對(duì)ATM工作的特征提取及異常檢測

丁瑩

摘要：因?yàn)锳TM機(jī)的自動(dòng)化處理機(jī)制，基本無工作人員監(jiān)管，商業(yè)銀行需要通過對(duì)每家分行的匯總統(tǒng)計(jì)信息做數(shù)據(jù)分析，來捕捉整個(gè)前端和后端整體應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行情況以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常或故障。為了能夠幫助銀行檢測出系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的異常或故障，本文將提取出指標(biāo)的特征參數(shù)，通過閾值劃分，方差分析法，數(shù)據(jù)的臺(tái)階檢測等，設(shè)計(jì)出一套交易狀態(tài)異常檢測方案。

關(guān)鍵詞：方差分析法;統(tǒng)計(jì)分析;散點(diǎn)圖;正態(tài)分布

1.問題重述

某商業(yè)銀行的 ATM 應(yīng)用系統(tǒng)包括前端和后端兩個(gè)部分。前端是部署在銀行營業(yè)部和各自助服務(wù)點(diǎn)的 ATM 機(jī)（系統(tǒng)），后端是總行數(shù)據(jù)中心的處理系統(tǒng)。持卡人從前端提交業(yè)務(wù)請(qǐng)求，到后臺(tái)處理完畢，并將處理結(jié)果返回到前端，通知持卡人業(yè)務(wù)處理最終狀態(tài)，我們稱這樣完整的一個(gè)流程為一筆交易。商業(yè)銀行總行數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)通過對(duì)每家分行的匯總統(tǒng)計(jì)信息做數(shù)據(jù)分析，來捕捉整個(gè)前端和后端整體應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行情況以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常或故障。

任務(wù)：

①選擇、提取和分析 ATM 交易狀態(tài)的特征參數(shù);

②設(shè)計(jì)一套交易狀態(tài)異常檢測方案，在對(duì)該交易系統(tǒng)的應(yīng)用可用性異常情況下能做到及時(shí)報(bào)警，同時(shí)盡量減少虛警誤報(bào);

③設(shè)想可增加采集的數(shù)據(jù)。基于擴(kuò)展數(shù)據(jù)，提升任務(wù)（1）（2）中達(dá)到的目標(biāo)。

2.問題分析

針對(duì)交易狀態(tài)特征參數(shù)的選擇提取問題分析，應(yīng)用MATLAB和Excel通過相關(guān)性分析和圖像的直觀判斷發(fā)現(xiàn)三個(gè)指標(biāo)之間并不存在明顯相關(guān)性，只有交易量與時(shí)間、日期存在明顯的相關(guān)性。因此我們將三個(gè)指標(biāo)分別進(jìn)行處理，提取特征參數(shù)。通過日總交易量圖的分析，發(fā)現(xiàn)交易量在1-2月之間相較其他時(shí)間有顯著的波動(dòng)，推測是春節(jié)因素的影響，因此分析時(shí)將其分段處理。結(jié)合每日交易量圖，工作日和非工作日的日總交易量和每日交易量散點(diǎn)圖并沒有明顯區(qū)別。對(duì)于成功率指標(biāo)，我們通過散點(diǎn)圖發(fā)現(xiàn)其在交易量少的時(shí)間段波動(dòng)范圍較大，因此使用一個(gè)模型將交易量累加到一定值的平均成功率來替代，處理后提取其標(biāo)準(zhǔn)差和平均值作為特征參數(shù)。對(duì)于響應(yīng)時(shí)間，通過對(duì)其圖像的觀察，得到數(shù)據(jù)點(diǎn)分布的特征，同樣提取其標(biāo)準(zhǔn)差和平均值作為其特征參數(shù)。

針對(duì)問題異常數(shù)據(jù)分析的問題，經(jīng)過分析，三個(gè)指標(biāo)不存在明顯相關(guān)性，且每個(gè)指標(biāo)都至少對(duì)應(yīng)一個(gè)故障源，因此對(duì)三個(gè)參數(shù)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立檢測。首先使用三個(gè)指標(biāo)提取的特征參數(shù)，通過大量數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)成功率和響應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)十分集中，我們采用方差分析法判斷異常數(shù)據(jù)。交易量與時(shí)間及日期存在相關(guān)性，所以數(shù)據(jù)處理較為復(fù)雜，因此我們建立了多個(gè)模型來判斷異常數(shù)據(jù).在建立異常和故障報(bào)警模型時(shí)，結(jié)合現(xiàn)實(shí)中故障有一定的持續(xù)時(shí)間，因此只有當(dāng)一個(gè)指標(biāo)出現(xiàn)異常持續(xù)一定時(shí)間，才會(huì)發(fā)出異常或故障報(bào)警。

針對(duì)報(bào)警系統(tǒng)建立的問題，本文考慮增加交易金額、業(yè)務(wù)類型作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)，來減少對(duì)交易量突減情況的誤報(bào)。

3.模型的建立與分析

通過上述分析，本人建立了異常檢測模型，解決了如下問題：

①針對(duì)不同指標(biāo)，選取出不同的特征參數(shù)。

②對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，依據(jù)工作日和非工作日、業(yè)務(wù)低谷時(shí)段和業(yè)務(wù)正常時(shí)段分割數(shù)據(jù)，應(yīng)用描述分析、N次檢驗(yàn)，參照選取的特征參數(shù)，找出了成功率突變和恢復(fù)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，從而能夠檢測出異常區(qū)間做出預(yù)警。

因?yàn)槿鄙倜糠N故障場景所需的修復(fù)時(shí)間，單個(gè)異常值也可能是正常情況，設(shè)定當(dāng)一個(gè)指標(biāo)出現(xiàn)異常超過十分鐘才發(fā)出故障報(bào)警。這樣可以提高預(yù)警精度，規(guī)避部分誤報(bào)情況。

問題三的分析

可增加采集的數(shù)據(jù)有：

①每分鐘交易金額：若每分鐘交易金額增大，每筆交易的平均時(shí)間會(huì)有一定的增加，間接的導(dǎo)致交易量的下降。根據(jù)高額現(xiàn)金交易所用時(shí)間時(shí)間樣本做數(shù)理統(tǒng)計(jì)，找出合理的置信區(qū)間，在此區(qū)間范圍內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)交易量的突降，如果同時(shí)交易金額的突增，可以不進(jìn)行故障場景1預(yù)警，降低故障場景1的誤報(bào)率。但是值得注意的是，交易金額在交易量絕對(duì)數(shù)量較大時(shí)對(duì)交易量影響較大，在ATM閑時(shí)影響會(huì)比較小。

②業(yè)務(wù)類型：不同業(yè)務(wù)類型請(qǐng)求所用的業(yè)務(wù)處理時(shí)間不同，例如轉(zhuǎn)賬交易普遍慢于存取交易，存取款業(yè)務(wù)普遍慢于查詢業(yè)務(wù)。若發(fā)現(xiàn)交易量明顯降低，響應(yīng)時(shí)間明顯變長，則需查看業(yè)務(wù)類型，對(duì)每一類型業(yè)務(wù)的用時(shí)做數(shù)理統(tǒng)計(jì)找出合適的置信區(qū)間，若用時(shí)在該業(yè)務(wù)類型的正常用時(shí)范圍內(nèi)，則可以不進(jìn)行預(yù)警，降低誤報(bào)率。

③DNS服務(wù)器反應(yīng)時(shí)間：通過檢測每個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)的DNS反應(yīng)時(shí)間來檢查傳輸節(jié)點(diǎn)是否故障，若檢測結(jié)果出現(xiàn)明顯異常，及時(shí)作出做出預(yù)警。

④網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率：若檢測到網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率達(dá)到較大值或者滿載值，響應(yīng)時(shí)間較大，成功率較低或交易量驟減就很可能不是前端或后端的故障問題導(dǎo)致，而是數(shù)據(jù)傳輸過程出現(xiàn)阻塞導(dǎo)致，此數(shù)據(jù)的采集也能一定程度上減少誤報(bào)率。

⑤每種故障的修復(fù)時(shí)間：

對(duì)于問題一 可增加一個(gè)特征參數(shù)，即為每種故障的平均修復(fù)時(shí)間

對(duì)于問題二 這個(gè)因素直接影響到異常值持續(xù)多少時(shí)間判定為出現(xiàn)故障

該數(shù)據(jù)采集難度較低，只需每次修復(fù)各種故障時(shí)進(jìn)行登記統(tǒng)計(jì)即可。

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