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2022 Fiscal Year Research-status Report

Towards Development of Computing Platform for Polynomial Failure Models

Research Project

Project/Area Number 22K04579
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

土肥 正  広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (00243600)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords信頼性 / 寿命解析 / 多項式故障モデル / ウェーブレット多項式 / 統計的推論 / 非定常ポアソン過程
Outline of Annual Research Achievements

本年度は最も基本的な単純整数次局所多項式モデルを静的故障モデルと動的故障モデルに適用し, これらの統計的推論アルゴリズムを開発すると同時に, ハードウェアとソフトウェアの両面から多項式故障モデルの適用可能性を調査する実証研究を行った. ハードウェアの寿命データに関しては歴史も古く, 多くのレファレンスデータが既に公開されているため, 実データに基づいた実証研究を行うことは比較的容易であった.
ソフトウェアのテスト期間における欠陥データやフィールドで報告される障害データ(脆弱性検出データも含む)として, オープンソースのデータが利用可能であり, GitHub 上のリポジトリで公開されている開発データを調査することで, オペレーティングシステムなど主要オープンソースの寿命データを解析することが可能であった.
また, ハードウェアとソフトウェアの寿命分析において用いられてきた典型的なパラメトリックモデルや不完備な情報化で用いられるノンパラメトリックモデルとの性能評価を行うことで, 提案する多項式故障モデルの有効性について検証した. さらにドゥーブシウェブレットに基づいた修理系システムの寿命データ解析の手法についても検討し、多項式モデルとの比較実験を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度の目標であった寿命解析で用いられるオープンデータの獲得は順調に実施できた。特に、GitHub 上のリポジトリで公開されている開発データの調査には時間を要したが、主要オープンソースの寿命データを解析用に整理することで、故障モデルの性能評価のベンチマーク基盤を整備することが出来た。
一方、不完備な情報化で用いられるノンパラメトリックモデルの予測法について、いくつかの理論的に克服しなければならない問題点が明らかとなった。この問題に対しては、近年進展の目まぐるしい機械学習アルゴリズムの活用が有効であると考えられ、さらなる改善を目指して文献調査等を継続的に行っている。

Strategy for Future Research Activity

今後は, 単純整数次局所多項式モデル以外の多項式モデルに着目し, それらの推論スキームの確立を目指す. 単純整数次局所多項式モデルと同様に, 多項式の次数を決定するために情報量基準を用いて最尤推定を行うことは可能であるが, フーリエ多項式, ルジャンドル多項式, ラグランジュ多項式を用いて多項式故障モデルを推定する問題では, 強い非線形性と多峰性, および不連続な多項式を扱う場面があるため, 通常の最尤原理に基づいて推論を行うことは困難である. そこで, 解像度の観点から推定量のデノイズを行う縮小推定を適用し, 故障モデルを推論するためのスキームを確立する. これは申請者らがソフトウェア信頼性評価において既に確立した方法論を汎用的な信頼性問題に拡張することに対応しており, 新しい多項式故障モデルの解析法の見通しは既に立っている. また, ウェーブレット変換と CNN (畳み込みニューラルネットワーク) などの機械学習モデルの親和性は知られているので, AI 技術を応用した故障モデルの解析法を世界に先駆けて開発することが十分に期待できる.

Causes of Carryover

新型コロナウィルス感染症の影響で、予定していた国際会議への参加が出来なかったため。次年度使用額は国内外で開催が予定されている会議への出席の費用とする。

  • Research Products

    (19 results)

All 2022

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results)

  • [Journal Article] Nash equilibrium strategies revisited in software release games2022

    • Author(s)
      Y. Saito and T. Dohi
    • Journal Title

      Probability in the Engineering and Informational Sciences

      Volume: 36 Pages: 105--125

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Automated software test data generation with generative adversarial networks2022

    • Author(s)
      X. Guo, H. Okamura and T. Dohi
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 10 Pages: 20690--20700

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Parameter estimation of Markovian arrivals with utilization data2022

    • Author(s)
      C. Li, J. Zheng, H. Okamura and T. Dohi
    • Journal Title

      EICE Transactions on Communications

      Volume: E105-B, Pages: 1--10

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Variance-based sensitivity analysis for Markov models using moment approximation2022

    • Author(s)
      J. Zhang, J. Zheng, H. Okamura and T. Dohi
    • Journal Title

      International Journal of Performability Engineering

      Volume: 18 Pages: 329--337

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A comprehensive analysis of proportional intensity-based software reliability models with covariates2022

    • Author(s)
      S. Li, T. Dohi and H. Okamura
    • Journal Title

      Electronics MDPI

      Volume: 11 Pages: 2353

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Software reliability prediction through encoder-decoder recurrent neural networks2022

    • Author(s)
      C. Li, J. Zheng, H. Okamura and T. Dohi
    • Journal Title

      International Journal of Mathematical, Engineering and Management Sciences

      Volume: 7 Pages: 325--340

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] A note on epistemic uncertainty propagation for software reliability metrics2022

    • Author(s)
      H. Okamura, J. Zhang, J. Zheng and T. Dohi
    • Organizer
      The 27th International Conference on Reliability and Quality in Design (ISSAT REQ 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Are replacement last policies always better than replacement first policies ?2022

    • Author(s)
      J. Wu, C.-H. Qian and T. Dohi
    • Organizer
      The 12 th International Conference on Quality, Reliability, Risk, Maintenance, and Safety Engineering (QR2MSE 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Optimal pull-type security patch management policies for intrusion tolerant systems2022

    • Author(s)
      J. Zheng, H. Okamura and T. Dohi
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Incorporating software metrics data in software reliability assessment via penalized regression2022

    • Author(s)
      X. Xiao and T. Dohi
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Infinite NHPP-based software reliability models with Burr-type distributions2022

    • Author(s)
      S. Li, T. Dohi and H. Okamura
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A note on epistemic uncertainty propagation in generalized stochastic Petri nets2022

    • Author(s)
      J. Zhang, J. Zheng, H. Okamura and T. Dohi
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A note on finding boundary values of programs with neural networks2022

    • Author(s)
      X. Guo, H. Okamura and T. Dohi
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Predicting software reliability by a Daubechies wavelet-based approach2022

    • Author(s)
      J. Wu, T. Dohi and H. Okamura
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Software reliability assessment with a self-exciting Hawkes process2022

    • Author(s)
      K. Iwamoto, T. Dohi and H. Okamura
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An experimental evaluation of parameter estimation algorithms in NHPP-based software reliability models2022

    • Author(s)
      H. Yano, T. Dohi and H. Okamura
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A note on prediction of source code changes with natural language processing2022

    • Author(s)
      Y. Hagiwara, T. Dohi and H. Okamura
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Towards predicting safety integrity level in functional safety with neural networks2022

    • Author(s)
      S. Kita, H. Okamura and T. Dohi
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Discrete-time opportunistic replacement last policies with restricted duration2022

    • Author(s)
      J. Wu, C.-H. Qian and T. Dohi
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM 2022)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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