Expertise-Enhanced Machine Learning for Failure Detection on Field-Deployed Optical Modules

计算机科学 故障检测与隔离 领域(数学) 预处理器 决策树 故障树分析 范围(计算机科学) 可靠性工程 人工智能 机器学习 数据挖掘 工程类 数学 纯数学 执行机构 程序设计语言
作者
Chunyu Zhang,Sun Zhiming,Weijie Yang,Bing Ye,Min Zhang,Danshi Wang
出处
期刊:Journal of Lightwave Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:43 (1): 137-154
标识
DOI:10.1109/jlt.2024.3445885
摘要

The health state of optical modules is crucial for ensuring the stable and reliable operation of optical transport networks (OTNs). Recently, data-driven techniques have shown immense potential in failure detection within optical networks. However, in practical OTNs, failures in field-deployed optical modules are rare events, leading to a scarcity of fault samples while normal samples are relatively abundant, which significantly limits the accuracy of data-driven models. Moreover, although the domain of field-deployed optical module failures is rich in expertise, this knowledge is often highly abstract and specialized, making it difficult to convert into a form understandable by computers, and manual data labeling by experts is costly. To address these challenges, this study innovatively proposes an expertise-enhanced failure detection scheme. This scheme ingeniously embeds expertise into the data preprocessing stage of the data-driven modeling, effectively combining the advantages of expertise and data-driven methods, significantly enhancing the performance of failure detection. Specifically, we employ decision tree algorithms to successfully solidify expertise into computationally understandable decision tree models, enabling the effective extraction and intuitive representation of expertise, expanding the application scope of expertise in failure detection. The experiments are validated using field-deployed optical module dataset managed by network operators. The results demonstrate the effectiveness of the expertise-enhanced method in improving detection performance with limited fault samples. Additionally, by testing the impact of varying fault sample quantities on model detection results, we explore the potential limitations of the expertise-enhanced method in field-deployed optical module failure detection, providing valuable insights for its practical application.
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