Proposta de um método de identificação de anomalias em redes móveis com base na representação dimensional de KPIs usando PCA e clustering

(1)

Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Elétrica Pós-graduação em Engenharia Elétrica

(2)

(3)

Corrêa, Felipe Augusto Machado, 1992-C824

2020 Proposta de um Método de Identificação de Anomalias em Redes Móveis Com Base na Representação Dimensional de KPIs Usando PCA e Clustering [recurso eletrônico] / Felipe Augusto Machado Corrêa. - 2020.

Orientador: Alan Petrônio Pinheiro.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Uberlândia, Pós-graduação em Engenharia Elétrica.

Modo de acesso: Internet.

CDU: 621.3 1. Engenharia elétrica. I. Pinheiro, Alan Petrônio,1982-, (Orient.).

II. Universidade Federal de Uberlândia. Pós-graduação em Engenharia Elétrica. III. Título.

Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.264 Inclui bibliografia.

Inclui ilustrações.

Ficha Catalográfica Online do Sistema de Bibliotecas da UFU com dados informados pelo(a) próprio(a) autor(a).

Bibliotecários responsáveis pela estrutura de acordo com o AACR2: Gizele Cristine Nunes do Couto - CRB6/2091

(4)

06/04/2020 SEI/UFU - 1827433 - Ata de Defesa - Pós-Graduação

https://www.sei.ufu.br/sei/controlador.php?acao=documento_imprimir_web&acao_origem=arvore_visualizar&id_documento=2068737&infra_siste… 1/2

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

Coordenação do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

Av. João Naves de Ávila, 2121, Bloco 3N - Bairro Santa Mônica, Uberlândia-MG, CEP 38400-902 Telefone: (34) 3239-4707 - www.posgrad.feelt.ufu.br - copel@ufu.br

ATA DE DEFESA - PÓS-GRADUAÇÃO

Programa de Pós-Graduação

em: Engenharia Elétrica

Defesa de: Dissertação de Mestrado Acadêmico, 733, PPGEELT

Data: Vinte de fevereiro de dois_{mil e vinte} Hora de início: 14:00 Hora de_{encerramento:} 17:00 Matrícula do

Discente: 11722EEL004 Nome do

Discente: Felipe Augusto Machado Corrêa Título do

Trabalho: Proposta de um método de iden ﬁcação de anomalias em redes móveis com base narepresentação dimensional de KPIs usando PCA e clustering Área de

concentração: Processamento da informação Linha de

pesquisa: Processamento digital de sinais Projeto de

Pesquisa de vinculação:

Título: Estudo e desenvolvimento piloto de novos modelos de serviços e infraestrutura de TIC voltados ao uso de antenas de telecomunicações da rede de distribuição da CEB alinhados ao cenário de SG e IoT MESTRADO Agência Financiadora: CEB/Aneel Início 23/11/18 Término 22/5/2021 No. do Projeto na agência: PD-05160-1805/2018 Professor Coordenador: Alan Petrônio Pinheiro

Reuniu-se no Anﬁteatro 1E, Campus Santa Mônica, da Universidade Federal de Uberlândia, a Banca

Examinadora, designada pelo Colegiado do Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, assim

composta: Professores Doutores: Gilberto Arantes Carrijo FEELT/UFU; Lorenço Santos Vasconcelos

-FEELT/UFU; Daniel Fernandes Macedo - UFMG; Alan Petrônio Pinheiro - FEELT/UFU, orientador(a) do(a)

candidato(a).

Iniciando os trabalhos o(a) presidente da mesa, Dr(a). Alan Petrônio Pinheiro, apresentou a Comissão

Examinadora e o candidato(a), agradeceu a presença do público, e concedeu ao Discente a palavra para a

exposição do seu trabalho. A duração da apresentação do Discente e o tempo de arguição e resposta

foram conforme as normas do Programa.

A seguir o senhor(a) presidente concedeu a palavra, pela ordem sucessivamente, aos(às)

examinadores(as), que passaram a arguir o(a) candidato(a). Ul mada a arguição, que se desenvolveu

dentro dos termos regimentais, a Banca, em sessão secreta, atribuiu o resultado ﬁnal, considerando o(a)

candidato(a):

Aprovado(a).

Esta defesa faz parte dos requisitos necessários à obtenção do tulo de Mestre.

O competente diploma será expedido após cumprimento dos demais requisitos, conforme as normas do

Programa, a legislação per nente e a regulamentação interna da UFU.

(5)

06/04/2020 SEI/UFU - 1827433 - Ata de Defesa - Pós-Graduação

https://www.sei.ufu.br/sei/controlador.php?acao=documento_imprimir_web&acao_origem=arvore_visualizar&id_documento=2068737&infra_siste… 2/2

Nada mais havendo a tratar foram encerrados os trabalhos. Foi lavrada a presente ata que após lida e

achada conforme foi assinada pela Banca Examinadora.

Documento assinado eletronicamente por Gilberto Arantes Carrijo, Presidente, em 20/02/2020, às 16:41, conforme horário oﬁcial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

Documento assinado eletronicamente por Alan Petronio Pinheiro, Professor(a) do Magistério

Superior, em 20/02/2020, às 18:28, conforme horário oﬁcial de Brasília, com fundamento no art. 6º,

§ 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

Documento assinado eletronicamente por Lorenco Santos Vasconcelos, Professor(a) do Magistério

Superior, em 20/02/2020, às 23:02, conforme horário oﬁcial de Brasília, com fundamento no art. 6º,

§ 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

Documento assinado eletronicamente por Daniel Fernandes Macedo, Usuário Externo, em 27/02/2020, às 13:58, conforme horário oﬁcial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do

Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

A auten cidade deste documento pode ser conferida no site

h ps://www.sei.ufu.br/sei/controlador_externo.php?

acao=documento_conferir&id_orgao_acesso_externo=0, informando o código veriﬁcador 1827433 e o código CRC 918A4890.

(6)

Universidade Federal de Uberlândia Programa de pós-graduação em Engenharia Elétrica

CePEDRI - Centro de P&D em Redes Inteligentes www.cepedri.ufu.br

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

•

(20)

•

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

eNodeB

eNodeB Core Network OSS

Rede Externa

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

•

(31)

(32)

(33)

(34)

𝐴

𝑝,𝑝

= 𝑐𝑜𝑣(𝑋

𝑛,𝑝

)

𝑢

𝑝

(35)

𝑎𝑢𝑡𝑜𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠 =

(

𝑢

₁

𝑢

₂

𝑢

3

…

𝑢

_𝑝

₎

𝑎𝑢𝑡𝑜𝑣𝑒𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 =

(

𝑣

_1,1

𝑣

_1,2

𝑣

_1,3

… 𝑣

_1,𝑝

𝑣

_2,1

𝑣

_2,2

𝑣

_2,3

… 𝑣

_2,𝑝

𝑣

3,1

𝑣

3,2

𝑣

3,3

… 𝑣

3,𝑝

… … … …

𝑣

_𝑝,1

𝑣

_𝑝,2

𝑣

_𝑝,3

… 𝑣

_𝑝,𝑝

₎

𝑣

_𝑖,𝑝𝑇

𝑋

′𝑛,𝑖

= 𝑋

𝑛,𝑝

. 𝑣

𝑖,𝑝𝑇

(36)

(37)

𝑥

_𝑖

𝑚

𝑖

𝑚

𝑐

‖𝑥 − 𝑚

_𝑐

‖ = 𝑚𝑖𝑛

_𝑖

{‖𝑥 − 𝑚

_𝑖

‖}

𝑅

_𝑛

𝜎

_𝑜

λ

𝑅

_𝑛

(𝜎(𝑡)) = 𝜎

_𝑜

. 𝑒

−𝑡/𝜆

α

ℎ

_𝑐𝑖

(38)

𝑚

𝑖

(𝑡 + 1) = 𝑚

𝑖

(𝑡) + 𝛼(𝑡). ℎ

𝑐𝑖

(𝑡). (𝐼(𝑡) − 𝑤(𝑡))

•

(39)

•

(40)

𝑝 ∈ 𝑉

𝐸𝑝𝑠

(𝑞)

|𝑉

_𝐸𝑝𝑠

(𝑞)| ≥ 𝑀𝑖𝑛𝑃𝑡𝑠

(41)

(42)

(43)

λ

𝑝𝑑𝑖𝑠𝑡(𝑜, 𝑆) = 𝜆. 𝜎(𝑜, 𝑆)

𝑃𝐿𝑂𝐹

𝑆

(𝑜) =

𝑝𝑑𝑖𝑠𝑡(𝑜, 𝑆(𝑜))

𝐸

_{𝑠𝜖𝑆(𝑜)}

. [𝑝𝑑𝑖𝑠𝑡(𝑠, 𝑆(𝑠))]

− 1

𝐿𝑜𝑂𝑃

𝑆

(𝑜) = max {0, 𝑒𝑟𝑓 (

𝑃𝐿𝑂𝐹

_𝑆

(𝑜)

𝑛𝑃𝐿𝑂𝐹. √2

)}

𝑛𝑃𝐿𝑂𝐹 √2 = λ. √𝐸[(𝑃𝐿𝑂𝐹)

2

_]

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

Atributo Formato Faixa

Dia Data [01/03/2019 a 14/03/2019]

Hora Hora [00:00 a 23:00]

Célula ID Categórico [1 a 1054] Número médio de usuários ativos Numérico [0 a 397] Taxa de dados média no downlink Numérico [0.00 a 68693.46]

SINR para PUCCH médio Numérico [-8.74 a 27.00] SINR para PUSCH médio Numérico [-10.00 a 30.00] RSSI para PUCCH médio Numérico [-119.90 a -80.05] RSSI para PUSCH médio Numérico [-120.00 a -80.00]

•

Dia Data [07/01/2019 a _13/01/2019]

Hora Hora [00:00 a 23:00]

Célula ID Categórico [1 a 1054] Número de tentativas de configuração de DRBs Numérico [1 a 247553]

Número de DRBs estabelecidos com sucesso Numérico [1 a 247403] Número de falhas de configuração de DRBs Numérico [0 a 17686] Tempo máximo de confi. de Enhanced-Radio Access Bearer Numérico [22 a 5433] Tempo médio de confi. de Enhanced-Radio Access Bearer Numérico [22 a 1446] Número de DRBs liberados devido ao Detach Numérico [0 a 1220] Número de tentativas de configuração de SRB 1 Numérico [1 a 59455]

Número de falhas de configuração de SRB 1 Numérico [0 a 1032] Número de conclusões de configuração de SRB 1 Numérico [1 a 59427]

Número de tentativas de configuração de SRB 2 Numérico [1 a 57975] Número de falhas de configuração de SRB 2 Numérico [0 a 1119] Número de conclusões de configuração de SRB 2 Numérico [1 a 57967]

(53)

•

Dia Data [01/01/2019 a _07/01/2019]

Hora Hora [00:00 a _23:00]

Célula ID Categórico [1 a 3339] Liberação de acesso RRC de reestabelecimento de chamada Numérico [0 a 25]

Liberação de acesso RRC de CS Fallback Numérico [0 a 96] Liberação de acesso RRC de detach Numérico [0 a 22] Liberação de acesso RRC de chamada de emergência Numérico [0 a 3] Liberação de acesso RRC de nova seleção na mesma

tecnologia Numérico [0 a 464]

Liberação de acesso RRC de chamada em segundo plano

originada Numérico [0 a 3423]

Liberação de acesso RRC de conversação de chamada

Liberação de acesso RRC de sinalização de alta prioridade

Liberação de acesso RRC de chamada interativa originada Numérico [0 a 210] Liberação de acesso RRC de sinalização de baixa prioridade

Liberação de acesso RRC de chamada de tráfego registrado

Liberação de acesso RRC de chamada em segundo plano

terminada Numérico [0 a 358]

Liberação de acesso RRC de conversação de chamada

Liberação de acesso RRC de sinalização de alta prioridade

Liberação de acesso RRC de sinalização de baixa prioridade

(54)

(55)

PCA PCA PCA PCA

DBSCAN DBSCAN DBSCAN DBSCAN

Anomalias Detectadas Pré-Processamento Pré-Processamento Pré-Processamento Pré-Processamento ... ... ...

...

Redução de Dimensionalidade Detecção Conjunto de Dados 01:00 02:00 03:00 24:00

(56)

•

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

σ

(62)

•

(63)

•

(64)

(65)

σ

(66)

(67)

(68)

•

(69)

•

SOM SOM SOM SOM

LoOP LoOP LoOP LoOP

Anomalias Detectadas Pré-Processamento Pré-Processamento Pré-Processamento Pré-Processamento ... ... ...

...

Redução de Dimensionalidade Detecção Conjunto de Dados 01:00 02:00 03:00 24:00

(70)

•

(71)

σ

(72)

(73)

•

(74)

(75)

(76)

(77)

(78)

(79)

(80)

(81)

(82)

σ

(83)

σ

σ.

(84)

σ.

σ

0,00 0,60 1,20 1,80 2,40 3,00 0 20 40 60 80 100 De grad aç ão ( σ) A n o mali as d ete ctad as ( % ) Horas do dia

(85)

•

(86)

Célula ID Número de Anomalias Avaliação Profissional 1 Avaliação Profissional 2

1 313 Overshooting Subutilização

2 223 Falha no sistema irradiante Interferência externa

3 219 Overshooting Overshooting 4 216 Sobrecarga Sobrecarga 5 162 Sobrecarga Sobrecarga 6 143 Sobrecarga Sobrecarga 7 141 Normal Normal 8 139 Normal Normal

9 119 Interferência externa Interferência externa

10 99 Overshooting Overshooting

11 96 Falha no sistema irradiante Normal

12 91 Sobrecarga Sobrecarga 13 81 Overshooting Overshooting 14 81 Sobrecarga Sobrecarga 15 78 Undershooting Undershooting 16 77 Normal Subutilização 17 72 Overshooting Overshooting 18 65 Subutilização Subutilização 19 59 Normal Normal 20 56 Subutilização Subutilização

(87)

(88)

(89)

(90)

(91)

(92)

(93)

σ

σ)

σ

(94)

σ

(95)

Célula ID Anomalias Método Proposto

Pontuação Média de

Anormalidade Avaliação Profissional 1 Avaliação Profissional 2

1 313 0,67 Overshooting Subutilização

2 223 0,76 Falha no sistema irradiante Interferência Externa

3 219 0,51 Overshooting Overshooting 4 216 0,60 Sobrecarga Sobrecarga 5 162 0,40 Sobrecarga Sobrecarga 6 143 0,44 Sobrecarga Sobrecarga 7 141 0,49 Normal Normal 8 139 0,45 Normal Normal

9 119 0,40 Interferência externa Interferência externa

10 99 0,33 Overshooting Overshooting

11 96 0,53 Falha no sistema irradiante Normal

12 91 0,26 Sobrecarga Sobrecarga 13 81 0,29 Overshooting Overshooting 14 81 0,21 Sobrecarga Sobrecarga 15 78 0,44 Undershooting Undershooting 16 77 0,48 Normal Subutilização 17 72 0,25 Overshooting Overshooting 18 65 0,40 Subutilização Subutilização 19 59 0,31 Normal Normal 20 56 0,43 Subutilização Subutilização

21 47 0,69 Falha no sistema irradiante Undershooting

22 43 0,55 Normal Subutilização 23 37 0,66 Overshooting Overshooting 24 35 0,58 Subutilização Subutilização 25 35 0,57 Normal Normal 26 28 0,54 Subutilização Subutilização 27 28 0,57 Normal Normal 28 23 0,51 Subutilização Subutilização 29 9 0,57 Subutilização Subutilização 30 6 0,66 Subutilização Subutilização 31 5 0,63 Subutilização Subutilização 32 3 0,50 Subutilização Subutilização 33 3 0,50 Subutilização Subutilização 34 2 0,73 Sobrecarga Sobrecarga

(96)

(97)

Instâncias (x100.000) Método proposto Método de referência 3,5 00h 00m 21s 00h 26m 12s 6,9 00h 00m 43s 00h 51m 53s 10,4 00h 01m 04s 01h 18m 12s 13,8 00h 01m 24s 01h 43m 49s 17,3 00h 01m 38s 02h 09m 52s

(98)

(99)

(100)

(101)

(102)

(103)

•

(104)

(105)

(106)

(107)

(108)

(109)

(110)

(111)

(112)

(113)

(114)

(115)

(116)

(117)

(118)

(119)

(120)

(121)

(122)

(123)

(124)

(125)

(126)

(127)

(128)

(129)

(130)