A New Fault Diagnosis Method Based on Fault Tree and Bayesian Networks

AbstractThis paper presents a novel method for diagnosing faults using fault tree analysis and Bayesian networks (BN) to optimize system diagnosis. All minimal cut sets were generated via qualitative analysis of fault tree using an efficient zero-suppressed binary decision diagram (ZBDD), while the diagnostic importance factor (DIF) of components and minimal cut sets were calculated by mapping fault tree into equivalent BN. Also, these analysis results such as minimal cut sets and DIF were updated after receiving the evidence data from sensors and used to develop an efficient diagnostic decision algorithm. Furthermore, a diagnostic decision tree (DDT) was generated to guide the maintenance personnel to repair the system. Finally, a real example is given to demonstrate the efficiency of this method

A survey of self organisation in future cellular networks

This article surveys the literature over the period of the last decade on the emerging field of self organisation as applied to wireless cellular communication networks. Self organisation has been extensively studied and applied in adhoc networks, wireless sensor networks and autonomic computer networks; however in the context of wireless cellular networks, this is the first attempt to put in perspective the various efforts in form of a tutorial/survey. We provide a comprehensive survey of the existing literature, projects and standards in self organising cellular networks. Additionally, we also aim to present a clear understanding of this active research area, identifying a clear taxonomy and guidelines for design of self organising mechanisms. We compare strength and weakness of existing solutions and highlight the key research areas for further development. This paper serves as a guide and a starting point for anyone willing to delve into research on self organisation in wireless cellular communication networks

Optimization of the methodology of configuration of mobile communication networks

The mobile communication network has been growing quickly, and the mobile network maintenance is becoming more complex, in performance, network coverage, energy, time consuming and expensive. The telecommunication service provider and mobile network telecommunication operator worries to what is the better methodology to optimizing a mobile network configuration and to improve the most efficient operation and functionality, to increase a superior performance in technical aspect (Create, and integrate new network planning in hardware and software level), economic aspect (cost reduction in maintenance) and environmental aspect (use of renewable energy through solar panels or wind power system). The work developed in this dissertation aims to propose an optimization of methodology of configuration of mobile communication network and build an automated configuration system in different technology (GSM, UMTS and LTE) to provide a good quality and improvement in its architecture to meet the requirement for a large number of services or application through distinct means transmission and using technology appropriate with a new generation of hardware to reach certain area in a Base Station Transmition (BTS) and a Radio Network Controller (RNC) that permit configure and integrated hardware and software issues in distinct networks technology (GSM, UMTS and LTE).A rede de comunicação móvel tem crescido rapidamente e ficando cada vez mais complexa, sendo cada vez mais complicado melhorar o desempenho, a cobertura, a eficiência energética e ao mesmo tempo aumentar o numero de utilizadores e serviços. O provedor de serviços de telecomunicações e a operadora de rede móvel têm de se preocupar em optimizar de forma a garantir a melhor configuração de rede móvel tendo em vista melhorar a operação e funcionalidade, a fim de esta ser mais eficiente, no seu desempenho. Relativamente aos aspectos técnicos (Criar novo planeamento e integrar a uma rede ao nível hardware e de software), aspecto econômico (redução de custo na manutenção) e aspecto ambiental (uso de energia renovável, quer através de painéis solares como de sistemas eólicos). O trabalho desenvolvido nesta dissertação visa propor uma otimização da metodologia de configuração das redes de comunicação móveis e construir um sistema de configuração automatizado em diferentes tecnologias (GSM, UMTS e LTE), para garantir os mais altos padrões de qualidade e atender a exigência de um grande número de serviços ou aplicações através de diferentes meios de transmissão e uso de tecnologia apropriada com uma nova geração de hardware para atingir determinada área em uma Estação de Transmissão de Base (BTS) e numa Rede de Controlador de Rádio (RNC) que permitem configurar e integrar diversos tipos de hardware e software em tecnologia de diferentes redes (GSM, UMTS e LTE)

Topology Management for Wireless Mesh Self-Organizing Mobile Backhauls

The mobile data consumption is increasing exponentially, creating demand for more capacity from the network. Cell densification with small cells, also known as Heterogeneous networks, is seen as a solution for the capacity problem. On the downside, this creates a problem for providing a cost-effective backhaul connection to these small cells. The Self-optimizing Wireless Mesh Network (SWMN) backhaul has been proposed as a backhaul solution for small cells. In SWMN, the nodes form a partial mesh topology, where routing and data transmission is based on pre-computed prioritized set of routes and link-schedules. Hence, an entity that handles topology management functionalities is required, which enables automatic network configuration, network monitoring, optimization and management. The main aim of this thesis is to verify the topology management functionalities. The work involved development of a simulator for creating test topology scenarios. Additionally, the task involved verifying the feasibility of functionalities in the proof-of-concept system

Comunicações veiculares híbridas

Vehicle Communications is a promising research field, with a great potential for the development of new applications capable of improving road safety, traffic efficiency, as well as passenger comfort and infotainment. Vehicle communication technologies can be short-range, such as ETSI ITS-G5 or the 5G PC5 sidelink channel, or long-range, using the cellular network (LTE or 5G). However, none of the technologies alone can support the expected variety of applications for a large number of vehicles, nor all the temporal and spatial requirements of connected and autonomous vehicles. Thus, it is proposed the collaborative or hybrid use of short-range communications, with lower latency, and of long-range technologies, potentially with higher latency, but integrating aggregated data of wider geographic scope. In this context, this work presents a hybrid vehicle communications model, capable of providing connectivity through two Radio Access Technologies (RAT), namely, ETSI ITS-G5 and LTE, to increase the probability of message delivery and, consequently, achieving a more robust, efficient and secure vehicle communication system. The implementation of short-range communication channels is done using Raw Packet Sockets, while the cellular connection is established using the Advanced Messaging Queuing Protocol (AMQP) protocol. The main contribution of this dissertation focuses on the design, implementation and evaluation of a Hybrid Routing Sublayer, capable of isolating messages that are formed/decoded from transmission/reception processes. This layer is, therefore, capable of managing traffic coming/destined to the application layer of intelligent transport systems (ITS), adapting and passing ITS messages between the highest layers of the protocol stack and the available radio access technologies. The Hybrid Routing Sublayer also reduces the financial costs due to the use of cellular communications and increases the efficiency of the use of the available electromagnetic spectrum, by introducing a cellular link controller using a Beacon Detector, which takes informed decisions related to the need to connect to a cellular network, according to different scenarios. The experimental results prove that hybrid vehicular communications meet the requirements of cooperative intelligent transport systems, by taking advantage of the benefits of both communication technologies. When evaluated independently, the ITS-G5 technology has obvious advantages in terms of latency over the LTE technology, while the LTE technology performs better than ITS-G5, in terms of throughput and reliability.As Comunicações Veiculares são um campo de pesquisa promissor, com um grande potencial de desenvolvimento de novas aplicações capazes de melhorar a segurança nas estradas, a eficiência do tráfego, bem com o conforto e entretenimento dos passageiros. As tecnologias de comunicação veícular podem ser de curto alcance, como por exemplo ETSI ITS-G5 ou o canal PC5 do 5G, ou de longo alcance, recorrendo à rede celular (LTE ou 5G). No entanto, nenhuma das tecnologias por si só, consegue suportar a variedade expectável de aplicações para um número de veículos elevado nem tampouco todos os requisitos temporais e espaciais dos veículos conectados e autónomos. Assim, é proposto o uso colaborativo ou híbrido de comunicações de curto alcance, com latências menores, e de tecnologias de longo alcance, potencialmente com maiores latências, mas integrando dados agregados de maior abrangência geográfica. Neste contexto, este trabalho apresenta um modelo de comunicações veiculares híbrido, capaz de fornecer conectividade por meio de duas Tecnologias de Acesso por Rádio (RAT), a saber, ETSI ITS-G5 e LTE, para aumentar a probabilidade de entrega de mensagens e, consequentemente, alcançar um sistema de comunicação veicular mais robusto, eficiente e seguro. A implementação de canais de comunicação de curto alcance é feita usando Raw Packet Sockets, enquanto que a ligação celular é estabelecida usando o protocolo Advanced Messaging Queuing Protocol (AMQP). A contribuição principal desta dissertação foca-se no projeto, implementação e avaliação de uma sub camada hibrída de encaminhamento, capaz de isolar mensagens que se formam/descodificam a partir de processos de transmissão/receção. Esta camadada é, portanto, capaz de gerir o tráfego proveniente/destinado à camada de aplicação de sistemas inteligentes de transportes (ITS) adaptando e passando mensagens ITS entre as camadas mais altas da pilha protocolar e as tecnologias de acesso rádio disponíveis. A sub camada hibrída de encaminhamento também potencia uma redução dos custos financeiros devidos ao uso de comunicações celulares e aumenta a eficiência do uso do espectro electromagnético disponível, ao introduzir um múdulo controlador da ligação celular, utilizando um Beacon Detector, que toma decisões informadas relacionadas com a necessidade de uma conexão a uma rede celular, de acordo com diferentes cenários. Os resultados experimentais comprovam que as comunicações veículares híbridas cumprem os requisitos dos sistemas cooperativos de transporte inteligentes, ao tirarem partido das vantagens de ambas tecnologias de comunicação. Quando avaliadas de forma independente, constata-se que que a tecnologia ITS-G5 tem vantagens evidentes em termos de latência sobre a tecnologia LTE, enquanto que a tecnologia LTE tem melhor desempenho que a LTE, ai nível de débito e fiabilidade.Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicaçõe

Specifying and Verifying Requirements for Transmission of Medical Data in Public Networks

The purpose of this study is to identify and verify the necessary Quality of Service metrics in public networks for an existing remote patient monitoring system called Mobile Viewers. Therefore, any abnormalities can be detected beforehand and the application quality can be seen from the end user's point of view. The name Mobile Viewers refer to three different client applications: Web Viewers, Pocket Viewers and Cellular Viewers. The literature part of this thesis reviews the former research studies dedicated to network performance measurements in 3G, 2.5G and Wireless LAN networks. Based on the review, the most suitable measurement methods, tools, metrics and environments are selected to be utilised during this study. In the first part of the thesis work, passive live measurement tests are executed within UMTS, GPRS, LAN and Wireless LAN networks in order to find out the delay, jitter and packet loss metrics for the individual Mobile Viewers. As a result, GPRS presents the highest delay, jitter and packet loss values leading to poor application quality. The second part of the thesis study focuses on identifying the quality requirements for Mobile Viewers. Initially, a network emulator tool is employed to emulate the necessary delay, jitter and packet loss metrics in order to test the application quality under different network conditions. Additional subjective user defined tests are executed to assess the quality for each viewer client. Finally, the limit delay, packet loss and jitter values, where the application quality starts to degrade, are presented. Additional future work may be carried out by observing the Mobile Viewers' performances with higher technologies for instance, HSDPA. Furthermore, the conclusions derived from the analysis of the measurements and the proposed requirements for Mobile Viewers should be validated by additional experiments with different client devices, measurement tools and longer measurement periods

A methodology for obtaining More Realistic Cross-Layer QoS Measurements in mobile networks: A VoIP over LTE Use Case

Los servicios de voz han sido durante mucho tiempo la primera fuente de ingresos para los operadores móviles. Incluso con el protagonismo creciente del tráfico de datos, los servicios de voz seguirán jugando un papel importante y no desaparecerán con la transición a redes basadas en el protocolo IP. Por otra parte, hace años que los principales actores en la industria móvil detectaron claramente que los usuarios no aceptarían una degradación en la calidad de los servicios de voz. Es por esto que resulta crítico garantizar la experiencia de usuario (QoE) en la transición a redes de nueva generación basadas en conmutación de paquetes. El trabajo realizado durante esta tesis ha buscado analizar el comportamiento y las dependencias de los diferentes servicios de Voz sobre IP (VoIP), así como identificar configuraciones óptimas, mejoras potenciales y metodologías que permitan asegurar niveles de calidad aceptables al mismo tiempo que se trate de minimizar los costes. La caracterización del rendimiento del tráfico de datos en redes móviles desde el punto de vista de los usuarios finales es un proceso costoso que implica la monitorización y análisis de un amplio rango de protocolos y parámetros con complejas dependencias. Para abordar desde la raíz este problema, se requiere realizar medidas que relacionen y correlen el comportamiento de las diferentes capas. La metodología de caracterización propuesta en esta tesis proporciona la posibilidad de recoger información clave para la resolución de problemas en las comunicaciones IP, relaciolándola con efectos asociados a la propagación radio, como cambios de celda o pérdida de enlaces, o con carga de la red y limitaciones de recursos en zonas geográficas específicas. Dicha metodología se sustenta en la utilización de herramientas nativas de monitorización y registro de información en smartphones, y la aplicación de cadenas de herramientas para la experimentación extensiva tanto en redes reales y como en entornos de prueba controlados. Con los resultados proporcionados por esta serie de herramientas, tanto operadores móviles y proveedores de servicio como desarrolladores móviles podrían ganar acceso a información sobre la experiencia real del usuario y sobre cómo mejorar la cobertura, optimizar los servicios y adaptar el funcionamiento de las aplicaciones y el uso de protocolos móviles basados en IP en este contexto. Las principales contribuciones de las herramientas y métodos introducidos en esta tesis son los siguientes: - Una herramienta de monitorización multicapa para smartphones Android, llamada TestelDroid, que permite la captura de indicadores clave de rendimiento desde el propio equipo de usuario. Asimismo proporciona la capacidad de generar tráfico de forma activa y de verificar el estado de alcanzabilidad del terminal, realizando pruebas de conectividad. - Una metodología de post-procesado para correlar la información presente en las diferentes capas de las medidas realizadas. De igual forma, se proporciona la opción a los usuarios de acceder directamente a la información sobre el tráfico IP y las medidas radio y de aplicar metodologías propias para la obtención de métricas. - Se ha realizado la aplicación de la metodología y de las herramientas usando como caso de uso el estudio y evaluación del rendimiento de las comunicaciones basadas en IP a bordo de trenes de alta velocidad. - Se ha contribuido a la creación de un entorno de prueba realista y altamente configurable para la realización de experimentos avanzados sobre LTE. - Se han detectado posibles sinergias en la utilización de instrumentación avanzada de I+D en el campo de las comunicaciones móviles, tanto para la enseñanza como para la investigación en un entorno universitario

Performance evaluation of information and communications technology infrastructure for smart distribution network applications

This thesis was submitted for the degree of Master of Philosophy and awarded by Brunel University.Current electrical networks require secure, scalable and cost-effective Information and Communications Technology (ICT) solutions to facilitate the novel functionalities required by Smart Grids. Countries around the globe are investigating alternative energy sources to mitigate the current energy crisis and environmental issues experienced by many countries due to global warming, rapid growth of population, inefficient energy management, dwindling fossil fuel resources, etc. Therefore, alternative or renewable energy sources, such as wind, solar, hydro, combined heat and power, etc., are required to mitigate such a crisis and such sources will also need to be integrated in to the power grid in a distributed manner. Such distributed energy sources are mainly connected to the distribution networks and introduce huge challenges to the distribution network operator (DNO). Many of these challenges cannot be dealt with effectively using existing network operation mechanisms therefore the research and development of novel ICT solutions to support smart distribution network operation is required. This research investigated suitable ICT solutions to enable the Smart Grid to tackle these challenges and proposes ICT infrastructure models that can be used for simulation studies in order to investigate cost-effective, scalable and secure solutions for the DNOs. Initially, a Quality of Service (QoS) monitoring test-bed was proposed to evaluate the performance of bandwidth intensive applications, such as smart meter data transmission. Simulation studies for different communication technologies, cellular and Power Line Communication (PLC), were also carried out and the simulation models were verified using experimental test results. Finally, the modelling and analysis of smart metering infrastructure was carried out using simulation and extensive studies were performed to evaluate the data transmission rate performance for different configurations of smart meters and concentrators

Data Analytics and Knowledge Discovery for Root Cause Analysis in LTE Self-Organizing Networks.

En las últimas décadas, las redes móviles han cobrado cada vez más importancia en el mundo de las telecomunicaciones. Lo que empezó con el objetivo de dar un servicio de voz a nivel global, ha tomado recientemente la direcci\'on de convertirse en un servicio casi exclusivo de datos en banda ancha, dando lugar a la red LTE. Como consecuencia de la continua aparición de nuevos servicios, los usuarios demandan cada vez redes con mayor capacidad, mejor calidad de servicio y a precios menores. Esto provoca una dura competición entre los operadores, que necesitan reducir costes y cortes en el servicio causados por trabajos de mejora o problemas. Para este fin, las redes autoorganizadas SON (Self-Organizing Network) proporcionan herramientas para la automatización de las tareas de operación y mantenimiento, haciéndolas más rápidas y mantenibles por pequeños equipos de expertos. Las funcionalidades SON se dividen en tres grupos principales: autoconfiguración (Self-configuration, los elementos nuevos se configuran de forma automática), autooptimización (Self-optimization, los parámetros de la red se actualizan de forma automática para dar el mejor servicio posible) y autocuración (Self-healing, la red se recupera automáticamente de problemas). En el ambiente competitivo de las redes móviles, los cortes de servicio provocados por problemas en la red causan un gran coste de oportunidad, dado que afectan a la experiencia de usuario. Self-healing es la función SON que se encarga de la automatización de la resolución de problemas. El objetivo principal de Self-healing es reducir el tiempo que dura la resolución de un problema y liberar a los expertos de tareas repetitivas. Self-healing tiene cuatro procesos principales: detección (identificar que los usuarios tienen problemas en una celda), compensación (redirigir los recursos de la red para cubrir a los usuarios afectados), diagnosis (encontrar la causa de dichos problemas) y recuperación (realizar las acciones necesarias para devolver los elementos afectados a su operación normal). De todas las funcionalidades SON, Self-healing (especialmente la función de diagnosis) es la que constituye el mayor desafío, dada su complejidad, y por tanto, es la que menos se ha desarrollado. No hay sistemas comerciales que hagan una diagnosis automática con la suficiente fiabilidad para convencer a los operadores de red. Esta falta de desarrollo se debe a la ausencia de información necesaria para el diseño de sistemas de diagnosis automática. No hay bases de datos que recojan datos de rendimiento de la red en casos problemáticos y los etiqueten con la causa del problema que puedan ser estudiados para encontrar los mejores algoritmos de tratamiento de datos. A pesar de esto, se han propuesto soluciones basadas en la Inteligencia Artificial (IA) para la diagnosis, tomando como punto de partida la limitada información disponible. Estos algoritmos a su vez necesitan ser entrenados con datos realistas. Nuevamente, dado que no hay bases de datos de problemas reales, los datos de entrenamiento suelen ser extraídos de simulaciones, lo cual les quita realismo. La causa de la falta de datos es que los expertos en resolución de problemas no registran los casos conforme los van solucionando. En el ambiente competitivo en el que trabajan, su tiempo es un recurso limitado que debe ser utilizado para resolver problemas y no para registrarlos. En el caso en que tales bases de datos fueran recogidas, un aspecto importante a tener en cuenta es que el volumen, variabilidad y velocidad de generación de los datos hacen que éste sea considerado un problema Big Data. El problema principal de los sistemas de diagnosis automática es la falta de conocimiento experto. Para resolver esto, el conocimiento experto debe convertirse a un formato utilizable. Este proceso se conoce como adquisición del conocimiento. Hay dos aproximaciones a la adquisición del conocimiento: manual(a través de entrevistas o con la implicación de los expertos en el desarrollo) o a través de la analítica de datos (minería de datos en bases de datos que contienen el resultado del trabajo de los expertos). Esta tesis estudia la aproximación de la analítica de datos, utilizando las técnicas KDD (Knowledge Discovery and Datamining). Para que esta aproximación pueda ser utilizada, se requiere la existencia de una base de datos de casos reales de fallo, lo cual es un gran desafío. La visión general de esta tesis es una plataforma en la que cada vez que un experto diagnostica un problema en la red, éste puede reportarlo con un esfuerzo mínimo y almacenarlo en el sistema. La parte central de este sistema es un algoritmo de diagnosis (en esta tesis un controlador de lógica borrosa) que evoluciona y mejora aprendiendo de cada nuevo ejemplo, hasta llegar al punto en el que los expertos pueden confiar en su precisión para los problemas más comunes. Cada vez que surja un nuevo problema, se añadirá a la base de datos del sistema, incrementando así aún más su potencia. El fin es liberar a los expertos de tareas repetitivas, de modo que puedan dedicar su tiempo a desafíos cuya resolución sea más gratificante. Por tanto, el primer objetivo de esta tesis es la colección de una base de datos de casos reales de fallos. Para ello, se diseña una interfaz de usuario para la recolección de datos teniendo en cuenta como requisito prioritario la facilidad de uso. Una vez que se dispone de datos recogidos, se analizarán para comprender mejor sus propiedades y obtener la información necesaria para el diseño de los algoritmos de analítica de datos. Otro objetivo de esta tesis es la creación de un modelo de fallos de LTE, encontrando las relaciones entre el rendimiento de la red y la ocurrencia de los problemas. La adquisición del conocimiento se realiza mediante la aplicación de algoritmos de analítica sobre los datos recogidos. Se diseña un proceso KDD que extrae los parámetros de un controlador de lógica borrosa y se aplica sobre la base de datos recogida. Finalmente, esta tesis también tiene como objetivo realizar un análisis de los aspectos Big Data de las funciones Self-healing, y tenerlos en cuenta a la hora de diseñar los algoritmos