MINERAÇÃO DE DADOS DAS GERÊNCIAS DE TELECOMUNICAÇÕES: UMA NOVA ABORDAGEM NA GERÊNCIA DE FALHAS

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1 SNPTEE SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA GTL a 24 Outubro de 2003 Uberlândia - Minas Gerais GRUPO XVI GRUPO DE ESTUDO DE TELECOMUNICAÇÕES EM SISTEMAS DE POTÊNCIA - GTL MINERAÇÃO DE DADOS DAS GERÊNCIAS DE TELECOMUNICAÇÕES: UMA NOVA ABORDAGEM NA GERÊNCIA DE FALHAS Hélio Burle de Menezes* CHESF Alfredo Antônio Pereira Teixeira CHESF RESUMO O artigo apresenta uma nova abordagem para o armazenamento e utilização dos dados registrados nas diversas gerências de falhas dos sistemas de Telecomunicações da CHESF. Estes dados são agregados, concatenados com suas tarjas de tempo e, finalmente, armazenados em um Data Warehouse, permitindo tratamento a posteriori. Neste enfoque é, agora, possível, fazer a pesquisa da causa raiz de determinada ocorrência. Um outro objetivo é aplicar um processo de Data Mining para descobrir, nos dados, correlações entre eventos e padrões de falhas que permitam a identificação antecipada de defeitos, antes que eles afetem os usuários dos nossos serviços. O alvo final do sistema que buscamos desenvolver é um portal de controle no qual, especialistas, gerentes e usuários possam ter, em tempo real, e na visão específica de suas necessidades, a avaliação da confiabilidade e desempenho dos sistemas de Telecomunicações. PALAVRAS-CHAVE Gerência de Telecomunicações, Mineração de dados, Monitoramento, Tratamento de dados INTRODUÇÃO No final da década de 80, com a rápida difusão da micro-informática, decorrente da redução de custos do hardware, e da possibilidade de se construírem redes de computadores a um custo bastante accessível, a área de manutenção vislumbrou uma nova e promissora realidade: o monitoramento permanente dos equipamentos e sistemas. Esta estratégia, no enfoque da manutenção, consiste na implementação de rotinas automáticas de supervisão e de diagnóstico remoto. Com o monitoramento, não só o controle mas, sobretudo, uma melhor direção das ações de manutenção, é possível, onde o suporte e auxílio aos executores de campo pode ser constantemente apoiado por uma equipe de especialistas, disposta em um centro de supervisão. Os sistemas de Telecomunicações, por sua própria concepção, foram os primeiros a incorporar ferramentas neste sentido: as Gerências de Telecomunicações, consolidando a figura da Operação de Sistemas de Telecomunicações. Algumas das diretrizes originais do monitoramento, no entanto, sofreram significativas modificações. Uma nova visão, apontada por diversos fornecedores de sistemas, indicava o fim da manutenção. Isto fez com que boa parte do pessoal de Engenharia de Manutenção fosse alijado do seu processo natural de evolução e ficasse confinado a cuidar apenas dos sistemas antigos, enquanto estes durassem. O fato é que, mesmo nos novos e sofisticados sistemas de hoje, a manutenção ainda é indispensável. A orientação às equipes executivas de campo, entretanto, nunca foi vista como uma função da Operação de Telecomunicações, principalmente nas empresas de energia elétrica, nas quais o seu modelo de organização vem do sistema elétrico, onde esta atividade e a manutenção são, historicamente, totalmente separadas. O direcionamento das equipes executivas de manutenção passou a ser um novo negócio dos fornecedores de sistemas de Telecomunicações, feito em um primeiro momento via telefone, e, via de regra, a um alto custo. É bom considerar, ainda, que este suporte telefônico é feito por profissionais que não estão familiarizados com as especificidades de cada empresa. * Rua Delmiro Gouveia, 333 Anexo 2 Sal A CEP Recife - PE - BRASIL Tel.: (081) Fax: (081) helio@chesf.gov.br

2 2 Buscando incorporar as diretrizes originais do monitoramento aos atuais sistemas de gerência de Telecomunicações foi concebido um projeto de pesquisa e desenvolvimento, submetido e aprovado na ANEEL. O projeto visa concatenar os dados das diversas gerências de falhas existentes na empresa e desenvolver uma ferramenta para previsão automática de falhas a partir do histórico das ocorrências e da condição atual dos alarmes e sinalizações, permitindo o direcionamento on-line da manutenção executiva. Espera-se, como resultado final, identificar, antecipadamente, as falhas potenciais, corrigindo os problemas em tempos mais curtos e, preferencialmente, antes que o usuário seja afetado. com uso da tecnologia OPEN DATABASE CONNECTIVITY (ODBC). O sistema permite ainda acesso SQL (STRUCTURED QUERY LANGUAGE). A Figura 1 mostra o esquema de armazenamento de dados da Gerência de Rede de Longa Distância GERÊNCIA DE TELECOMUNICAÇÕES CHESF Os Sistemas de Telecomunicações da CHESF fazem uso de diversos sistemas de gerenciamento, cada um deles associado a uma determinada rede de comunicação, conforme relacionado a seguir: Rede de Longa Distância WAN Rede de Transmissão PDH Rede de Transmissão SDH Óptica Rede de Transmissão SDH Rádio Rede de Comutação Cada um destes sistemas implementa as cinco funções de gerência: [1] Falha [2] Desempenho [3] Configuração [4] Segurança [5] Tarifação A discussão aqui, por conta dos objetivos estabelecidos: 1) determinação da causa raiz de uma ocorrência; e 2) identificação antecipada de padrões de falha, será focada na Gerência de Falhas. A Gerência de Desempenho, cuja importância na previsão de falhas é relevante, não foi, ainda, tratada no atual estágio de desenvolvimento do nosso projeto. Desta forma, não discutiremos os detalhes de sua integração no data warehouse neste artigo. A seguir fazemos uma breve exposição das características de cada gerência de falhas que foi tratada no projeto. FIGURA Gerência da Rede de Transmissão PDH Responsável pela supervisão dos equipamentos SIEMENS que estão associados à transmissão na Hierarquia Digital Plesiócrona PDH. O software utilizado para o gerenciamento é o EM-OS (T) EQUIPMENT MANAGEMENT-OPERATION SYSTEM - desenvolvido pela SIEMENS e executado sobre o sistema operacional HP-UX. Os arquivos gerados automaticamente pelo EM-OS (T) possibilitam o tratamento dos dados por outros sistemas. São arquivos-texto, do tipo TXT, e obedecem as seguintes classificações: TELESIGNAL_aaaamm arquivo com os telessinais registrados no mês mm do ano aaaa TELECOMMAND_aaaamm arquivo com os telecomandos efetuados no mês mm do ano aaaa. A Figura 2 a seguir mostra o esquema de armazenamento de dados da Gerência de Rede de Transmissão PDH. 2.1 Gerência da Rede de Longa Distância Supervisiona os componentes principais da WAN (roteadores, comutadores ethernet e concentradores) que na sua imensa maioria são de fabricação NORTEL NETWORKS. O programa de gerência é o OPTIVITY ENTERPRISE também da NORTEL, executado sobre a plataforma OPENVIEW da HP, que por sua vez é suportada pelo sistema operacional HP-UX. Os eventos registrados na gerência são exportados automaticamente para uma base de dados DATA WAREHOUSE a fim de que possam ser manipulados FIGURA 2

3 3 2.3 Gerência da Rede de Transmissão Óptica SDH É quem controla os equipamentos SIEMENS que fazem parte da transmissão na Hierarquia Digital Síncrona SDH. Chamado EM-OS (SDH), também se apóia no HP-UX para execução e exporta, de forma não automática, arquivos TXT para tratamento externo. Na Figura 3 está o esquema de armazenamento de dados da Gerência de Rede de Transmissão SDH. 2.5 Gerência da Rede de Comutação Supervisiona as centrais de comutação telefônica HICOM, de fabricação SIEMENS. O programa que faz o gerenciamento é o DMS DOMAIN MANAGEMENT SYSTEM que roda sobre o sistema operacional SINIX, um UNIX desenvolvido pela SIEMENS. Para que os eventos sejam sinalizados para o operador, o DMS envia-os para um outro software, o PBX-MANAGER e mais uma vez a dupla OPENVIEW/HP-UX entra em ação, visto que o PBX- MANAGER também trabalha amparado nela. O processo de exportação dos dados é idêntico ao da WAN, o que dispensa outros comentários. O diagrama da Gerência de Comutação pode ser visto na Figura 6 a seguir. FIGURA Gerência da Rede de Transmissão Rádio SDH Gerencia os dispositivos da ALCATEL que constituem o sistema SDH via rádio. Segue configuração semelhante à Gerência da WAN pois também é suportado pelo conjunto OPENVIEW/HP-UX. Constitui-se de dois módulos: 1353SH; que faz o controle dos elementos de rede dos equipamentos de transmissão. 1354RM; responsável pela gerência de rede. A Figura 4 a seguir mostra o esquema de armazenamento de dados da Gerência de Rede de Transmissão SDH, via Rádio Digital da ALCATEL. FIGURA PROJETO DA DATA WAREHOUSE O data warehouse tem por objetivo coletar, organizar e permitir a manipulação das informações (alarmes, comandos, medidas etc) oriundas dos Sistemas de Gerência do SISTEMA DE TELECOMUNICAÇÕES CORPORATIVO DA CHESF STCC. O sistema realiza as seguintes tarefas: 3.1 Requisitos para exportação e importação de dados Todos os registros gerados pelas diversas Gerências deverão ser exportados das mesmas de forma automática. Igualmente automática, é a coleta e armazenamento (na base de dados ORACLE) dos dados exportados. Até o momento ainda não foi possível automatizar o processo no caso da Gerência de Transmissão SDH da ALCATEL. Esta dificuldade era esperada, uma vez que este sistema foi recentemente meados de FIGURA 4

4 4 integrado à exploração comercial, estando neste momento em Período de Funcionamento Experimental. 3.2 Organização dos dados Por se originarem de sistemas diversos, as informações são organizadas dentro da base ORACLE, seguindo parâmetros estabelecidos pela CHESF. Dentre outros podemos mencionar: tipo de equipamento (rádio, central, roteador etc) severidade do alarme (majoritário, minoritário, alerta etc) dia, hora e local do evento 3.3 Disponibilização de consultas e relatórios Fazendo uso de uma interface Homem-Máquina amigável, tipo WINDOWS, o sistema proporciona plena interação com a base de dados concatenadas, permitindo, através de consultas diretas à mesma, o tratamento das informações, bem como a emissão de relatórios que possam ser customizados pelo usuário. FIGURA 6 O diagrama mostrado na Figura 6 resume a idéia que buscamos implementar no projeto do data warehouse. 3.4 O sistema implamentado A decisão em utilizar a base de dados ORACLE foi dominada pelo fato de diversos outros sistemas da CHESF já estarem seguindo este padrão. Isto, no entanto, foi vantajoso para o nosso projeto, pois nos permitiu utilizar a ferramenta ORACLE Discoverer como interface entre o banco de dados e os usuários. Esta ferramenta, em última análise, é bem mais poderosa e flexível que o sistema de interface inicialmente previsto. O ORACLE Discoverer é, na realidade, uma ferramenta OLAP - On-Line Analytical Processing, permitindo uma série de análises e consultas que podem ser dinamicamente ajustadas, a partir das interações e necessidades do usuário. A Figura 8 mostra uma das telas do ORACLE Discoverer desenvolvidas para o nosso projeto.: FIGURA IDENTIFICAÇÃO DO PADRÃO DE FALHA Definida e implementada a base de dados, o principal objetivo do projeto é realizar sua exploração, buscando extrair toda informação relevante, relativa às ocorrências registradas. Correlações entre eventos, principalmente quando se apresentam de forma lenta, são fenômenos difíceis de serem percebidos pelo operador (humano) de telecomunicações, mas podem ser fundamentais para a previsão de falhas. Também nesta categoria se enquadram alguns padrões de falha que, precocemente, podem gerar alguns efeitos não fortemente impactantes nos sistemas de telecomunicações, mas que indicam, com grande grau de certeza que um processo de degradação está instalado e em desenvolvimento. Em um primeiro momento, eventuais alarmes podem não ser classificados como críticos e passarem despercebidos aos olhos dos operadores. Em algum ponto no futuro, a evolução do problema afetará catastroficamente determinado serviço, e a correlação entre os eventos jamais será registrada. Para superar este problema e buscar a identificação dos padrões de falhas, aplica-se um processo de Mineração de Dados (Data Mining, do inglês) ao data warehouse construído. Mineração de dados (Data Mining - DM) é o processo de extração de conhecimento embutido nos dados observados no problema que se pretende atacar; previsão de falhas, no nosso caso. Na realidade, Mineração de Dados faz parte de um processo mais abrangente chamado Extração de Conhecimento a partir de Bases de Dados (Knowledge Discovery from Databases - KDD). A extração de conhecimento envolve a preparação da base de dados (Data Wharehousing - DW), a mineração propriamente dita e as consultas aos dados (On-line Analytical Processing - OLAP) e ao conhecimento (On-line Analytical Mining - OLAM). A mineração de dados, mais especificamente, faz uso de técnicas da Inteligência Computacional tais como estatística, redes neurais, algoritmos genéticos, lógica difusa/nebulosa e inteligência artificial simbólica para realizar atividades de agrupamento (identificação

5 5 de grupos de indivíduos/registros que têm perfis semelhantes), regressão (estimação de valores contínuos na resposta do sistema), classificação (decisão do sistema com resposta no domínio discreto) e extração de regras (descoberta de relações entre variáveis e respostas do sistema). Todas estas técnicas são aplicadas visando minimizar os erros cometidos no processo decisório. A utilização da ferramenta de mineração de dados nos permite contar com os seguintes resultados: Definição de uma política de manutenção eficiente, centrada na confiabilidade instantânea dos sistemas de Telecomunicações e voltada para ações preferencialmente preditivas, com base em uma estratégia eficaz de predição de falhas; Identificação de condições que levem o sistema a situações críticas; Uniformidade do padrão de qualidade da decisão (isento de cansaço, desgaste emocional etc...); Redução dos tempos de indisponibilidade dos serviços de Telecomunicações. A nossa expectativa na previsão de falhas é poder caracterizá-la com uma antecedência de algumas semanas (no mínimo 2 semanas). A periodicidade da coleta dos dados dos sistemas de gerência varia, dependendo do sistema considerado. Existem sistemas cuja exportação dos dados pode ser imediata. Outros só efetuam a exportação uma vez por semana. Embora o processo de antecipação de falhas possa, ainda, ser aplicado nestas condições, é evidente que ele será mais podereso se a exportação de dados for feita em tempo real, que no nosso caso significa uma periodicidade entre 15 a 60 minutos. A construção de um agente (sofware) que efetue esta exportação de forma automática, e em tempo real, será objeto de novo projeto de Pesquisa e Desenvolvimento que submeteremos à ANEEL ainda em REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Dhar, Vasant & Stein, Roger. Seven methods for transforming corporate data into business inteligence. Prentice Hall Inc., USA, COMENTÁRIOS FINAIS O data warehouse está, hoje, concluído, em um projeto no qual trabalhamos com a SYS DESIGN Consultoria, empresa parceira e certificada ORACLE. O software minerador de dados ainda está em desenvolvimento, dentro de um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento, submetido e aprovado na ANEEL, e executado em parceria com a UFPE Universidade Federal de Pernambuco. Sua conclusão está prevista para dezembro de Vale destacar que, apenas com a base de dados concatenada, e contando com a ferramenta ORACLE Discoverer, diversos problemas já podem ser atacados e resolvidos. Como a coleta de dados ainda não é em tempo real, a previsão de falhas ainda não é possível. A caracterização de uma ocorrência e a busca de sua causa raiz, entretanto, já é plenamente viável. [2] [3] [4] Mattinson, Rob. Data warehousing and data mining for telecommunications. Artech House Inc., USA, Parr Rud, Olivia. Data mining cookbook. John Wiley & Sons Inc., USA, Bigus, Joseph P. Data mining with neural networks: solving business problems from application to decision suport. The McGraw Hill Companies, USA, 1996.