Kontribuutioita itseorganisoituviin verkkoihin ja verkkojen mittaustietojen hallintaan

In the future, the mobile network infrastructure needs to facilitate wireless communication to automate industry processes in many vertical domains. The heterogeneity of domains and use cases need to be addressed by various traffic service types that require new technologies. The management architecture of the upcoming 5G networks should cover flexible cross-platform optimization (both technology and administrative domains) and operator business objectives. The new management aspects combined with the increasing complexity of the mobile network infrastructure denote the necessity of the adaptive automation of operability and management. Along with the 4G, the Self-Organizing Networks (SON) paradigm has been designed and utilized to automate some network management use cases. The challenge in the future network management is the interplay of cross-platform management functionalities in complex 5G networks. Some of the objectives in the network management for operators in deciding the right context-specific solutions are: 1) comparing similar cross-platform SON functions and their configurations, 2) providing linkages of metrics across platforms, 3) providing graphical user interfaces to understand the decisions and actions of autonomic SON functions, and 4) automating the process of modelling SON functions and their metadata. This thesis is conducted by designing, implementing, and evaluating frameworks, models, and methods, that address the aforementioned challenges. The research follows the principles of the design science methodology. User interface functionalities with faceted browsing activities are designed in order to provide flexible information exploration for the user. The other user interface design offers an interactive SON function discovery mechanism for a prototype SON service system and the other provides an ontology-based visualization of the functionality of an individual SON function. The thesis presents semantic models for reasoning-based SON function discovery and composition mechanism and for defining metric dependencies. Statistical methods are developed for mining time series-based event patterns as context-specific metadata for SON functions and for matching network metrics across heterogeneous datasets with a correlation-based method. All the contributions are reflected against the related work and discussed from the viewpoint of practical benefits for network management. The contributions are novel in view of adapting methods from other research areas to the SON and network measurement data management.Tulevaisuuden mobiiliverkkoinfrastruktuurin tulee mahdollistaa langaton viestintä automatisoiduille teollisuusprosesseille monella eri toimialalla. Toimialojen ja käyttötapausten heterogeenisyyden vuoksi tarvitaan uusilla teknologioilla toteutettavia tietoliikennetyyppejä. 5G-verkkojen hallinta-arkkitehtuurin tulee tarjota joustavuutta sekä monen toimialan ja teknologian väliseen optimointiin että operaattoreiden liiketoiminnan tavoitteiden saavuttamiseen. Nämä uudet haasteet verkonhallinnassa sekä verkkojen monimutkaistuminen osoittavat tarpeen automatisoida verkonhallintatoimintoja. 4G-verkkojen myötä määriteltiin itseorganisoituvat verkot (SON), joita hyödynnetään verkonhallintatoimintojen automatisoinnissa. Monimutkaisemmissa 5G-verkoissa tulevaisuuden haasteena kuitenkin on monien toimialojen ja teknologioiden välisten verkonhallintatoiminnallisuuksien yhteistoiminta. Jotta operaattori pystyisi valitsemaan oikeat kontekstisidonnaiset SON-pohjaiset ratkaisut, ovat haasteina muun muassa: 1) vertailla samankaltaisia SON-toimintoja ja niiden konfiguraatioita sovellusalustojen välillä, 2) linkittää mittarit sovellusalustojen välillä, 3) tarjota käyttöliittymät, joiden avulla voidaan ymmärtää autonomisten SON-toimintojen päätökset ja suoritukset ja 4) automatisoida SON-toimintojen ja niiden metadatan mallinnus. Tässä työssä on suunniteltu, toteutettu ja arvioitu viitekehyksiä, malleja ja metodeja, jotka käsittelevät edellä mainittuja haasteita. Tutkimuksessa on noudatettu suunnittelutieteen metodologian periaatteita. Työssä on suunniteltu kaksi fasettihakukäyttöliittymään perustuvaa viitekehystä, jotka tarjoavat käyttäjälle joustavaa ja vuorovaikutteista tiedon tutkimista. Toinen viitekehys tarjoaa vuorovaikutteisen SON-toimintojen hakumekanismin osana kokeellista SON-pohjaista hallintajärjestelmää ja toinen puolestaan vuorovaikutteisen ja ontologiapohjaisen visualisoinnin SON-toiminnolle. Työssä on käytetty semanttisia malleja päättelypohjaiseen SON-toimintojen hakumekanismiin ja määrittelemään riippuvuussuhteita verkonhallinnassa käytettävien mittareiden välillä. Tilastollisia menetelmiä on kehitetty SON-toimintojen metadatan määrittelyä varten (toistuvuuksien louhintaa aikasarjoista) ja vastaavien mittareiden löytämiseen heterogeenisten mittausaineistojen väliltä (korrelaatiopohjainen menetelmä). Työssä esitettyjä kontribuutioita on tarkasteltu suhteessa aiempaan tutkimukseen aiheesta ja pohdittu kontribuutioiden käytännön hyötyjä verkonhallinnassa. Työssä on hyödynnetty muilla tutkimusaloilla käytettyjä menetelmiä ja sovellettu näitä uudella tavalla SON-teknologiaan ja siihen liittyvään mittaustietojen hallintaan