Anomaly detection and root cause diagnosis in cellular networks

Détection d’anomalies et analyse des causes racines dans les réseaux cellulaires

Maha Mdini (1, 2)

1 IMT Atlantique - SRCD - Département Systèmes Réseaux, Cybersécurité et Droit du numérique
2 ADOPNET - Advanced technologies for operated networks

With the evolution of automation and artificial intelligence tools, mobile networks havebecome more and more machine reliant. Today, a large part of their management tasks runs inan autonomous way, without human intervention. In this thesis, we have focused on takingadvantage of the data analysis tools to automate the troubleshooting task and carry it to a deeperlevel. To do so, we have defined two main objectives: anomaly detection and root causediagnosis. The first objective is about detecting issues in the network automatically withoutincluding expert knowledge. To meet this objective, we have proposed an algorithm, WatchmenAnomaly Detection (WAD), based on pattern recognition. It learns patterns from periodic timeseries and detect distortions in the flow of new data. The second objective aims at identifying theroot cause of issues without any prior knowledge about the network topology and services. Toaddress this question, we have designed an algorithm, Automatic Root Cause Diagnosis (ARCD)that identifies the roots of network issues. ARCD is composed of two independent threads: MajorContributor identification and Incompatibility detection. WAD and ARCD have been proven to beeffective. However, many improvements of these algorithms are possible.

Grâce à l'évolution des outils d'automatisation et d'intelligence artificielle, les réseauxmobiles sont devenus de plus en plus dépendants de la machine. De nos jours, une grandepartie des tâches de gestion de réseaux est exécutée d'une façon autonome, sans interventionhumaine. Dans cette thèse, nous avons focalisé sur l'utilisation des techniques d'analyse dedonnées dans le but d'automatiser et de consolider le processus de résolution de défaillancesdans les réseaux. Pour ce faire, nous avons défini deux objectifs principaux : la détectiond'anomalies et le diagnostic des causes racines de ces anomalies. Le premier objectif consiste àdétecter automatiquement les anomalies dans les réseaux sans faire appel aux connaissancesdes experts. Pour atteindre cet objectif, nous avons proposé un algorithme, Watchmen AnomalyDetection (WAD), basé sur le concept de la reconnaissance de formes (pattern recognition). Cetalgorithme apprend le modèle du trafic réseau à partir de séries temporelles périodiques etdétecte des distorsions par rapport à ce modèle dans le flux de nouvelles données. Le secondobjectif a pour objet la détermination des causes racines des problèmes réseau sans aucuneconnaissance préalable sur l'architecture du réseau et des différents services. Pour ceci, nousavons conçu un algorithme, Automatic Root Cause Diagnosis (ARCD), qui permet de localiser lessources d'inefficacité dans le réseau. ARCD est composé de deux processus indépendants :l'identification des contributeurs majeurs à l'inefficacité globale du réseau et la détection desincompatibilités. WAD et ARCD ont fait preuve d'efficacité. Cependant, il est possible d'améliorerces algorithmes sur plusieurs aspects.

Mots clés: Cellular networks; Data analysis; Network monitoring

Mots clés: Réseaux cellulaires; Analyse de données; Supervision des réseaux

Domaines: Intelligence artificielle [cs.AI]; Algorithme et structure de données [cs.DS]; Apprentissage [cs.LG]

Maha Mdini. Anomaly detection and root cause diagnosis in cellular networks. Artificial Intelligence [cs.AI]. Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique, 2019. English. ⟨NNT : 2019IMTA0144⟩. ⟨tel-02304602⟩