Algoritmos de decisión para priorizar las acciones de restauración en el mantenimiento de redes

221 Pages·2016·5.95 MB·Spanish

by  Martín J. Alarcón

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRÓNOMOS
PROGRAMA DE DOCTORADO: TECNOLOGÍA AGROAMBIENTAL

TESIS DOCTORAL:
ALGORITMOS DE DECISIÓN PARA
PRIORIZAR LAS ACCIONES DE
RESTAURACIÓN EN EL MANTENIMIENTO
DE REDES

AUTOR:
MARTÍN JAVIER ALARCÓN MONDÉJAR
Ingeniero de Telecomunicación

DIRECTORES:
JUAN BAUTISTA GRAU OLIVÉ
Doctor Ingeniero Agrónomo
DIEGO ANDINA DE LA FUENTE
Doctor Ingeniero de Telecomunicación

Madrid. Enero 2016
ALGORITMOS DE DECISIÓN PARA PRIORIZAR LAS ACCIONES DE RESTAURACIÓN EN EL MANTENIMIENTO DE REDES
ALGORITMOS DE DECISIÓN PARA PRIORIZAR LAS ACCIONES DE RESTAURACIÓN EN EL MANTENIMIENTO DE REDES

RESUMEN:
En la actualidad, cualquier compañía de telecomunicaciones que posea su propia red debe afrontar el
problema del mantenimiento de la misma. Ofrecer un mínimo de calidad de servicio a sus clientes
debe ser uno de sus objetivos principales. Esta calidad debe mantenerse aunque ocurran incidencias en
la red.
El presente trabajo pretende resolver el problema de priorizar el orden en que se restauran los cables,
caminos y circuitos, dañados por una incidencia, dentro de una red troncal de transporte perteneciente
a una operadora de telecomunicaciones.
Tras un planteamiento detallado del problema y de todos los factores que influirán en la toma de
decisión, en primer lugar se acomete una solución basada en Métodos Multicriterio Discretos,
concretamente con el uso de ELECTRE I y AHP. A continuación se realiza una propuesta de solución
basada en Redes Neuronales (con dos aproximaciones diferentes al problema). Por último se utiliza un
método basado en la Optimización por Enjambre de Partículas (PSO), adaptado a un problema de
permutación de enteros (ordenación), y con una forma particular de evaluar la mejor posición global
del enjambre.
Complementariamente se realiza una exposición de lo que es una empresa Operadora de
telecomunicaciones, de sus departamentos y procesos internos, de los servicios que ofrece, de las
redes sobre las que se soportan, y de los puntos clave a tener en cuenta en la implementación de sus
sistemas informáticos de gestión integral.

PALABRAS CLAVE:
Red de Telecomunicación, Sistemas de Gestión, Teoría de la decisión, Métodos Multicriterio,
ELECTRE, AHP, Redes Neuronales, PSO.

RESUMEN
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ABSTRACT:
Nowadays, any telecommunications company that owns its own network must face the problem of
maintaining it (service assurance). Provide a minimum quality of service to its customers must be one
of its main objectives. This quality should be maintained although any incidents happen to occur in the
network.
This thesis aims to solve the problem of prioritizing the order in which the damaged cables, trails, path
and circuits, within a backbone transport network, should be restored.
This work begins with a detailed explanation about network maintenance issues and all the factors that
influence decision-making problem. First of all, one solution based on Discrete Multicriteria methods
is tried (ELECTRE I and AHP algorithms are used). Also, a solution based on neural networks (with
two different approaches to the problem) is analyzed. Finally, this thesis proposes an algorithm based
on Particle Swarm Optimization (PSO), adapted to a problem of integers permutation, and a particular
way of evaluating the best overall position of the swarm method.
In addition, there is included an exhibition about telecommunications companies, its departments,
internal processes, services offered to clients, physical networks, and key points to consider when
implementing its integrated management systems.

KEYWORDS:
Telecommunication Networks, Management Systems, Decision Theory, Multicriteria Decision
Methods, ELECTRE, AHP, Neural Networks, PSO.
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LISTADO DE PUBLICACIONES
Publicaciones en revista con índice de impacto JCR:
Andina D, Torres-Alegre S, Alarcón MJ, Seijas JI, De-Pablos-Alvaro M. “Robustness of Artificial Metaplasticity
Learning Algorithm” Neurocomputing Edita: Elsevier 3 March 2015, Vol 151-1 pp. 49-54 - . ISSN 0925-2312.. ISI
Journal Citation Reports® Ranking: 2014: 36/123 (T1, Q2). Computer Science, Artificial Intelligence. Impact
Factor (2014): 2,083. doi: 10.1016/j.neucom.2014.07.075

Capítulos de libro de prestigio Internacional:
Andina D, Vega-Corona A, Seijas JI and Alarcón MJ. “Application of Neural Networks” Computational
Intelligence for Engineering and Manufacturing. Springer-Verlag, Alemania, 1ª edición febrero 2007, segunda
edición 23 de noviembre 2009. Hardcover, Softcover & Kindle edition 212 págs. ISBN 10: 0387374507, ISBN 13:
9780387374505 (HB), ISBN-13978-0-387-37452-3, 13978-0-387-37452-9 (e-book).
Distribuído en los principales canales de distribución de libros científicos, incluyendo las principales editoriales de
venta on-line del mundo (Amazon, Barnes&Noble, AllBookStores, etc.)

Congresos Internacionales Clasificados (CiteSeer.IST, CORE, CSCR, EI Compendex, WoS, DBLP,
ZBlMath/CompuServe, IO-Port, ACM Portal, IEEE Xplore, Scopus, INSPEC, CSRC, etc).
J. Sánchez, J.A. Lozano, M. J. Alarcón, V. Postigo. "Achieving interoperability in a multivendor SDH network".
Fifth IFIP/IEEE International Symposium on Integrated Network Management. 1996.
J. Sánchez, J.A. Lozano, M. J. Alarcón, V. Postigo. "Qsn: a Model to the Network-Service Interface". Proc. Of
1998 IEEE/IFIP Network Operations and Management Symposium. Nueva Orleans (E.E.U.U.). Fecha: 20/02/1998.
Andina D, Alarcón MJ. "A Neural Network as Rank Detector", Proc. of VIII Latin American Congress on Automatic
Control and XIII Congress of the Chilean Association on Automatic Control, Vol I, pp. 201-205, Viña del Mar, Chile,
Noviembre 1998.
Alarcón MJ, Torres-Alegre S, Andina D. "Behavior of a Binary Detector based on an ANN Digital Implementation
in the presence of SEU Simulations", Publicación invitada en Proc. of III World Multiconference on Systemics,
Cybernetics and Informatics (SCI'99) and 5th International Conference on Information Systems Analysis and
Synthesis (ISAS'99) , Vol 3, pp. 616-619, Orlando, Florida, USA, Julio-Agosto, 1999.
Alarcón, M.J.; Grau, J.B.; Torres, J. "Application of ELECTRE I Method to Restoration Actions in
Telecommunication Network Maintenance". Proc. of 2007 IEEE International Symposium on Industrial Electronics.
ISIE 2007. Vol. I, pp.3430-3434, 4-7. Vigo. Junio 2007.
Alarcón MJ, Zorzano FJ, Jevtić A, Andina D. “Telecommunications Network Planning and Maintenance”, The
12th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics: WMSCI 2008, Vol VIII, pp 64-68 .
Orlando, USA, junio 2008. ISBN. 1-934272-30-2.
Andina D, Marcano AE, Torres J, Alarcón M. “Testing Artificial Metaplasticity in MLP Applications”. Proc. of
the 2009 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, pp 4361-4366. San Antonio, TX, USA
11-14th October 2009. IEEE Catalog Number: . ISBN: . Library of Congress:. Índice EIC: 0,55.
PUBLICACIONES
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Alarcón, M.J.; Andina, D.; Grau, J.B.; Torres, J., "Service Assurance in Fixed Broadband Access Networks". 49th
Federation of Telecommunications Engineers of The European Union (Fitce) Congress (2010). Santiago de
Compostela. September 2010.

Otras publicaciones:
Juan Carlos Viana Infante, Martín J. Alarcón Mondéjar. "Hacia la gestión integrada de los datos de la planta".
Artículo de la revista Comunicaciones de Telefónica I+D. Clave: A. ISSN: 1130-4693. Volumen: 18. Páginas: 45-53.
Fecha: 1/06/2000.

PUBLICACIONES
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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN.................................................................................................................................. 15
1.1. Objetivo ........................................................................................................................................ 16
1.2. Estado del arte ............................................................................................................................. 18
1.3. Estructura del documento ............................................................................................................ 18
2. PROBLEMÁTICA DE LOS GRANDES SISTEMAS ............................................................................. 21
2.1. Operadora de Telecomunicación ................................................................................................ 21
2.2. Descripción de las redes y servicios ........................................................................................... 21
2.2.1. Canalizaciones y Planta exterior......................................................................................... 22
2.2.2. Red Troncal de Transporte ................................................................................................. 26
2.2.3. Red de Acceso .................................................................................................................... 28
2.2.4. Servicios de Telecomunicación .......................................................................................... 30
2.3. Procesos de Negocio ................................................................................................................... 31
2.4. Departamentos y procesos internos. Visión Clásica ................................................................... 32
2.4.1. Diseño y prospección tecnológica ...................................................................................... 35
2.4.2. Planificación y Programación de Obras .............................................................................. 36
2.4.3. Instalaciones (Creación de Red)......................................................................................... 36
2.4.4. Provisión ............................................................................................................................. 37
2.4.5. Supervisión ......................................................................................................................... 37
2.4.6. Operación y Mantenimiento ................................................................................................ 37
2.5. Procesos internos. Enfoque eTOM ............................................................................................. 38
2.5.1. Estrategia y Compromiso .................................................................................................... 41
2.5.2. Gestión del ciclo de vida de la Infraestructura .................................................................... 41
2.5.3. Gestión del ciclo de vida del Producto ................................................................................ 41
2.5.4. Soporte a la Operación y Puesta en marcha ...................................................................... 42
2.5.5. Provisión ............................................................................................................................. 43
2.5.6. Mantenimiento..................................................................................................................... 44
2.5.7. Facturación ......................................................................................................................... 44
2.6. Sistemas de Gestión .................................................................................................................... 45
2.6.1. Integración de sistemas ...................................................................................................... 46
2.6.2. Claves para una integración con éxito ................................................................................ 47
2.7. Inventariado de datos .................................................................................................................. 49
2.7.1. La importancia de los datos ................................................................................................ 50
2.7.2. Centralizados / Distribuidos ................................................................................................ 51
2.7.3. Replicación de datos ........................................................................................................... 54
2.7.4. Idioma común ...................................................................................................................... 57
2.7.5. Identificadores. Traducción de datos. ................................................................................. 58
2.7.6. Tablas de “catálogos” o “diccionarios” ................................................................................ 60
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2.8. Tiempo de desarrollo .................................................................................................................... 62
2.9. Las decisiones en el entorno empresarial.................................................................................... 64
2.10. Aplicación a otros entornos similares ........................................................................................... 65
3. TEORÍA DE LA DECISIÓN ................................................................................................................... 69
3.1. Decisión Multicriterio Continuo ..................................................................................................... 70
3.2. Decisión Multicriterio Discreto ...................................................................................................... 71
3.2.1. Normalización de valores .................................................................................................... 72
3.2.2. Asignación de Pesos ........................................................................................................... 72
3.2.3. Panorámica de los métodos de Decisión Multicriterio Discreto .......................................... 73
3.2.4. Métodos ELECTRE ............................................................................................................. 77
3.2.5. Método ELECTRE I ............................................................................................................. 79
3.2.6. Aspectos clave de ELECTRE I ............................................................................................ 81
3.2.7. Método AHP ........................................................................................................................ 82
3.2.8. Método PROMETHEE ......................................................................................................... 83
3.3. Redes Neuronales Artificiales ...................................................................................................... 86
3.3.1. Composición de una red neuronal....................................................................................... 87
3.3.2. Entrenamiento de una red neuronal .................................................................................... 89
3.4. Métodos SWARM ......................................................................................................................... 91
3.4.1. Optimización por Enjambre de Partículas ........................................................................... 91
4. ESTADO DEL ARTE EN LOS PROCESOS DE MANTENIMIENTO ................................................... 97
4.1. Soluciones adoptadas en las Operadoras ................................................................................... 97
4.2. Software de Gestión de Red ........................................................................................................ 99
4.2.1. Productos ............................................................................................................................. 99
4.2.2. Elección de un producto comercial.................................................................................... 104
4.3. Compañías de servicios de integración ..................................................................................... 105
5. ALGORITMOS PROPUESTOS PARA LA PRIORIZACIÓN DE ACCIONES DE MANTENIMIENTO107
5.1. Planteamiento del problema....................................................................................................... 107
5.2. Objetivo ...................................................................................................................................... 109
5.3. Información considerada ............................................................................................................ 109
5.4. Aplicación del Método Multicriterio Electre I .............................................................................. 115
5.4.1. Criterios ............................................................................................................................. 115
5.4.2. Alternativas ........................................................................................................................ 117
5.4.3. Cuantificación de los criterios ............................................................................................ 120
5.4.4. Estrategia de aplicación del Método.................................................................................. 125
5.4.5. Ejemplo de aplicación con datos reales ............................................................................ 126
5.4.6. Mediciones ......................................................................................................................... 130
5.4.7. Conclusiones particulares ELECTRE ................................................................................ 132
5.5. Aplicación de método Multicriterio AHP ..................................................................................... 133
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5.5.1. Mediciones ........................................................................................................................ 136
5.5.2. Conclusiones particulares AHP ........................................................................................ 137
5.6. Aplicación de métodos basados en Redes Neuronales ............................................................ 137
5.6.1. Opción A: Las salidas son alternativas de ordenación ..................................................... 138
5.6.2. Opción B: La salida es el orden de cada circuito .............................................................. 143
5.6.3. Entrenamiento y simulaciones .......................................................................................... 146
5.6.4. Influencia del número de redes y sus nodos .................................................................... 149
5.6.5. Conclusiones particulares del método .............................................................................. 156
5.7. Aplicación de método basado en PSO ...................................................................................... 157
5.7.1. Ejecución de las iteraciones paso a paso ......................................................................... 161
5.7.2. Mediciones ........................................................................................................................ 171
5.7.3. Conclusiones particulares ................................................................................................. 175
6. COMPARATIVA DE RESULTADOS DE LOS ALGORITMOS USADOS .......................................... 177
6.1. Condiciones del entorno de pruebas ......................................................................................... 177
6.2. Comparativa de algoritmos con las mismas alternativas .......................................................... 180
6.3. Comparativa por criterios aislados ............................................................................................ 183
6.4. Comparativa conjunta. Aplicación de PROMETHEE ................................................................ 188
6.4.1. Establecimiento de umbrales de preferencia por cada criterio ......................................... 188
6.4.2. Pesos de los criterios ........................................................................................................ 191
6.4.3. Valores de los flujos obtenidos ......................................................................................... 191
6.4.4. Resultados finales de la comparación de los métodos..................................................... 195
7. RESUMEN Y CONCLUSIONES ........................................................................................................ 201
7.1. Una decisión, múltiples opciones .............................................................................................. 201
7.2. Explicación de los resultados obtenidos y sus limitaciones ...................................................... 202
7.2.1. Criterios que gobiernan la evaluación de las soluciones .................................................. 203
7.2.2. PSO, la mejor opción ensayada ....................................................................................... 204
7.3. Líneas futuras de trabajo ........................................................................................................... 206
7.4. Principales aportaciones realizadas .......................................................................................... 207
8. GLOSARIO ......................................................................................................................................... 209
9. REFERENCIAS .................................................................................................................................. 213

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