Detección de condición falla de encolamientos de cambios de estado de móviles prepago a través de divergencia de Kullvack-Leibler

Abstract

La industria de telefonía móvil de prepago chilena concentra al 70% de los clientes móviles de los principales operadores en el país. Este servicio utiliza un proceso de descuento y abono en línea que permite rebajar en forma casi instantánea los créditos consumidos al utilizar los servicios de voz y datos habilitados en el terminal, y abonar el crédito correspondientes cuando se hace aplica una recarga prepagada, que son las operaciones más habituales que se aplican para cambiar el estado de operación de un terminal móvil prepago. La dinámica de estas transiciones depende de manera íntima de la operatividad del sistema computacional que administra y ejecuta estos cambios. Su arquitectura, del tipo servidor-cola de comandos, utiliza una filosofía first-in first-out (FIFO) para procesar cada comando asociado a la transición de estado que debe aplicarse sobre cada terminal de la red. Este sistema de administración de comandos puede colapsar si la demanda por cambios de estado aumenta en forma repentina y supera la capacidad de procesamiento del servidor. Ello tiene como consecuencia un aumento desmedido del tamaño de la cola de comandos, lo que a su vez, puede originar problemas en las prestaciones de telecomunicaciones dentro de la red y pérdidas monetarias al operador al dejar fuera de línea el sistema de cobro. Este fenómeno, que se denomina encolamiento, es controlado en los sistemas comerciales utilizando alarmas por umbral, las que indican a los administradores del sistema la necesidad de activar las contramedidas necesarias para restablecer el correcto funcionamiento del sistema. Sin embargo, el valor de este umbral es fijado sin utilizar necesariamente criterios de optimalidad de desempeño, lo que reduce la eficiencia en la operación técnica y comercial del servicio. La hipótesis de trabajo de esta investigación es que el uso un umbral ``duro'' puede ser mejorado al emplear un enfoque que incorpore la historia del proceso que describe la longitud de la cola de comandos, como el basado en las distribuciones de probabilidad de las condiciones de operación normal y de encolamiento. Para validar esta conjetura, se diseñó un detector de encolamientos basado en la divergencia de Kullback-Leibler, la que permite comparar la distribución instantánea de las observaciones con las correspondientes a la condición de operación normal y de encolamiento. La metodología empleada para validar esta tesis se basó en la simulación computacional de las transiciones de estado descrita mediante el uso de una cadena de Markov de 3 estados, que se utilizó para cuantificar la operación del detector y compararla con las métricas asociadas a la detección dura mediante umbrales. Las métricas de desempeño empleadas fueron el porcentaje de errores de tipo I (no detección) y de tipo II (falso positivo), las cuales fueron calculadas en forma empírica en ambos detectores. Además, el funcionamiento del detector fue validado con datos reales de operación a partir de un registro de 14 meses de observaciones. Los resultados obtenidos avalan la hipótesis planteada, en el sentido que se observaron mejoras de desempeño de hasta un 60% en la detección de encolamiento y un 85% en la disminución de falsos positivos al comparar el detector de Kullback-Leibler con aquellos basados en umbral. En este sentido, estos resultados constituyen un avance importante en el aumento de la precisión y confiabilidad de detección de condiciones de fallas que justifica la incorporación de esta nueva estrategia en el ambiente de operaciones de una empresa de telecomunicaciones. Además, la hace eventualmente extensible a procesos controlados a través de colas.