The increasing complexity of telecom networks, induced by the recent development of 5G, is a challenge for detecting faults in the telecom network. In addition to the structural complexity of telecommunication systems, data accessibility has become an issue both in terms of privacy and access cost. We propose a method relying on bi-level Federated Graph Neural Networks to identify anomalies in the telecom network while ensuring reduced communication costs as well as data privacy. Our method considers telecom data as a bi-level graph, where the highest level graph represents the interaction between sites, and each site is further expanded to its software (SW) performance behaviour graph. We developed and compared 4G/5G SW Fault Detection models under 3 settings: (1) Centralized Temporal Graph Neural Networks model: we propose a model to detect anomalies in 4G/5G telecom data. (2) Federated Temporal Graph Neural Networks model: we propose Federated Learning (FL) as a mechanism for privacy-aware training of models for fault detection. (3) Personalized Federated Temporal Graph Neural Networks model: we propose a novel aggregation technique, referred to as FedGraph, leveraging both a graph and the similarities between sites for aggregating the models and proposing models more personalized to each site’s behaviour. We compare the benefits of Federated Learning (FL) models (2) and (3) with centralized training (1) in terms of SW performance data modelling, anomaly detection, and communication cost. The evaluation includes both a scenario with normal functioning sites and a scenario where only a subset of sites exhibit faulty behaviour. The combination of SW execution graphs with GNNs has shown improved modelling performance and minor gains in centralized settings (1). In a normal network context, FL models (2) and (3) perform comparably to centralized training (CL), with slight improvements observed when using the personalized strategy (3). However, in abnormal network scenarios, Federated Learning falls short of achieving comparable detection performance to centralized training. This is due to the unintended learning of abnormal site behaviour, particularly when employing the personalized model (3). These findings highlight the importance of carefully assessing and selecting suitable FL strategies for anomaly detection and model training on telecom network data. / Den ökande komplexiteten i telenäten, som är en följd av den senaste utvecklingen av 5G, är en utmaning när det gäller att upptäcka fel i telenäten. Förutom den strukturella komplexiteten i telekommunikationssystem har datatillgänglighet blivit ett problem både när det gäller integritet och åtkomstkostnader. Vi föreslår en metod som bygger på Federated Graph Neural Networks på två nivåer för att identifiera avvikelser i telenätet och samtidigt säkerställa minskade kommunikationskostnader samt dataintegritet. Vår metod betraktar telekomdata som en graf på två nivåer, där grafen på den högsta nivån representerar interaktionen mellan webbplatser, och varje webbplats utvidgas ytterligare till sin graf för programvarans (SW) prestandabeteende. Vi utvecklade och jämförde 4G/5G SW-feldetekteringsmodeller under 3 inställningar: (1) Central Temporal Graph Neural Networks-modell: vi föreslår en modell för att upptäcka avvikelser i 4G/5G-telekomdata. (2) Federated Temporal Graph Neural Networks-modell: vi föreslår Federated Learning (FL) som en mekanism för integritetsmedveten utbildning av modeller för feldetektering. I motsats till centraliserad inlärning aggregeras lokalt tränade modeller på serversidan och skickas tillbaka till klienterna utan att data läcker ut mellan klienterna och servern, vilket säkerställer integritetsskyddande samarbetsutbildning. (3) Personaliserad Federated Temporal Graph Neural Networks-modell: vi föreslår en ny aggregeringsteknik, kallad FedGraph, som utnyttjar både en graf och likheterna mellan webbplatser för att aggregera modellerna. Vi jämför fördelarna med modellerna Federated Learning (FL) (2) och (3) med centraliserad utbildning (1) när det gäller datamodellering av SW-prestanda, anomalidetektering och kommunikationskostnader. Utvärderingen omfattar både ett scenario med normalt fungerande anläggningar och ett scenario där endast en delmängd av anläggningarna uppvisar felaktigt beteende. Kombinationen av SW-exekveringsgrafer med GNN har visat förbättrad modelleringsprestanda och mindre vinster i centraliserade inställningar (1). I en normal nätverkskontext presterar FL-modellerna (2) och (3) jämförbart med centraliserad träning (CL), med små förbättringar observerade när den personliga strategin används (3). I onormala nätverksscenarier kan Federated Learning dock inte uppnå jämförbar detekteringsprestanda med centraliserad träning. Detta beror på oavsiktlig inlärning av onormalt beteende på webbplatsen, särskilt när man använder den personliga modellen (3). Dessa resultat belyser vikten av att noggrant bedöma och välja lämpliga FL-strategier för anomalidetektering och modellträning på telekomnätdata.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-335794 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Bourgerie, Rémi |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:598 |
Page generated in 0.003 seconds