Detection and compensation methods for self-healing in self-organizing networks

Uno de los elementos clave en la definicion de los recientes estandares de comunicaciones moviles del 3rd Generation Partnership Project (3GPP), LTE (Long Term Evolution) y LTEAdvanced, es la consideracion de funciones que se puedan ejecutar de manera automatica. Este tipo de redes se conocen como redes Auto-Organizadas (Self-Organizing Networks, SON). Las funciones SON permiten hacer frente al importante incremento en tamano y complejidad que han experimentado las redes de comunicaciones moviles en los ultimos anos. El numero de usuarios es cada vez mayor y los servicios requieren gran cantidad de recursos y altas tasas de transmision por lo que la gestion de estas redes se esta convirtiendo en una tarea cada vez mas compleja. Ademas, cuando las redes de quinta generacion (5G) se implanten, la complejidad y el coste asociado a estas nuevas redes sera todavia mayor. En este contexto, las funciones SON resultan imprescindibles para llevar a cabo la gestion de estas redes tan complejas. El objetivo de SON es definir un conjunto de funcionalidades que permitan automatizar la gestion de las redes moviles. Mediante la automatizacion de las tareas de gestion y optimizacion es posible reducir los gastos de operacion y capital (OPEX y CAPEX). Las funciones SON se clasifican en tres grupos: Auto- Configuracion, Auto-Optimizacion y Auto-Curacion. Las funciones de Auto-Configuracion tienen como objetivo la definicion de los distintos parametros de configuracion durante la fase de planificacion de una red o despues de la introduccion de un nuevo elemento en una red ya desplegada. Las funciones de Auto-Optimizacion pretenden modificar los parametros de configuracion de una red para maximizar el rendimiento de la misma y adaptarse a distintos escenarios. Las funciones de Auto- Curacion tienen como objetivo detectar y diagnosticar posibles fallos en la red que afecten al funcionamiento de la misma de manera automatica. Cuando un fallo es detectado en una celda este puede ser recuperado (funcion de recuperacion) o compensado (funcion de compensacion). Uno de los principales desafios relacionado con las funciones SON es el desarrollo de metodos eficientes para la automatizacion de las tareas de optimizacion y mantenimiento de una red movil. En este sentido, la comunidad cientifica ha centrado su interes en la definicion de metodos de Auto-Configuracion y Auto-Optimizacion siendo las funciones de Auto-Curacion las menos exploradas. Por esta razon, no es facil encontrar algoritmos de deteccion y compensacion realmente eficientes. Muchos estudios presentan metodos de deteccion y compensacion que producen buenos resultados pero a costa de una gran complejidad. Ademas, en muchos casos, los algoritmos de deteccion y compensacion se presentan como solucion general para distintos tipos de fallo lo que hace que disminuya la efectividad. Por otro lado, la investigacion ha estado tradicionalmente enfocada a la busqueda de soluciones SON basadas en modelos analiticos o simulados. Sin embargo, el principal desafio ahora esta relacionado con la explotacion de datos reales disponibles con el objetivo de crear una base del conocimiento util que maximice el funcionamiento de las actuales soluciones SON. Esto es especialmente interesante en el area de las funciones de Auto-Curacion. En este contexto, la disponibilidad de un historico de datos es crucial para entender como funciona la red en condiciones normales o cuando se producen fallos y como estos fallos afectan a la calidad de servicio experimentada por los usuarios. El principal objetivo de esta tesis es el desarrollo de algoritmos eficientes de deteccion y compensacion de fallos en redes moviles. En primer lugar, se propone un metodo de deteccion de celdas caidas basado en estadisticas de traspasos. Una de las principales caracteristicas de este algoritmo es que su simplicidad permite detectar celdas caidas en cualquier red inmediatamente despues de acceder a los indicadores de funcionamiento de la misma. En segundo lugar, una parte importante de la tesis esta centrada en la funcion de compensacion. Por un lado, se propone una novedosa metodologia de compensacion de celdas caidas. Este nuevo metodo permite adaptar la compensacion a la degradacion especifica provocada por la celda caida. Una vez que se detecta un problema de celda caida, se realiza un analisis de la degradacion producida por este fallo en las celdas vecinas. A continuacion, diferentes algoritmos de compensacion se aplican a las distintas celdas vecinas en funcion del tipo de degradacion detectado. En esta tesis se ha llevado a cabo un estudio de esta fase de analisis utilizando datos de una red real actualmente en uso. Por otro lado, en esta tesis tambien se propone un metodo de compensacion que considera un fallo diferente al de celda caida. En concreto, se propone un metodo de compensacion para un fallo de cobertura debil basado en modificaciones del margen de traspaso. Por ultimo, aunque es interesante evaluar los metodos propuestos en redes reales, no siempre es posible. Los operadores suelen ser reacios a probar metodos que impliquen cambios en los parametros de configuracion de los elementos de la red. Por esta razon, una parte de esta tesis ha estado centrada en la implementacion de un simulador dinamico de nivel de sistema que permita la evaluacion de los metodos propuestos.