず、正常時においてコンポーネントから出力された出力値を用いて学習を行うので、異常時における出力値を収集する必要がない。そのため、利用者は時間と労力とを削減できる。
また、異常伝播情報を入力し、ベイズ処理を用いて、対象システムに設けられたコンポーネントの異常要因となる異常要因情報を推定できるので、効率よく因果的な異常要因を推定することができる。
［プログラム］
本発明の実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図５に示すステップＡ１からＡ７、図６に示すステップＢ１からＢ５を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における推定装置と推定方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、入力部２３、相関指標推定部２、異常度算出部３、正常指標推定部２４、異常伝播情報推定部２５、異常要因推定部２６、出力情報生成部２７として機能し、処理を行なう。
また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されてもよい。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、入力部２３、相関指標推定部２、異常度算出部３、正常指標推定部２４、異常伝播情報推定部２５、異常要因推定部２６、出力情報生成部２７のいずれかとして機能してもよい。
［物理構成］
ここで、実施の形態におけるプログラムを実行することによって、推定装置１を実現するコンピュータについて図８を用いて説明する。図８は、推定装置を実現するコンピュータの一例を示す図である。
図８に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えていてもよい。
ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであってもよい。
また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置があげられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボード及びマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。
データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。
また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）などの汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）などの磁気記録媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体があげられる。
なお、本実施の形態における推定装置１は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによっても実現可能である。更に、推定装置１は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。
［付記］
以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）から（付記１８）により表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。
（付記１）
コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、相関指標推定部と、
前記相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する、異常度算出部と、
前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、因果効果推定部と、
を有することを特徴とする推定装置。
（付記２）
付記１に記載の推定装置であって、
前記因果効果推定部は、
第一のコンポーネントが出力する第一の変数に影響を与える第二のコンポーネントが出力する第二の変数を用いて、正常時における、前記第一の変数になる指標を表す第一の指標情報を推定する、正常指標推定部と、
前記第一の変数を変化させて、前記第一の変数が影響を与える第三のコンポーネントが出力する第三の変数へ異常が伝播することを表す異常伝播情報を推定する、異常伝播情報推定部と、
を有することを特徴とする推定装置。
（付記３）
付記２に記載の推定装置であって、
前記異常度情報と、前記異常伝播情報とを入力し、前記対象システムに設けられたコンポーネントの異常要因となる異常要因情報を推定する、異常要因推定部を有する
ことを特徴とする推定装置。
（付記４）
付記３に記載の推定装置であって、
前記正常指標推定部は、
第一のコンポーネントが出力する前記第一の変数に影響を与える、前記第一のコンポーネントと因果関係にある一つ以上の前記第二のコンポーネントが出力する前記第二の変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記第一の変数になることを表す第一の指標情報を推定し、
前記異常伝播情報推定部は、
前記第一の指標情報を用いて、所定時間後に、前記第一のコンポーネントが影響を与える前記第三のコンポーネントが出力する前記第三の変数になることを表す第二の指標情報を推定するとともに、
前記第一の変数からずらした第四の変数を用いて、所定時間後に、前記第三の変数になることを表す第三の指標情報を推定し、
前記第二の指標情報と前記第三の指標情報とを用いて、前記第一の変数から前記第三の変数へ異常が伝播する指標を表す前記異常伝播情報を推定する
ことを特徴とする推定装置。
（付記５）
付記３又は４に記載の推定装置であって、
前記相関指標情報、前記第一から第三の指標情報は、発生確率又は正常度である
ことを特徴とする推定装置。
（付記６）
付記５に記載の推定装置であって、
前記異常要因推定部は、ベイズ処理を用いて、前記異常要因情報を推定する
ことを特徴とする推定装置。
（付記７）
（ａ）コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、ステップと、
（ｂ）前記相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する、ステップと、
（ｃ）前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする推定方法。
（付記８）
付記７に記載の推定方法であって、
前記（ｃ）のステップにおいて、
第一のコンポーネントが出力する第一の変数に影響を与える第二のコンポーネントが出力する第二の変数を用いて、正常時における、前記第一の変数になる指標を表す第一の指標情報を推定し、
前記第一の変数を変化させて、前記第一の変数が影響を与える第三のコンポーネントが出力する第三の変数へ異常が伝播することを表す異常伝播情報を推定する
を有することを特徴とする推定方法。
（付記９）
付記８に記載の推定方法であって、
（ｄ）前記異常度情報と、前記異常伝播情報とを入力し、前記対象システムに設けられたコンポーネントの異常要因となる異常要因情報を推定する、ステップを有する
ことを特徴とする推定方法。
（付記１０）
付記９に記載の推定方法であって、
前記（ｃ）のステップにおいて、
前記第一のコンポーネントが出力する前記第一の変数に影響を与える、前記第一のコンポーネントと因果関係にある一つ以上の前記第二のコンポーネントが出力する前記第二の変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記第一の変数になることを表す前記第一の指標情報を推定し、
前記第一の指標情報を用いて、所定事案後に、前記第一のコンポーネントが影響を与える前記第三のコンポーネントが出力する前記第三の変数になることを表す第二の指標情報を推定するとともに、
前記第一の変数からずらした第四の変数を用いて、所定時間後に、前記第三の変数になることを表す第三の指標情報を推定し、
前記第二の指標情報と前記第三の指標情報とを用いて、前記第一の変数から前記第三の変数へ異常が伝播する指標を表す前記異常伝播情報を推定する、
を有することを特徴とする推定方法。
（付記１１）
付記９又は１０に記載の推定方法であって、
前記相関指標情報、前記第一から第三の指標情報は、発生確率又は正常度である
ことを特徴とする推定方法。
（付記１２）
付記９に記載の推定方法であって、
前記（ｄ）のステップにおいて、ベイズ処理を用いて、前記異常要因情報を推定する
ことを特徴とする推定方法。
（付記１３）
コンピュータに、
（ａ）コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、ステップと、
（ｂ）前記相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する、ステップと、
（ｃ）前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、ステップと、
を実行させる命令を含むプログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１４）
請求項１３に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ｃ）のステップにおいて、
第一のコンポーネントが出力する第一の変数に影響を与える第二のコンポーネントが出力する第二の変数を用いて、正常時における、前記第一の変数になる指標を表す第一の指標情報を推定し、
前記第一の変数を変化させて、前記第一の変数が影響を与える第三のコンポーネントが出力する第三の変数へ異常が伝播することを表す異常伝播情報を推定する
プログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１５）
付記１４に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記プログラムが、前記コンピュータに、
（ｄ）前記異常度情報と、前記異常伝播情報とを入力し、前記対象システムに設けられたコンポーネントの異常要因となる異常要因情報を推定する、ステップを実行させる命令を更に含むプログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１６）
付記１５に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ｃ）のステップにおいて、
対象システムに設けられた前記第一のコンポーネントが出力する前記第一の変数に影響を与える、前記第一のコンポーネントと因果関係にある一つ以上の前記第二のコンポーネントが出力する前記第二の変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記第一の変数になることを表す前記第一の指標情報を推定し、
前記第一の指標情報を用いて、所定時間後に、前記第一のコンポーネントが影響を与える前記第三のコンポーネントが出力する前記第三の変数になることを表す第二の指標情報を推定するとともに、
前記第一の変数からずらした第四の変数を用いて、所定時間後に、前記第三の変数になることを表す第三の指標情報を推定し、
前記第二の指標情報と前記第三の指標情報とを用いて、前記第一の変数から前記第三の変数へ異常が伝播する指標を表す異常伝播情報を推定する
プログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１７）
付記１４又は１５に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記相関指標情報、前記第一から第三の指標情報は、発生確率又は正常度である
プログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１８）
付記１５に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ｄ）のステップにおいて、ベイズ処理を用いて、前記異常要因情報を推定する
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
以上のように本発明によれば、システムに設けられたコンポーネントの因果的な異常要因を推定することができる。本発明は、因果的な異常要因の推定が必要な分野において有用である。
１ 推定装置
２ 相関指標推定部
３ 異常度算出部
４ 因果効果推定部
２０ システム
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ コンポーネント
２２ 出力装置
２３ 入力部
２４ 正常指標推定部
２５ 異常伝播情報推定部
２６ 異常要因推定部
２７ 出力情報生成部
２８、２９ 推定器
３１ 異常要因データ
１１０ コンピュータ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メインメモリ
１１３ 記憶装置
１１４ 入力インターフェイス
１１５ 表示コントローラ
１１６ データリーダ／ライタ
１１７ 通信インターフェイス
１１８ 入力機器
１１９ ディスプレイ装置
１２０ 記録媒体
１２１ バス
本発明は、異常要因を推定する推定装置、推定方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムに関する。
本発明の目的の一例は、因果的な異常要因を推定する、推定装置、推定方法、及びプログラムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一側面における推定装置は、
コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、相関指標推定部と、
前記相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する、異常度算出部と、
前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、因果効果推定部と、
を有することを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における推定方法は、
（ａ）コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、ステップと、
（ｂ）前記相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する、ステップと、
（ｃ）前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする。
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、
コンピュータに、
（ａ）コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、ステップと、
（ｂ）前記相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する、ステップと、
（ｃ）前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、ステップと、
を実行させることを特徴とする。
ここで、対象システムとは、例えば、発電所、交通設備、工場、飛行機、自動車、家電などに用いられるＯＴ（Operation Technology）システムで、複数のコンポーネントを有する。コンポーネントは、例えば、対象システムに設けられたセンサ、アクチュエータなどの機器である。また、コンポーネントは、例えば、圧力、流量、温度、電圧、電流などを示す信号又は情報を出力する。対象システムに異常が発生したとは、例えば、サイバー攻撃、故障、劣化などにより対象システムが異常状態になったことを示す。
図２の例において、相関指標推定部２は、まず、システム２０に設けられたコンポーネント２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが出力する全ての出力値ｘａ、ｘｂ、ｘｃ、ｘｄを入力し、正常時において、所定時間後に、出力値の値及び相関関係が取り得る範囲の指標Ｒを出力する。
異常伝播情報推定部２５は、指標Ａを用いて、所定時間後に、コンポーネントＡが影響を与えるコンポーネントＣ（第三のコンポーネント）が出力する出力値Ｃ（第三の変数）になることを表す指標Ｂ（第二の指標情報）を推定する。指標Ｂは、例えば、発生確率、正常度などを示す。
また、異常伝播情報推定部２５は、指標Ａと、コンポーネントＡで生じた変化により出力値Ａがずれた出力値Ａ′（第四の変数）を用いて、所定時間後に、出力値Ｃ（第三の変数）になることを表す指標Ｃ（第三の指標情報）を推定する。指標Ｃは、例えば、発生確率、正常度などを示す。
推定器２９は、学習フェーズにおいて、指標ｐ（ｘ）及びｘｎ′を入力し、所定時間後に、正常時における他のコンポーネント２１の出力値になる指標Ｃを出力するように、機械学習をする。又は、正常指標推定部２４のモデルのコピーを用いて、指標Ｃを出力する。
具体的には、ステップＡ５において、異常要因推定部２６は、異常伝播情報を入力とし、例えば、ベイジアンネットワーク、ナイーブベイズなどのベイズ処理を用いて、コンポーネント２１ごとの異常要因情報を出力する。
（付記２）
付記１に記載の推定装置であって、
前記因果効果推定部は、
第一のコンポーネントが出力する第一の変数に影響を与える第二のコンポーネントが出力する第二の変数を用いて、正常時における、前記第一の変数になることを表す第一の指標情報を推定する、正常指標推定部と、
前記第一の変数を変化させて、前記第一の変数が影響を与える第三のコンポーネントが出力する第三の変数へ異常が伝播することを表す異常伝播情報を推定する、異常伝播情報推定部と、
を有することを特徴とする推定装置。
（付記４）
付記３に記載の推定装置であって、
前記正常指標推定部は、
前記第一のコンポーネントが出力する前記第一の変数に影響を与える、前記第一のコンポーネントと因果関係にある一つ以上の前記第二のコンポーネントが出力する前記第二の変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記第一の変数になることを表す第一の指標情報を推定し、
前記異常伝播情報推定部は、
前記第一の指標情報を用いて、所定時間後に、前記第一のコンポーネントが影響を与える前記第三のコンポーネントが出力する前記第三の変数になることを表す第二の指標情報を推定するとともに、
前記第一の変数からずらした第四の変数を用いて、所定時間後に、前記第三の変数になることを表す第三の指標情報を推定し、
前記第二の指標情報と前記第三の指標情報とを用いて、前記第一の変数から前記第三の変数へ異常が伝播する指標を表す前記異常伝播情報を推定する
ことを特徴とする推定装置。
（付記６）
付記３に記載の推定装置であって、
前記異常要因推定部は、ベイズ処理を用いて、前記異常要因情報を推定する
ことを特徴とする推定装置。
（付記８）
付記７に記載の推定方法であって、
前記（ｃ）のステップにおいて、
第一のコンポーネントが出力する第一の変数に影響を与える第二のコンポーネントが出力する第二の変数を用いて、正常時における、前記第一の変数になることを表す第一の指標情報を推定し、
前記第一の変数を変化させて、前記第一の変数が影響を与える第三のコンポーネントが出力する第三の変数へ異常が伝播することを表す異常伝播情報を推定する
を有することを特徴とする推定方法。
（付記１０）
付記９に記載の推定方法であって、
前記（ｃ）のステップにおいて、
前記第一のコンポーネントが出力する前記第一の変数に影響を与える、前記第一のコンポーネントと因果関係にある一つ以上の前記第二のコンポーネントが出力する前記第二の変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記第一の変数になることを表す前記第一の指標情報を推定し、
前記第一の指標情報を用いて、所定時間後に、前記第一のコンポーネントが影響を与える前記第三のコンポーネントが出力する前記第三の変数になることを表す第二の指標情報を推定するとともに、
前記第一の変数からずらした第四の変数を用いて、所定時間後に、前記第三の変数になることを表す第三の指標情報を推定し、
前記第二の指標情報と前記第三の指標情報とを用いて、前記第一の変数から前記第三の変数へ異常が伝播する指標を表す前記異常伝播情報を推定する、
を有することを特徴とする推定方法。
（付記１３）
コンピュータに、
（ａ）コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、ステップと、
（ｂ）前記相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する、ステップと、
（ｃ）前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、ステップと、
を実行させるプログラム。
（付記１４）
請求項１３に記載のプログラムであって、
前記（ｃ）のステップにおいて、
第一のコンポーネントが出力する第一の変数に影響を与える第二のコンポーネントが出力する第二の変数を用いて、正常時における、前記第一の変数になることを表す第一の指標情報を推定し、
前記第一の変数を変化させて、前記第一の変数が影響を与える第三のコンポーネントが出力する第三の変数へ異常が伝播することを表す異常伝播情報を推定する
プログラム。
（付記１５）
付記１４に記載のプログラムであって、
前記プログラムが、前記コンピュータに、
（ｄ）前記異常度情報と、前記異常伝播情報とを入力し、前記対象システムに設けられたコンポーネントの異常要因となる異常要因情報を推定する、ステップを実行させるプログラム。
（付記１６）
付記１５に記載のプログラムであって、
前記（ｃ）のステップにおいて、
前記第一のコンポーネントが出力する前記第一の変数に影響を与える、前記第一のコンポーネントと因果関係にある一つ以上の前記第二のコンポーネントが出力する前記第二の変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記第一の変数になることを表す前記第一の指標情報を推定し、
前記第一の指標情報を用いて、所定時間後に、前記第一のコンポーネントが影響を与える前記第三のコンポーネントが出力する前記第三の変数になることを表す第二の指標情報を推定するとともに、
前記第一の変数からずらした第四の変数を用いて、所定時間後に、前記第三の変数になることを表す第三の指標情報を推定し、
前記第二の指標情報と前記第三の指標情報とを用いて、前記第一の変数から前記第三の変数へ異常が伝播する指標を表す前記異常伝播情報を推定する
プログラム。
（付記１７）
付記１４又は１５に記載のプログラムであって、
前記相関指標情報、前記第一から第三の指標情報は、発生確率又は正常度である
プログラム。
（付記１８）
付記１５に記載のプログラムであって、
前記（ｄ）のステップにおいて、ベイズ処理を用いて、前記異常要因情報を推定する
プログラム。

Claims (18)

  1. コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、相関指標推定手段と、
    前記相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する、異常度算出手段と、
    前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、因果効果推定手段と、
    を有することを特徴とする推定装置。
  2. 請求項１に記載の推定装置であって、
    前記因果効果推定手段は、
    第一のコンポーネントが出力する第一の変数に影響を与える第二のコンポーネントが出力する第二の変数を用いて、正常時における、前記第一の変数になる指標を表す第一の指標情報を推定する、正常指標推定手段と、
    前記第一の変数を変化させて、前記第一の変数が影響を与える第三のコンポーネントが出力する第三の変数へ異常が伝播することを表す異常伝播情報を推定する、異常伝播情報推定手段と、
    を有することを特徴とする推定装置。
  3. 請求項２に記載の推定装置であって、
    前記異常度情報と、前記異常伝播情報とを入力し、対象システムに設けられたコンポーネントの異常要因となる異常要因情報を推定する、異常要因推定手段を有する
    ことを特徴とする推定装置。
  4. 請求項３に記載の推定装置であって、
    前記正常指標推定手段は、
    前記第一のコンポーネントが出力する前記第一の変数に影響を与える、前記第一のコンポーネントと因果関係にある一つ以上の前記第二のコンポーネントが出力する前記第二の変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記第一の変数になることを表す第一の指標情報を推定し、
    前記異常伝播情報推定手段は、
    前記第一の指標情報を用いて、所定時間後に、前記第一のコンポーネントが影響を与える前記第三のコンポーネントが出力する前記第三の変数になることを表す第二の指標情報を推定するとともに、
    前記第一の変数からずらした第四の変数を用いて、所定時間後に、前記第三の変数になることを表す第三の指標情報を推定し、
    前記第二の指標情報と前記第三の指標情報とを用いて、前記第一の変数から前記第三の変数へ異常が伝播する指標を表す前記異常伝播情報を推定する
    ことを特徴とする推定装置。
  5. 請求項３又は４に記載の推定装置であって、
    前記相関指標情報、前記第一から第三の指標情報は、発生確率又は正常度である
    ことを特徴とする推定装置。
  6. 請求項３に記載の推定装置であって、
    前記異常要因推定手段は、ベイズ処理を用いて、前記異常要因情報を推定する
    ことを特徴とする推定装置。
  7. （ａ）コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、ステップと、
    （ｂ）前記相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する、ステップと、
    （ｃ）前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、ステップと、
    を有することを特徴とする推定方法。
  8. 請求項７に記載の推定方法であって、
    前記（ｃ）のステップにおいて、
    第一のコンポーネントが出力する第一の変数に影響を与える第二のコンポーネントが出力する第二の変数を用いて、正常時における、前記第一の変数になる指標を表す第一の指標情報を推定し、
    前記第一の変数を変化させて、前記第一の変数が影響を与える第三のコンポーネントが出力する第三の変数へ異常が伝播することを表す異常伝播情報を推定する
    を有することを特徴とする推定方法。
  9. 請求項８に記載の推定方法であって、
    （ｄ）前記異常度情報と、前記異常伝播情報とを入力し、対象システムに設けられたコンポーネントの異常要因となる異常要因情報を推定する、ステップを有する
    ことを特徴とする推定方法。
  10. 請求項９に記載の推定方法であって、
    前記（ｃ）のステップにおいて、
    前記第一のコンポーネントが出力する前記第一の変数に影響を与える、前記第一のコンポーネントと因果関係にある一つ以上の前記第二のコンポーネントが出力する前記第二の変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記第一の変数になることを表す前記第一の指標情報を推定し、
    前記第一の指標情報を用いて、所定時間後に、前記第一のコンポーネントが影響を与える前記第三のコンポーネントが出力する前記第三の変数になることを表す第二の指標情報を推定するとともに、
    前記第一の変数からずらした第四の変数を用いて、所定時間後に、前記第三の変数になることを表す第三の指標情報を推定し、
    前記第二の指標情報と前記第三の指標情報とを用いて、前記第一の変数から前記第三の変数へ異常が伝播する指標を表す前記異常伝播情報を推定する
    ことを特徴とする推定方法。
  11. 請求項９又は１０に記載の推定方法であって、
    前記相関指標情報、前記第一から第三の指標情報は、発生確率又は正常度である
    ことを特徴とする推定方法。
  12. 請求項９に記載の推定方法であって、
    前記（ｄ）のステップにおいて、ベイズ処理を用いて、前記異常要因情報を推定する
    ことを特徴とする推定方法。
  13. コンピュータに、
    （ａ）コンポーネントが出力する変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記変数の値及び相関関係が取り得る値の範囲を表す相関指標情報を推定する、ステップと、
    （ｂ）前記相関指標情報を用いて異常度を表す異常度情報を算出する、ステップと、
    （ｃ）前記コンポーネントが出力する変数に異常が伝播する指標を表す因果効果を推定する、ステップと、
    を実行させる命令を含むプログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  14. 請求項１３に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記（ｃ）のステップにおいて、
    第一のコンポーネントが出力する第一の変数に影響を与える第二のコンポーネントが出力する第二の変数を用いて、正常時における、前記第一の変数になる指標を表す第一の指標情報を推定し、
    前記第一の変数を変化させて、前記第一の変数が影響を与える第三のコンポーネントが出力する第三の変数へ異常が伝播することを表す異常伝播情報を推定する
    プログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  15. 請求項１４に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記プログラムが、前記コンピュータに、
    （ｄ）前記異常度情報と、前記異常伝播情報とを入力し、対象システムに設けられたコンポーネントの異常要因となる異常要因情報を推定する、ステップを実行させる命令を更に含むプログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  16. 請求項１５に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記（ｃ）のステップにおいて、
    前記第一のコンポーネントが出力する前記第一の変数に影響を与える、前記第一のコンポーネントと因果関係にある一つ以上の前記第二のコンポーネントが出力する前記第二の変数を入力とし、正常時において、所定時間後に、前記第一の変数になることを表す前記第一の指標情報を推定し、
    前記第一の指標情報を用いて、所定時間後に、前記第一のコンポーネントが影響を与える前記第三のコンポーネントが出力する前記第三の変数になることを表す第二の指標情報を推定するとともに、
    前記第一の変数からずらした第四の変数を用いて、所定時間後に、前記第三の変数になることを表す第三の指標情報を推定し、
    前記第二の指標情報と前記第三の指標情報とを用いて、前記第一の変数から前記第三の変数へ異常が伝播する指標を表す前記異常伝播情報を推定する
    プログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  17. 請求項１４又は１５に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記相関指標情報、前記第一から第三の指標情報は、発生確率又は正常度である
    プログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  18. 請求項１５に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記（ｄ）のステップにおいて、ベイズ処理を用いて、前記異常要因情報を推定する
    ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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