Co m pu t er   Science  a nd   I nfo r m a t io n T ec hn o lo g ies   Vo l.  7 ,   No .   3 ,  No v em b er   20 26 ,   p p .   2 5 6 ~ 2 7 0   I SS N:  2722 - 3 2 2 1 ,  DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /csi t . v 7 i 3 . p 2 5 6 - 2 7 0           256       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s p r ime. co m/in d ex . p h p /csi t   C o nv o lutiona l neural network   a nd   lo ng  sho rt - t erm  memo ry   foreca sting  and  v a ria tiona l auto enco der   a no ma ly  det ection i n  4 G  cellular  net wo rks       Ruv a ra s he  C.   H o v e 1 ,   E ng   M a info rd  M uta nd a v a ri 2   1 D e p a r t me n t   o f   D a t a   S c i e n c e   a n d   A n a l y t i c s,  S c h o o l   o f   I n f o r ma t i o n   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,  H a r a r e   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   H a r a r e ,   Zi m b a b w e   2 D e p a r t me n t   o f   D a t a   S c i e n c e   a n d   B u s i n e ss S y st e ms,  S R M   I n st i t u t e   o f   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   K a t t a n k u l a t h u r ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   May   5 ,  2 0 2 6   R ev is ed   J u n   12 ,  2 0 2 6   Acc ep ted   J u l   13 ,  2 0 2 6       S p e c tru m   m o n i to ri n g   in   c e ll u lar  n e two rk s  wit h   li m it e d   re so u rc e s  re m a in s  p re d o m i n a n tl y   re a c ti v e   b e c a u se   c a p a c it y   p la n n i n g   a n d   fa i lu re   d e tec ti o n   o c c u r  a fter  n e two rk   c o n g e stio n ,   wh il e   sp e c tru m   m o n it o ri n g   d a ta  a re   ra re ly   a v a il a b le  fo r  re p r o d u c ib le  re se a rc h .   Ex isti n g   st u d ies   a d d re ss   sh o rt - term   traffic  fo re c a stin g   a n d   a n o m a ly   d e tec ti o n   a s  se p a ra te  tas k s  a n d   larg e l y   d e p e n d   o n   d e n se ly   sa m p led   o p e r a to r  tele m e try   d a ta  th a t   a re   in a c c e ss ib le  to   a c a d e m ia  a n d   re g u lato rs  in   e m e rg in g   m a rk e ts.  Th is  stu d y   in teg r a tes   b o t h   tas k s  in t o   a   u n ifi e d   d e e p - lea rn i n g   p ip e li n e   fo r   a   4 G   c e ll u lar  e n v iro n m e n t.   Th e   Zi m b a b we   s p e c tru m   d a tas e t  c o n tai n s  3 1 5 , 2 4 7   h o u rl y   m e a su re m e n ts   c o ll e c ted   fro m   1 3   c e ll   sites ,   t h re e   o p e ra to rs,  a n d   fiv e   fre q u e n c y   b a n d s,   a n n o tate d   with   fo u r  o p e ra to r - d e fi n e d   a n o m a ly   c las se s  re p re se n ti n g   2 . 0 3 %   o f   a ll   m e a su re m e n ts.  A  h y b rid   o n e - d ime n sio n a l  (1 - D)  c o n v o l u ti o n a l  n e u ra l   n e two rk - l o n g   sh o r t - term   m e m o ry   (CNN – LS TM )  m o d e l  u se s  a   7 2 - h o u r   traffic  win d o w  t o   fo re c a st  th e   n e x t  six   h o u rs  o f  a g g re g a te  n e two rk   traffic ,   wh il e   a   v a riatio n a l  a u t o e n c o d e r  (VA E)  train e d   e x c l u siv e l y   o n   n o rm a l   re c o rd s  d e tec ts  a n o m a li e s  wh e n   re c o n str u c ti o n   e rro r  e x c e e d s   th e   9 9 th - p e rc e n ti le  v a li d a ti o n   th re sh o l d .   O n   th e   h e ld - o u t   tes t  se t,   th e   m o d e l   a c h iev e d   a   m e a n   a b so lu te  e rro r  ( M AE)  o f   1 5 8 . 9 7   G B,   ro o t   m e a n   sq u a r e   e rro r  (RM S E)   o f   2 3 0 . 4 1   G B ,   a n d   m e a n   a b s o l u t e   p e r c e n t a g e   e r r o r   ( M A P E )   o f   5 2 . 9 3 % ,   o u t p e r f o r m i n g   a   s e a s o n a l - n a i v e   b a s e l i n e   ( M A E = 2 1 6 . 4 3   G B ,   M A P E = 6 6 . 7 7 % ,   p < 0 . 0 0 1 ,   D i e b o l d - M a r i a n o   t e s t ) .   T h e   s t u d y   c o n t r i b u t e s   a   p u b l i c l y   a v a i l a b l e   l o c a l i z e d   s y n t h e t i c   d a t a s e t ,   a   re p r o d u c i b l e   e n d - to - e n d   f o r e c a s t i n g   a n d   a n o m a l y   d e t e c t i o n   b a s e l i n e ,   a n d   a   p e r - c la s s   a n o m a l y   a n a l y s i s .   K ey w o r d s :   An o m aly   d etec tio n   C ellu lar   tr af f ic  f o r ec asti n g   C NN – L STM   R ep r o d u cib le  r esear c h   R F sp ec tr u m   m an ag em en t   Sy n th etic  d ataset   Var iatio n al  au to en co d er   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R u v ar ash e  C .   Ho v e   Dep ar tm en t o f   Data   Scien ce   an d   An aly tics ,   Sch o o l  o f   I n f o r m atio n   Scien ce   an d   T ec h n o lo g y   Har ar e  I n s titu te  o f   T ec h n o l o g y   P.O.   B o x   B E   2 7 7 ,   B elv ed er e ,   Har ar e,   Z im b ab we   E m ail: h 2 4 0 6 1 8 f @ h it.a c. zw       1.   I NT RO D UCT I O N   R ad io   f r eq u en cy   ( R F)  s p ec tr u m   is   a   f in ite  r eso u r ce ,   co n tr o lled   b y   ju r is d ictio n   a n d   t h e  u tili za tio n   ef f icien cy   h as  a  d ir ec t  r elatio n s h ip   with   th e  s er v ice  co s t,  q u a lity   an d   co v er ag e  a r ea   o f   ce llu lar   s er v ice.   Mo b ile   d ata  tr af f ic  h as  in c r ea s ed   s ig n if ican tly   o v er   th e   last   d ec ad e,   f u eled   b y   th e  p e n etr atio n   o f   4 G  h a n d s ets,     m o r e  b a n d wid th - h u n g r y   ap p li ca tio n s ,   an d   t h e  s h if t  o f   v o ice   tr af f ic  to   d ata - b ea r in g   s er v ic es,  ac r o s s   em er g in g   m ar k ets.  I n   Z im b ab we,   th e  Z im b ab we  Natio n al  Fre q u en cy   Allo ca tio n   Plan   ( Z NFAP)  [ 1 ]   allo ca tes  th e   s p ec tr u m   an d   i n   th e   Z im b a b w ea n   m o b ile  s ec to r ,   m o b ile  d at a  tr af f ic   h as  b ee n   s tead ily   g r o win g   o v er   t h e  last   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l     I SS N:   2722 - 3 2 2 1       C o n vo lu tio n a l  n eu r a l n etw o r k  a n d   lo n g   s h o r t - term me mo r y  f o r ec a s tin g   a n d   …   ( R u v a r a s h e  C .   Ho ve )   257   f ew  y ea r s   in   ter m s   o f   p er ce n ta g e  an d   v o lu m e  as  d o c u m en ted   in   th e   ab r i d g ed   Po s tal  an d   T e leco m m u n icatio n s   Secto r   Per f o r m an ce   R ep o r t  ( P T SP R s )   [ 2 ]   an d   it  h as  b ee n   n o ted   th at  a  g r o win g   p er ce n tag e  o f   th is   tr af f ic  is   o n   th e   lo wer   e n d   o f   t h e  s p ec tr u m   b an d s   a n d   th at  th e   q u ality   o f   s er v ice  ( Qo S)  h as  b ee n   u n d er   s tr ain   o n   a   r eg u lar   b asis   o n   th e   u r b an   ce ll.   Fix ed - allo ca tio n   r eg im es  p r o v i d e  lit tle  in f o r m atio n   to   o p er ato r s   a n d   r eg u lato r s   ab o u t  em er g in g   c o n g esti o n ,   in te r f er en ce   an d   u n au th o r ized   tr an s m is s io n s   u n til  it  af f ec ts   s u b s cr ib er s   an d   cu r ate d   o p er ato r   tr ac es th at  ca n   b e   m a d e  av ailab le  f o r   ac ad em ic  s tu d y   ar e  less   co m m o n .   T h er e   ar e  th en   two   d is tin ct  b u t   in ter d ep en d en t o p e r atio n al  ta s k s   wh ich   ar e  v er y   im p o r tan t b o th   to   th e   r eg u lato r   a n d   to   th e  o p er ato r .   T h e  f ir s t  is   s h o r t - h o r izo n   f o r ec asti n g   o f   n etwo r k   t r af f ic,   to   b ase  d ec is io n s   o n   ca p ac ity   p lan n in g ,   s ch ed u lin g   an d   lo ad - b alan cin g   o n   a   q u a n titativ e  lo ad   esti m ate  in s tead   o f   th e  o p er ato r ' s   in tu itio n   [ 3 ] – [ 5 ] .   T h e  s ec o n d   is   an o m aly   d etec tio n   o f   t h e   s am e  telem etr y   with o u t  an y   lab elled   tr ain in g   d ata ,   s u ch   th at  in ter f er en ce ,   tr af f ic  s u r g es,  s ig n al  d r o p o u ts   a n d   u n a u th o r ized   em is s io n s   ca n   b e  id en tifie d   f o r   r e v iew   [ 6 ] – [ 9 ] .   T h ese  two   task s   ar e  u s u ally   d o n e  b y   two   d if f er en t   p ip elin es  n o wad ay s ,   th ey   g iv e  p o in t  f o r ec asts   o r     a  d etec tio n   alg o r ith m   aler ts   b u t  d o es  n o t  e x p lain   wh y   r ea lit y   d o es  n o t   m atch   p r e d ictio n   an d   d o es  n o t   g iv e   an y   an ticip ato r y   lo a d   s ig n al.   I n   em er g in g   m ar k ets,  with   lim i ted   o n - ca ll  e n g in ee r in g   ca p a city ,   o p er at o r s   ar e   esp ec ially   in   n ee d   o f   a   u n if ied   v iew  to   p r esen t   th e  lear n t  n o r m al  r eg im e   as  well  as  d e v iatio n   f r o m   t h a t  r e g im e  in   a  s in g le  d ec is io n   lo o p .   T h r ee   g a p s   o f   co n cr ete  r em a in .   First,  th e  h y b r id   d ee p   f o r ec asti n g   ar ch itectu r es  p r esen t ed   in   th e   wir eless - n etwo r k in g   liter atu r e   [ 4 ] ,   [ 5 ] ,   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ]   h av e   p r ed o m in an tly   b ee n   ass ess ed   o n   d e n s e  o p e r ato r - in ter n al  tr ac es  wh er e  th e y   ar e  u n av ailab le  to   t h e  g en e r al  r ese ar ch   co m m u n ity ,   m ak in g   it  d if f icu lt  to   r ep r o d u ce   ev en   s o lid   id ea s .   Seco n d ,   r ec o n s tr u ctio n - b ased   an o m aly   d et ec to r s ,   [ 6 ] – [ 9 ] ,  [ 1 2 ] – [ 1 6 ]   ten d   to   b e  ev alu ated   o n   b en ch m ar k s   th at  lu m p   d e tecto r   p er f o r m an ce   to g eth e r   with   d ataset  id io s y n cr asy ,   an d   v er y   f ew  s tu d ies  r ep o r t  r ec all  p er   an o m aly   class ,   th e  m ea s u r e  o f   in ter est  wh en   tr iag in g   o p e r atio n s .   T h ir d ,   d ata,   in f r astru ctu r e  an d   p o licy   ar e  cited   co n s is ten tly   as  th e  “f iv e  en f o r ce r s ”  o f   Af r ican   an d   o th er   em er g i n g   m ar k et  d ep lo y m e n ts   in   ar tific ial  in tellig en ce   ( AI ) - f o r - s p ec tr u m - m a n ag em en t  s u r v e y s   [ 1 7 ] – [ 2 0 ] ,   with   v er y   f ew  p u b lis h ed   p i p elin es  ca lib r a ted   ag ain s t  p u b licly   v e r if iab le  n atio n al - le v el  s tatis tic s   an d   r elea s ed   en d   to   en d .   T h is   p ap er   d i r ec tly   tack les th o s e  th r ee   g ap s .   I n   th is   p ap er ,   a  d ee p   lear n in g   b ased   two - c o m p o n en t   p ip elin e  is   d ev elo p e d   an d   ev alu ated .     T h e  f o r ec aster   m o d el  u s ed   is   a  h y b r id   m o d el   o f   one - d im en s io n al  ( 1 - D )   c o n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k   ( C NN )   an d   lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L STM )   wh ich   f o r ec asts   tr af f ic  f o r   th e   n ex t   6   h o u r s   g iv en   7 2   h o u r s   s lid in g   win d o w  in p u t.  T h e   tr ain ed   v ar iatio n al  au to en c o d er   ( VAE )   is   o n ly   tr ain ed   o n   n o r m al  r ec o r d s   an d   th e n   d etec ts   th e  an o m alies  u s in g   th e  r ec o n s tr u ctio n   er r o r ,   u s in g   th e  9 9 th   p er ce n tile  o f   th e  v alid atio n   r e co n s tr u ctio n   e r r o r s   as  a  f ix ed   d ec is io n   th r esh o l d .   B o th   m o d els  ar e  ass e s s ed   a g ain s t  th e  Z im b ab we  s p ec tr u m   d ataset  wh ich   is     a  s y n th etic  d ataset  d ev elo p ed   with   a  f o o tp r in t  r ef lectin g   th e  1 3 - to wer ,   5 - b an d ,   3 - o p er ato r   s p ec tr u m   in   Z im b ab we  an d   ca lib r ate d   u s in g   th e  p u b licly   v er if iab le  Po s tal  an d   T elec o m m u n ic atio n s   R eg u lato r y   Au t h o r ity   o f   Z im b ab we  ( POTRAZ)   s ec to r   s tatis tics .   I t  is   an   en d - to - en d   r e p r o d u cib le  b aselin e,   n o t  a   d etec to r   s u itab le   f o r   d ep lo y m e n t - th is   ca n d o r   is   a  k e y   asp ec t o f   th e   co n tr ib u tio n .   T wo   ch ar ac ter is tics   ar e  k ey   to   u n d e r s tan d in g   th e   n o v elty   v alu e  o f   th is   wo r k ,   r elat iv e  to   th e     C NN – L STM   f o r ec aster s   [ 5 ] ,   [ 1 1 ]   an d   th e  p r ev io u s   r ec o n s tr u ctio n - b ased   d etec to r s   [ 9 ] ,   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] ,   [ 2 1 ] :    i)   f o r ec asti n g   an d   d etec tio n   in   o n e  b o x ,   wh er e  th e  o u tp u ts   o f   th e  h y b r id   f o r ec aster   ar e  in ten d ed   to   b e   co n s u m ed   in   a  s in g le  o p e r atio n s   d ash b o ar d ,   r ath er   th a n   two   an d   ii)  d etec tab ilit y   d ec o m p o s itio n   p er   class ,   r ev ea lin g   wh ich   o f   t h e  f o u r   an o m aly   class es  ca n   o r   ca n n o t  b e  r ec o v er ed   th r o u g h   th e  m an if o ld - d ep ar tu r e   ass u m p tio n ,   with   p r ac tical  o p e r atio n al  im p licatio n s   f o r   h y b r i d   f ir s t - p ass - f ilter   d ep lo y m en ts .   T h is   p ap er   m a k es  th e  f o llo win g   co n tr ib u tio n s :   i)   r ep r o d u cib le   lo ca lized   d ataset ,   w e   d o cu m e n t,  p ar am eter ize  an d   p u b lis h   a  s y n th etic  s et  o f   3 1 5 , 2 4 7   r ec o r d s   f r o m   1 3   ce ll  s ites ,   co v er in g   th r ee   o p er at o r s   in   f iv e  b a n d s ,   with   f o u r   o p er at o r   s ty le  an o m aly   class es  with   a   to tal  r ate   o f   2 . 0 3 %,  b ased   o n   p u b licly   av ailab le   POTRAZ  s ec to r   s tati s tics ;  ii)   b aselin e  f o r   en d - to - en d   fo r e ca s tin g   an d   d etec tio n ,   w e  co m b in e  a  f o r ec aster   b ased   o n   a  h y b r id   C NN – L STM   ap p r o ac h   with   a  d etec to r   b ased   o n   a  VAE   in   th e  s am e  s tr ea m in g   p ip elin e,   p r o v id i n g   p r ep r o ce s s in g ,   c h r o n o lo g ical  s p lits ,   f ix ed   th r esh o ld s ,   an d   f u ll  r ep o r tin g   o f   m etr ics,   h y p er p ar am et er s ,   s en s itiv ity   an aly s is ,   an d   co n f u s io n   m atr ices  all   in   a  r ep r o d u cib le  m an n er ;    iii)  c o m p r e h en s iv e  b aselin e  c o m p ar is o n .   W e  co m p ar e   th e  C NN – L STM   to   n aiv e  f o r ec aster s ,   s ea s o n al - n aiv e   f o r ec aster s ,   au to r e g r ess iv e   ( AR )   ( 2 4 )   f o r ec aster s   an d   f ee d - f o r war d   d ee p   n e u r al  n etwo r k   ( DNN )   f o r ec aster s   ( wh ich   ex clu d es  L STM s   an d   g ated   r ec u r r en t  u n it   ( GR U ) )   an d   p er f o r m   p air ed   s tatis ti ca l  test s   an d   9 5 %  co n f id en ce   in ter v als  f o r   th e   L STM - o n ly ,   GR U  an d   C NN - o n ly   f o r ec aster s .   Similar ly ,   we  co m p ar e   th e  VAE   with   s tati s tical  th r esh o ld in g ,  I s o latio n   Fo r est ,   o n e - class   s u p p o r t  v ec to r   m ac h in e  ( SVM )   an d   v an illa  au to en co d er .   W e  also   co m p ar e  o u r   r esu lts   with   th e  r ec en t  liter atu r e  C o n v L STM   an d   T r an s f o r m e r   b ased   f o r ec ast  b aselin es  [ 2 2 ] ,   [ 2 3 ] ;  i v )   t r u t h f u l r ep r esen tatio n   an d   d ec lar atio n   o f   tr a d e - o f f s .   W e  r ep o r t  th e   b eh a v io u r   o f   th e   VAE   i n   a   h ig h   p r ec is io n /lo w  r ec all  r eg im e   an d   th e   p er f o r m a n ce   p er   an o m al y   ty p e,   in clu d i n g   b o o ts tr ap   co n f id en ce   i n ter v als,  an d   d is cu s s   th e  lim its   o n   s y n th etic  lo ca lis atio n ,   v iewin g   th e  s y s tem   as  a  f ir s t - p ass   o p er atio n al   f ilter   r ath e r   th a n   a  d ep lo y m en t - g r ad e   d etec to r .   Ad d itio n ally ,   we  s u g g est  s p ec if ic  ap p r o ac h es  t o   b o o s t  r ec all  f o r   th e  m o r e  d if f icu lt  class es  u n au th o r ized   an d   s ig n al  d r o p o u t ;  an d   v )   b r o ad er   c o m p u ter     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 3 2 2 1   C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l ,  Vo l.  7 ,   No .   3 ,  No v em b er   20 26 :  2 5 6 - 270   258   s cien ce   ( CS )   r elev an ce .   Giv e n   th e  h o u r l y   ag g r eg atio n   o f   k ey   p er f o r m a n ce   in d icat o r   ( KP I )   s tr ea m s   an d   th e   lig h t  weig h t - o u t  p e r   s am p le,   th e  p ip elin e  ca n   b e  d ep lo y ed   i n   a  d is tr ib u ted   way   ac r o s s   o p e r ato r   an d   r eg u lato r y   b o u n d ar ies  ( ed g e - p r e - f ilter /cl o u d - tr ai n er   s p lit),   b e  ex ten d ed   in   a  f ed er ated   way   p r eser v in g   o p e r ato r   co n f id en tiality ,   an d   ca n   b e   in teg r ated   with   in ter n et   o f   th i n g s   ( I o T )   b ased   wid e - a r ea   s p ec tr u m   m o n ito r in g   co n n ec tio n s   we  d e v elo p   f r o m   s ec tio n   5.   T h e  r est  o f   th e  p ap er   is   ar r a n g ed   as  f o llo ws.  A  r ev iew  o f   r elev an t  wo r k   in   th e  ar ea s   o f   ce llu lar   f o r ec asti n g ,   d ee p   wir eless   p r e d ictio n ,   r ec o n s tr u ctio n - b ased   an o m aly   d etec tio n ,   AI   f o r   s p e ctr u m   m an a g em en t ,   an d   s y n th etic  lo ca lized   d atase ts   is   p r o v id ed   in   th e  n e x t  s ec tio n .   Sectio n   2   in tr o d u ce s   d eta ils   o n   th e  d ataset,   lo ca lizatio n   p r o ce d u r e,   a r ch i tectu r e  o f   C NN – L STM   an d   VAE ,   h y p er p ar am eter   s elec tio n ,   tr ain i n g   a n d   ev alu atio n   p r o ce d u r e,   an d   r e p r o d u cib ilit y   s ettin g .   R esu lts   o f   f o r ec asti n g   a n d   a n o m aly   d etec tio n ,   s tatis tical  an aly s is ,   s en s it iv ity   an aly s is ,   an d   a  d is cu s s io n   ab o u t  th e  d etec tab ilit y   p er   class   ar e  p r esen ted   in   s ec tio n   3 .     T h e  lim itatio n s   ar e   lis ted   in   s ec tio n   4 ,   an d   th e  c o n clu s io n   is   s u m m ar ized   in   s ec tio n   5   with   f u tu r e  w o r k s   to war d s   5 G,   I o T   an d   f ed er ated   ex ten s io n s .   −   Hy b r id   d ee p   m o d el  f o r   f o r ec asti n g   ce llu lar   tr af f ic   T h e  m u lti - s ca le  tem p o r al  s tr u ctu r e  ass o ciate d   with   ce llu lar   tr af f ic  -   th e  d iu r n al  c y cle  with in - d ay ,   wee k ly   cy cle ,  h o lid ay   ef f ec ts ,   an d   lo n g er - ter m   g r o wth - is   p ar tially   d escr ib ed   b y   class ical   s tati s tical  m eth o d s   lik e  au to r e g r ess iv e  in teg r ated   m o v i n g   av er ag e   ( AR I MA )   a n d   e x p o n en tial  s m o o t h in g   [ 3 ] .   Mo d els  with   d ee p   r ec u r r en t   s tr u ctu r es  ( L STM ,   GR U)   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] ,   h av e  n o w  b ec o m e  s tan d a r d   b u ild in g   b lo ck s   an d   h y b r id     C NN – L STM   m o d els  h av e  d e m o n s tr ated   im p r o v em e n t  o v er   eith er   co m p o n e n t  alo n e  o n   l o n g - ter m   ev o lu tio n   ( LTE )   tr af f ic  a n d   m u lti - ce ll  lo ad   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   C o n v o lu tio n al  lay er s   ca p tu r e  lo ca l  s h ap es  m o r n in g   r am p s ,   ev e n in g   p ea k s ,   s h o r t   b u r s ts   as  a  s m all  k er n el   ar e   r o lled   ac r o s s   th e   tim e  ax is ,   an d   r ec u r r en t   lay er s   ar e  u s ed   to   p ass   lo n g er - r an g e   tem p o r al  c o n tex t   th r o u g h   th e   7 2 - h o u r   in p u t   win d o w.   I n   o th er   ar ea s ,   s p atio tem p o r al  ex ten s io n s   lik e  C o n v L STM   [ 2 2 ]   h av e  b e en   p r o p o s ed   an d   th ey   ar e  p ar ti cu lar ly   s u itab le  f o r   m u lti - ce ll  g r id s ;  tr an s f o r m er - b ased   f o r ec aster s   [ 2 3 ]   h a v e  d em o n s tr ated   ef f ec tiv e  p er f o r m an ce   o n   l o n g - h o r iz o n   s er ies  in   o th er   f ield s ,   b u t   th ey   r eq u ir e  m u ch   m o r e  d ata   an d   co m p u tin g   p o wer   th an   t h e  s co p e  o f   th is   p ap er .   T h e  C NN – L STM   d esig n   wh ich   is   u tili ze d   h er e   is   in   th e  tr ad itio n   o f   h y b r id   d esig n s ,   with   th e   tw o   co n v o lu tio n al   b lo ck s   f o llo wed   b y   two - s tack   L STM .   −   R ec o n s tr u ctio n - b ased   an o m al y   d etec tio n   Op er ato r   an o m aly   in v e n to r ies  ar e  n o t o f te n   co m p letely   la b eled ,   an d   e v en   wh en   t h ey   ar e,   m an y   lab els  ten d   to   b e  n o is y   an d /o r   b iase d   to war d s   v is u al  f ailu r e  m o d e s .   T h u s   th e  liter atu r e  h as  s ettled   to   u n s u p er v is ed   r ec o n s tr u ctio n   b ased   d etec to r s   [ 6 ] – [ 9 ] .   I n   lin e   with   th is ,   th e  VAE   o f   Kin g m a  a n d   W ellin g   [ 6 ]   en c o u r a g es  th e   laten t  s p ac e  to   b e  clo s er   to   a  Gau s s ian   p r io r ,   wh ile  th e  r ec o n s tr u ctio n - p r o b ab ilit y   f r a m in g   p r o p o s ed   b y     I s lam   et  a l .  [ 7 ]   f o r   5 G  is   p r ev alen t  in   th e  ce llu lar   d o m ain   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] .   R ec en tly ,   m u ltiv ar i ate  tim e  s er ies  h av e   s ee n   co m p etitiv e   p er f o r m a n c e  b y   an o m aly   d etec to r s   s u ch   as  th e  a n o m al y   t r a n s f o r m er   [ 1 3 ]   s ig n if ica n tly   h ig h er   co m p u te  co s t.  A  co n s is ten t  ex p er im e n tal  f in d in g   o v er   all  th e  m eth o d s   in   r ec o n s tr u ctio n - b ased   m eth o d s   is   th at  h ig h   p e r ce n tile  th r esh o ld s   lead   to   h ig h   p r ec is io n   a n d   lo w  ( well  l o wer   th a n   wh at   a  s u p er v is ed   m eth o d   with   th e  s am e  ev i d en ce   c o u ld   ac h iev e)   r ec all  [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ] .   W e  m ak e  t h e  p atter n   e x p licit  f o r   ce llu lar   a n o m alies   b y   o u r   p er - class   an aly s is   in   s e ctio n   3 . 2 .   −   R ep r o d u cib le   em e r g in g - m ar k e t d atasets   an d   AI   f o r   s p ec tr u m   m an ag em en t   Sp ec tr u m   s en s in g   an d   d y n am ic  s p ec tr u m   ac ce s s   f o r   AI   s y s tem s   m ak e  th e   ca s e  f o r   h av i n g   s m all,   ad ap ted   m o d els  with   a  s tr o n g   f o c u s   o n   r eg u lato r y   c o m p lian ce   an d   i n f r astru ctu r e   lim itatio n s   [ 1 8 ] – [ 2 0 ] .  Av ailab ilit y   o f   d ata,   h eter o g e n eity   o f   in f r astru ctu r e  an d   p o licy   ar e  th e  b in d in g   co n s tr ain ts   in   all   em p ir ical  s tu d ies  o f   th e  d ep lo y m en t  o f   Af r ican   an d   o t h er   em e r g in g - m ar k et  n etwo r k s   [ 1 9 ] ,   [ 2 1 ] ,   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ]   an d   ev e n   ca p ac ity - b u ild in g   ac tiv ities   b y   I n te r n atio n al   T elec o m m u n i ca tio n   Un io n   Dev elo p m en t   Secto r   ( I T U - D)   h a v e   in clu d ed   th em   as  f ir s t - o r d er   r eq u ir em en ts   in   s y s tem s   a im ed   at  in f o r m in g   r e g u lato r y   d ec is io n s   [ 1 9 ] .    I n   n etwo r k   r esear ch   wh e r e  p r o d u ctio n   t r ac es  ar e  k ep t  c o n f i d en tial  an d   b e n ch m a r k   d ataset s   g et  o u td ated   v e r y   r ap id ly ,   th e  u s e  o f   s y n th etic   d atasets   h as   a  lo n g   tr ad itio n   in   r esear ch :  an y   s y n th etic  d ataset  s h o u ld   b e  ca lib r ated   to   v er if iab le  r ea l - wo r ld   d ata,   b e   r ep r o d u cib le,   an d   b e  clea r ly   d esig n ate d   as  s y n th etic  tr ac es  o f     th e  o p e r ato r s   [ 1 ] ,   [ 2 ] ,   [ 1 9 ] .   T h e  f r a m ewo r k   d escr ib ed   in   th is   p ap er   f its   in   th is   tr a d itio n   wh ile  b ein g   b ased     o n   p u b licly   av ailab le   s ec to r - lev el  s tatis tics   ( POT R AZ ' s   t r ac es)  in s tead   o f   c o n f id e n tia l  o p er at o r - in ter n al    tr ac es  an d   is   ea s ily   s ca lab l e  to   d is tr ib u te d   an d   f e d er a ted   d ep lo y m en ts   ac r o s s   o p er ato r   b o u n d ar ies,    an   in cr ea s in g ly   im p o r tan t  ar ch itectu r al  ch allen g e   as  5 G  an d   I o T   er a   m u lti - s tak eh o l d e r   s p ec tr u m   s h a r in g   ev o lv es  [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] .       2.   M E T H O D   2 . 1 .     No t a t io n  a nd   pro blem   s t a t em ent   L et  x ( c,   b ,   o ,   t)   ∈   ℝ ᵈ  d en o te  t h e  f ea tu r e  v ec to r   o b s er v ed   at   ce ll  c,   b a n d   b ,   o p er ato r   o ,   an d   d is cr ete   h o u r   t.  T h e  co m p o n en ts   o f   x   ar e  r ec eiv ed   s ig n al  s tr en g th   in d icato r   ( R SS I )   d B m ,   ch an n el  o cc u p an cy   ( %),   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l     I SS N:   2722 - 3 2 2 1       C o n vo lu tio n a l  n eu r a l n etw o r k  a n d   lo n g   s h o r t - term me mo r y  f o r ec a s tin g   a n d   …   ( R u v a r a s h e  C .   Ho ve )   259   tr af f ic  v o lu m e   ( GB /h o u r ) ,   a n d   in ter f er en ce   lev el  ( d B ) ,   a u g m en ted   with   cy clic   tim e - of - d ay   an d   lag   f ea t u r es  d escr ib ed   in   s ec tio n   2 . 3 . 4 .   T wo   co m p lem en tar y   task s   ar e  th en   d ef in ed   o n   th is   r ep r esen tatio n .   T h e  f o r ec asti n g   task   lear n s   a  m ap p in g :     ŷ ( + 1 : + ) =  ( ( − + 1 : ) )       w ith   in p u t  win d o w  L =7 2   h o u r s   an d   f o r ec ast  h o r iz o n   H= 6   h o u r s .   C o n ce p tu ally ,   th e  f o r ec as ter   r ea d s   th r ee   f u ll  d ay s   o f   h is to r y   an d   p r o jects  th e  n ex t  q u ar ter - d ay   o f   n etwo r k   lo ad .   T h e  an o m aly   task   lear n s   an   u n s u p er v is ed   r ec o n s tr u ctio n   g ϕ   s u c h   th at  t h e  r ec o n s tr u ctio n   er r o r   is   s m all   o n   n o r m al   r ec o r d s   an d   ex ce e d s   a  f ix ed   th r esh o l d   τ   o n   a n o m alo u s   o n es.   I n tu itiv ely ,   e( x )   m ea s u r es  h o w   f ar   a  r ec o r d   s its   f r o m   th e   m a n if o ld   o f   n o r m al   o p er atio n   th at  th e  VAE   h as  lear n ed   to   r ep r o d u ce ,   a n d   th e  th r esh o l d   τ   is   th e  d ec is io n   b o u n d ar y   wh ich   a  r ec o r d   is   f lag g ed .   Sectio n   2 . 5   f ix es  τ   at  th e  9 9 th   p er ce n tile  o f   v alid atio n   r ec o n s tr u ctio n   er r o r s .   C h o o s in g   τ   f r o m   v alid atio n   r ath e r   th an   test   d ata   f o llo ws s tan d ar d   r ec o n s tr u cti o n - b ased   p r ac tice  [ 6 ] ,   [ 7 ] .     ( ) = ‖   −     ‖ ²       2 . 2 .     Sy s t e m   o v er v iew   Fig u r e  1   s u m m ar izes  th e  en d - to - en d   p ip elin e ,   an d   Fig u r e  2   d etails  th e  lo ca l izatio n   s tag e  th at  p r o d u ce s   th e  in p u t  d ata.   T h e  p ip elin e  co n tain s   f o u r   s tag es:  i)   in g esti o n   o f   th e  Z im b a b w e  s p ec tr u m   d atase t  d escr ib ed   in   s ec tio n   2 . 3 . 1 ;  ii )   p r e p r o ce s s in g   a n d   s lid in g - win d o w  co n s tr u ctio n   d escr ib ed   in   s ec tio n   2 . 3 . 4 ;     iii)  p ar allel  C NN – L STM   f o r ec asti n g   ( s ec tio n   2 . 4 )   an d   VAE   an o m aly   d etec tio n   ( s ec tio n   2 . 5 ) ;  an d   i v )   a  u n if ied   r ep o r tin g   lay er   th at  c o n s u m e s   b o th   m o d el  o u tp u ts   in to   a   s in g le  s et  o f   o p er atio n al  ar te f ac ts   ( s ec tio n   2 . 6 ) .     T h e  two   m o d el  b r an c h es  s h ar e  th e  s am e  p r ep r o ce s s ed   f ea tu r e  r ep r e s en tatio n   b u t  u s e  in d ep en d e n t  tr ain in g   lo o p s ;  th is   d esig n   c h o ice  is   d elib er ate,   as  it  allo ws  th e  f o r ec aster   to   b e  r etr ain ed   o n   ag g r eg ate  tr af f ic   alo n e   wh ile  th e  d etec to r   co n tin u es to   o p er ate  o n   th e  p er - r ec o r d   f ea t u r e  s p ac e.           Fig u r e  1 .   E n d - to - en d   f o r ec asti n g   an d   an o m aly - d etec tio n   p ip elin e.   I n p u ts   f lo w  f r o m   th e  Z i m b ab we  s p ec tr u m   d ataset  th r o u g h   p r e p r o ce s s in g   in to   two   p ar allel  b r an ch es a   C NN – L STM   f o r ec aster   o n   t h e  n etwo r k - ag g r eg ate  h o u r ly   s er ies an d   a  VAE   d etec to r   o n   t h e  p er - r ec o r d   f ea tu r e   s p ac e  wh o s e  o u t p u ts   f ee d   a  u n i f ied   r ep o r tin g   lay e r           Fig u r e  2 .   Sy n th etic  lo ca lizatio n   wo r k f l o w  ag ain s t p u b licly   p u b lis h ed   POTRAZ  s ec to r   s tati s tics     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 3 2 2 1   C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l ,  Vo l.  7 ,   No .   3 ,  No v em b er   20 26 :  2 5 6 - 270   260   2 . 3 .     Da t a s et   a nd   s y nthet ic  lo ca liza t io n wo rkf lo w   2 . 3 . 1 .   Da t a s et   o v er v iew   T h e  Z i m b a b we   s p ec tr u m   d at aset   c o m p r is es  3 1 5 , 2 4 7   h o u r l y   r e c o r d s   s p a n n in g   1 3   c ell   s ites   at   t h e   co u n t r y ’ s   m ai n   u r b a n   a n d   r eg i o n a l  c en tr es  ( Ha r a r e   C B D,   H ar ar e  W est ,   H a r a r e  E a s t,  B u law a y o   C B D,   B u law a y o   S o u t h ,   C h i tu n g wi z a,   M u ta r e   C B D,   Gw er u   C B D,   Kwe k w e  C B D ,   Ka d o m a  C B D,   Ma s v i n g o   C B D,   Vict o r ia   Fal ls ,   a n d   L i v i n g s t o n e) ,   t h r ee   m o b il e  o p e r at o r s   ( E co n e t,  Net On e,   a n d   T ele ce l) ,   an d   f i v e   f r e q u e n c y   b a n d s   ( 7 0 0 ,   8 5 0 ,   9 0 0 ,   1 8 0 0 ,   an d   2 6 0 0   MH z ) .   E a ch   r e co r d   r e p o r ts   a   t im esta m p ,   c ell   t o wer ,   o p er at o r ,   b a n d ,   d e n s it y   t y p e   ( u r b a n /s u b u r b a n / r u r al ) ,   t r a f f ic   v o lu m e   i n   GB ,   R SS I   in   d B m ,   c h a n n el   o cc u p a n cy   ( % ) ,   in te r f er e n ce   lev el ,   h o u r   o f   d a y ,   d a y   o f   wee k ,   a n   a n o m al y   f l ag ,   a n d   a   f o u r - class   a n o m al y   t y p e   l ab el .   Desc r i p ti v e   s t atis t ics   f o r   th e   p r im ar y   m o d el li n g   f e at u r es   a r e   r e p o r t ed   i n   T a b l e  1 ,   a n d   t h e  a n o m al y   c o m p o s it io n   is   r ep o r te d   i n   T a b l e  2 .       T ab le  1 .   Descr ip tiv e  s tatis tics   o f   p r im a r y   m o d ellin g   f ea tu r es   F e a t u r e   M e a n   S t d .   D e v .   M i n   M a x   Tr a f f i c   ( G B / h o u r )   4 2 3 . 9 3   2 9 7 . 2 0   3 0 . 3 1   6 , 0 3 1 . 4 6   R S S I   ( d B m)   − 8 5 . 2 4   2 0 . 4 9   − 1 4 0 . 0 0   − 5 0 . 0 0   C h a n n e l   o c c u p a n c y   ( %)   5 2 . 8 3   2 4 . 6 9   1 0 . 0 0   1 0 0 . 0 0       T ab le  2 .   An o m aly   co u n ts   an d   o v er all  r ate   A n o m a l y   c l a ss   C o u n t   S h a r e   o f   a n o m a l i e s   ( %)   S h a r e   o f   t o t a l   ( %)   U n a u t h o r i z e d   1 , 6 6 0   2 5 . 9 4   0 . 5 2 7   S i g n a l   D r o p o u t   1 , 6 2 3   2 5 . 3 6   0 . 5 1 5   Tr a f f i c   S u r g e   1 , 5 9 9   2 4 . 9 8   0 . 5 0 7   I n t e r f e r e n c e   1 , 5 1 8   2 3 . 7 2   0 . 4 8 2   To t a l   a n o mal i e s   6 , 4 0 0   1 0 0 . 0 0   2 . 0 3 0   To t a l   r e c o r d s   3 1 5 , 2 4 7     1 0 0 . 0 0       2 . 3 . 2 .   Sy nthet ic  lo ca liza t io n  wo rk f lo w   T h e  d ataset  is   v alid ated   with   o f f icial  POTRAZ  s ec to r al  d ata  [ 1 ] ,   [ 2 ] .   T h e  f iv e  co m p o n en ts   ar e:    i)   u r b a n /s u b u r b an /r u r al  m ix   b ased   o n   c o v er a g e   s tatis tics ;   ii)  weig h ts   attac h ed   to   r ec o r d - co u n ts   b ased   o n   p u b lis h ed   u tili za tio n   tab les;   iii)  a  b i - m o d al  d iu r n al  en v el o p e  ( p ea k   ar o u n d   1 0 :0 0 ,   tr o u g h   ar o u n d   2 1 :0 0 ,     p ea k - to - tr o u g h   r atio   ~ 2 . 6 ,   we ek en d   am p litu d e  ~0 . 8 8 )   b ased   o n   th e   q u alitativ e  Qo S  co m m en tar y   f r o m   t h e   s ec to r   r ep o r ts ;  iv )   af f in e  r es ca lin g   o f   tr a f f ic  an d   ac tiv e - u s er   f ea tu r es  to   m atch   t h e  m ar g in al  m ea n s   an d   d is p er s io n s   o f   th e  s ec to r   r ep o r t  ag g r eg ates;  an d   v )   r ejec tio n   s am p lin g   to   a d ju s t  th e  o v e r all  an o m aly   r ate  to   2 . 0 0 %.  T h e   p r o ce d u r e  is   d eter m in is tically   r ec o r d ed   i n   Alg o r ith m   1 .     Alg o rit hm   1 .   L o ca lized   s y n t h etic  d ataset  co n s tr u ctio n   I n p u t:   Kag g le  4 G  b ase  D₀;  P OT R AZ   s tati s tic s   P; r an d o m   s ee d s   s   Ou tp u t: lo ca lized   s y n th etic  d ataset  D   1 .     I n itialize  r an d o m   s tate  with   s ee d s   s   2 .     Stra tify   ce lls   in to   u r b an /s u b u r b a n /r u r al  u s in g   d e n s ity   weig h ts   f r o m   P   3 .     R ewe ig h t r ec o r d s   b y   b an d   {7 0 0 ,   8 5 0 ,   9 0 0 ,   1 8 0 0 ,   2 6 0 0 }  MH z   4 .     Fit   d iu r n al/wee k ly   en v elo p e  E ( t)   f r o m   p ea k - h o u r   p atter n s   in   P   5 .     Ap p ly   m u ltip licativ e  s ca lin g :   tr af f ic  ←  tr af f ic  ·   E ( t)   6 .     Af f in e - r escale  tr af f ic  an d   a ctiv e - u s er   f ea tu r es   7 .     I n ject  4 - class   an o m alies a t 2 . 0 0 % r ate  v ia  r ejec tio n   s am p l in g   8 .     Ap p e n d   cy clic  a n d   lag   f ea t u r es ( s ec tio n   2 . 3 . 4 )   9 .     Per s is t D   with   m etad ata  ( s ee d s ,   weig h ts ,   en v elo p es,  s ca les)   1 0 .   R etu r n   D     A  2 %  an o m aly   r ate  is   u s ed ,   w h ich   n ee d s   to   b e  ex p licitly   ju s tifie d .   T h e  p u b lis h ed   in cid e n t - r ep o r tin g   tab les  th at  ar e  u s ed   to   cr ea t e  th e  lo ca lizatio n   in d icate   a  co n s is ten t  p atter n   o f   ( lo ca lis ed )   co n g esti o n   an d   d r o p p ed   ca ll  ev en ts   an d   q u ality - of - s er v ice  in cid e n ts   th at,   wh en   ex p r ess ed   as  a  p r o p o r ti o n   o f   th e  ce ll - h o u r s   m o n ito r ed ,   f all  with in   a  b an d   o f   1 . 5 - 2 . 5 % a cr o s s   all  r ep o r ted   q u ar ter s   as d etailed   in   POT R AZ   q u ar ter ly   s ec to r   r ep o r ts   [ 2 ] .   C h o o s in g   a  r ejec tio n   s am p lin g   r ate  o f   2 . 0 0 %  ( 2 . 0 3 0 %  af ter   class   b alan cin g )   f o r ce s   th e  s y n th etic  st r ea m   to   b e  with i n   th e  r an g e  th at  is   lik ely   to   b e  e n co u n ter ed   in   a n   o p er atio n s   ce n tr e   wh en   u s in g   r ea l   telem etr y ,   b u t  s till   r ar e  en o u g h   to   test   th e  ass u m p tio n   o f   u n s u p er v is ed   d etec tio n .   T h e  f o u r   class es  o f   an o m aly   ( in ter f er en ce ,   tr af f ic  s u r g e,   s ig n al  d r o p o u t ,  an d   u n au t h o r iz ed )   an d   th e  ap p r o x im ate  b ala n ce   b etwe en   th em   m ir r o r   th o s e  f o u n d   in   o p er at o r - ty p e  a n o m aly   in v en t o r ies  an d   th e  o n es  th at  th e  r eg u lato r   will  m o s t  lik ely   r eq u ir e  to   b e  f lag g ed .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l     I SS N:   2722 - 3 2 2 1       C o n vo lu tio n a l  n eu r a l n etw o r k  a n d   lo n g   s h o r t - term me mo r y  f o r ec a s tin g   a n d   …   ( R u v a r a s h e  C .   Ho ve )   261   2 . 3 . 3 .   E t hica l a nd   priv a cy   co ns idera t io ns   All  in p u ts   to   th is   s tu d y   ar e  p u b lic.   No   p er s o n ally   id en tif iab le  in f o r m atio n ,   cu s to m e r   id en tifie r s ,   b illi n g   d ata,   o r   o p er at o r - in ter n al  tr ac es  wer e  ac ce s s ed   at  a n y   s tag e.   C ell  id en tifie r s   a r e  f o r   p u b licly   k n o w n   city - lev el  lo ca tio n s   an d   n o t   f o r   co n f i d en tial,  o p er ato r - i n ter n al  ce ll  I D s .   Fu r th er   eth ics,  p r iv ac y   an d   r eg u lato r y   r ev iew  will b e  n ee d ed   f o r   an y   ex p an s io n   o f   th e  m eth o d o lo g y   to   o p er at o r   in ter n al  tr ac es.     2 . 3 . 4 .   P re pro ce s s ing   Fo r war d -   a n d   b ac k war d - f ill  a r e  u s ed   f o r   s h o r t   g ap s ,   lin ea r   in ter p o latio n   is   u s ed   f o r   lo n g er   g a p s .   R ec o r d s   th at  ar e  d u p licated   o r   in clu d e  im p r o b a b le  o u tlier s   ar e  d is ca r d ed .   T im estam p s   ar e  b r o k e n   ap ar t  in to   co m p o n en ts   o f   h o u r - of - d a y ,   d ay - of - wee k   an d   m o n th - of - y e a r   an d   s en t  th r o u g h   s in e  a n d   c o s in e  tr an s f o r m s   t o   r etain   th eir   cy clic  n atu r e.   As  co m m o n   tim e - s er ies  f ea tu r e - e n g in ee r in g   p r ac tice  [ 2 6 ] ,   th e  l ag   f ea tu r es  in clu d e   f ea tu r es  f r o m   th e  p r e v io u s   h o u r ,   th e  s am e  h o u r   th e  d a y   b ef o r e,   an d   th e  s am e  d ay   th e  wee k   b ef o r e.   Z   s co r e  is   u s ed   to   n o r m alize   all  n u m er ic   f ea tu r es.  T h e   tim e  s er ies  is   r e - ar r an g e d   in   a   s u p er v is ed   m an n er ,   with   a   7 2 - h o u r   tim e  win d o w   an d   a  6 - h o u r   f o r ec ast  h o r izo n ,   to   p er f o r m   th e   f o r ec asti n g   task   a n d   e n s u r e  n o   in f o r m atio n   f r o m   th e  f u tu r e   is   leak ed   in to   th e  tr a in in g .     2 . 4 .     CNN – L ST M   f o re ca s t er   T h e   f o r e ca s t er   is   a   1 - D   C N N – L STM   h y b r i d ,   as   s h o w n   in   F i g u r e   3 ,   wi th   h y p e r   p ar am ete r s   s h o wn   in   T a b le   3 .   Na tu r a ll y ,   l o c al  te m p o r al   f ea t u r es   li k e   m o r n i n g   r a m p s ,   e v e n i n g   p e ak s   a n d   s h o r t   b u r s ts   ar e  e x t r ac te d   wit h   tw o   1 - D   co n v o l u ti o n al   l a y e r s   ( wit h   6 4   an d   3 2   f i lte r s ,   k e r n el   s i ze   3 ,   r e cti f i ed   li n ea r   u n it   ( R eL U )   ac t iv ati o n ,   an d   a   s a m e  p ad d i n g )   a n d   b a t ch   n o r m al iz ati o n   [ 2 7 ]   r es p e cti v el y .   T h e   i d ea   is   s i m p le :  a   s m al l  k er n e l   m o v i n g   alo n g   t h e   h o u r l y   a x is   is   k i n d   o f   li k e   a n   “ e y e ”   t h at   ca n   b e  tr ai n e d   t o   d ete ct   t h ese   r e cu r r i n g   s u b - d a y   m o t if s ,   a n d   p r ec is el y   t h at   is   t h e  s o r t   o f   t h i n g   th at   p u r e ly   r e cu r r e n t   m o d e l s   c an   b e   s l o w   t o   c ap tu r e .   A f te r   th e   c o n v o l u t io n a l   b l o c k ,   t h e r e   is   a  m a x - p o o li n g   ( 2 ,   2 )   a n d   a   d r o p o u t   ( 0 . 2 )   la y e r .   T h e  lo n g e r - r a n g e  d e p e n d e n cie s   ar e  th en   c ap tu r ed   ac r o s s   t h e   7 2 - h o u r   wi n d o w   b y   tw o   s t ac k e d   L S T M   la y er s   wit h   6 4   an d   3 2   h i d d en   u n its ,   r es p e cti v e ly ,   a n d   0 . 2   d r o p o u t  u s e d   af te r   ea c h .   T h e  6 - h o u r ly   f o r e ca s ts   a r e   o b t ai n e d   i n   a  s in g l e  f e ed - f o r w ar d   p a s s   u s i n g   a  3 2 - u n it   R eL U   d en s e  la y e r   f o ll o w ed   b y   a  6 - u n i t  l in ea r   o u t p u t  h ea d .   T r ai n i n g   wi th   A d a m   ( l ea r n i n g   r ate   1 × 1 0 ⁻³ ) ,   m ea n   s q u a r e d   er r o r   ( MS E )   l o s s ,   e a r l y   s to p p i n g   ( p at ie n c e  1 0 ) ,   a n d   R ed u c eL R O n Pl ate a u   ( f ac to r   0 . 5 ,   p at ie n c e  5 ) .           Fig u r e  3 .   Hy b r id   1 - D  C NN – L STM   ar ch itectu r e  f o r   s ix - h o u r - ah ea d   tr af f ic  f o r ec asti n g .   C o n v o lu tio n al  b lo ck s   ( lef t)   ca p tu r e   lo ca l w ith in - d a y   s h ap e;  s tack ed   L STM   lay er s   ( ce n tr e)   ca r r y   lo n g er - r a n g e  tem p o r al  co n tex t;    a  d en s e  h ea d   ( r ig h t )   p r o d u ce s   th e  s ix - s tep   f o r ec ast       Ta b le  3 .   C NN – L STM   h y p e r p a r am eter s   an d   s ea r ch   s p ac e   C o m p o n e n t   F i n a l   s e t t i n g   S e a r c h   s p a c e   ( v a l i d a t i o n   o n l y )   I n p u t   w i n d o w   L   7 2   h o u r s   {2 4 ,   4 8 ,   7 2 ,   9 6 ,   1 6 8 }   F o r e c a st   h o r i z o n   H   6   h o u r s   F i x e d   b y   t a s k   C o n v 1 D   f i l t e r s   6 4 →3 2   {3 2 ,   6 4 ,   9 6 }   C o n v 1 D   k e r n e l / p a d d i n g / a c t i v a t i o n   3 / s a me / R e LU   F i x e d   B a t c h   n o r ma l i z a t i o n   a f t e r   e a c h   C o n v 1 D   {o n ,   o f f }   M a x P o o l / d r o p o u t   P o o l   2 / D r o p o u t   0 . 2   {0 . 1 ,   0 . 2 ,   0 . 3 ,   0 . 4 }   LSTM   h i d d e n   u n i t s   6 4 →3 2   {3 2 ,   6 4 ,   9 6 }   D e n se   h e a d   D e n se   ( 3 2 ,   R e LU ) →D e n se   ( 6 ,   l i n e a r )   F i x e d   O p t i mi z e r / l e a r n i n g   r a t e   A d a m / 1 × 1 0 ⁻ ³   {1 × 1 0 ⁻ ³,   5 × 1 0 ⁻ ⁴ ,   1 × 1 0 ⁻ ⁴}   Lo ss   M e a n   sq u a r e d   e r r o r   F i x e d   B a t c h   si z e   64   {3 2 ,   6 4 ,   1 2 8 }   M a x   e p o c h s/ e a r l y   st o p p i n g   5 0 / p a t i e n c e   1 0   F i x e d   LR   s c h e d u l e   R e d u c e L R O n P l a t e a u   ( f a c t o r   0 . 5 ,   p a t i e n c e   5 ,   m i n   l r   1 × 1 0 ⁻ ⁶)   F i x e d   R a n d o m s e e d   ( TF)   42   F i x e d       Valid atio n   o n ly   g r id   s ea r ch   ac r o s s   th e  s ea r ch   s p ac e  s u m m ar i ze d   in   T ab le  3   ( r ig h t  co lu m n )   was  u s ed   to   ch o o s e  h y p er p ar a m eter s .   I n   p ar ticu lar ,   we  s ea r ch ed   o v er   3 2 ,   6 4   a n d   9 6   co n v o lu tio n al  f i lter   co u n ts ,   3 2 ,   6 4 ,   an d   9 6   L STM   h i d d en   u n its ,   0 . 1 ,   0 . 2 ,   0 . 3 ,   an d   0 . 4   d r o p o u t   r ates  an d   1 ×1 0 ⁻³,   5 ×1 0 ⁻⁴,   1 × 1 0 ⁻⁴   lear n in g   r ates,   test in g   ea ch   o f   th e  ca n d id a te  m o d el  co n f ig u r atio n s   o n   th e  1 5 %  ch r o n o lo g ical  v al id atio n   s p lit  o n ly .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 3 2 2 1   C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l ,  Vo l.  7 ,   No .   3 ,  No v em b er   20 26 :  2 5 6 - 270   262   T h e  r ep o r ted   ar ch itectu r e   ( 6 4 - 6 4   co n v ,   6 4 - 3 2   L STM ,   d r o p o u t  0 . 2 ,   an d   lr = 1 ×1 0 ⁻³ )   is   th e  s i m p lest   m o d el  t o   b e   ju d g ed   b y   th e  o n e  s tan d a r d   er r o r   d o wn   cr iter i o n .   No   o t h er   p a r titi o n s   o f   th e  d ata  wer e  u s ed   in   th e  test   p ar titi o n   o th er   th an   o n ce   at  t h e  en d   f o r   h y p er p ar am eter   s elec tio n .   A  d r o p o u t  s en s itiv ity   s wee p s   o v er   {0 . 1 ,   0 . 2 ,   0 . 3 ,   an d   0 . 4 }  o n   th e  v alid atio n   p ar titi o n   p r o d u ce d     test - eq u iv alen t  m ea n   ab s o lu te  er r o r   ( MA E )   v alu es  with in   a  n ar r o w  b an d   o f   ap p r o x im ately   1 5 6 – 1 6 3   GB ,   with   th e  lo west  d is p er s io n   at  0 . 2   an d   clea r   u n d e r f itti n g   at  0 . 4 .   T h e  f o r ec aster   is   th er e f o r e  r o b u s t  to   s m all  p er tu r b atio n s   in   d r o p o u t  b u t  d o es  r eq u i r e  s o m e   r e g u lar izatio n   to   av o i d   m e m o r izin g   th e   s tr o n g   d iu r n al  p atter n .   T h e  in p u t  win d o w  L =7 2   h o u r s   was  s elec ted   af ter   also   ev a lu atin g   L   ∈   {2 4 ,   4 8 ,   9 6 ,   an d   1 6 8 }:  th e   7 2 - h o u r   win d o w  ca p tu r ed   b o th   d i u r n a l  an d   wee k en d - wee k d ay   s tr u c tu r e  with   th e   lo west  v alid atio n   MA E ,   wh ile   th e   168 - h o u r   wee k ly   win d o w  ad d ed   m ar g in al  ac c u r ac y   at  s u b s tan tially   h ig h er   p er - b atch   co m p u te  co s t.     2 . 5 .     Va ri a t io na l  a ut o enco der   T h e  d etec to r   f o llo ws  th e  VAE   f o r m u latio n   o f   Kin g m a  an d   W ellin g   [ 6 ]   an d   th e  r ec o n s tr u ctio n - p r o b a b il ity   f r am in g   u s ed   in   5 G  an o m aly   d etec tio n   b y   I s la m   et  a l.   [ 7 ] .   T h e  en c o d er   m a p s   an   8 - d im e n s io n al   in p u t  to   a  4 - d im en s io n al  laten t  s p ac e  p ar am eter ized   b y   m ea n   μ   an d   lo g - v ar ian ce   lo g   σ ²;  t h e  d ec o d e r   m ir r o r s   th e  en co d er .   T r ain in g   m in im i ze s   th e  s tan d ar d   ev id en ce   lo wer   b o u n d   ( E L B O )   o b jectiv e   r ec o n s tr u ctio n   MSE   p lu s   a  KL - d iv er g en ce   ter m   a g ain s t  a  s tan d ar d   Gau s s ian   p r io r   o n   n o r m al  r ec o r d s   o n ly .   T h e  r ec o n s tr u ctio n - er r o r   d ec is io n   r u le  th en   ask s ,   f o r   a n y   n ew  r ec o r d   x ,   wh et h er   x   lo o k s   lik e   a  s am p le  d r awn   f r o m   th e  s am e   d is tr ib u tio n   as  th e  t r ain in g   n o r m als:   if   x   lies   f ar   f r o m   th at  lear n ed   m an if o ld ,   its   r ec o n s tr u ctio n   er r o r   is   lar g e   an d   th e   r ec o r d   is   f lag g e d .   T h e  th r esh o ld   τ   is   f ix e d   at  t h e  9 9 th   p e r ce n tile  o f   v alid atio n   r e co n s tr u ctio n   er r o r s ,   y ield in g   τ =0 . 7 9 7   o n   th is   d ata s et.   T h e  f u ll  ar ch itec tu r e  an d   h y p er p ar am eter s   ar e  lis ted   in   T ab le  4   an d   s h o wn   s ch em atica lly   in   Fig u r e  4 .       T ab le  4 .   VAE   h y p er p ar am eter s   C o m p o n e n t   S e t t i n g   I n p u t   d i me n si o n   d   8   La t e n t   d i m e n s i o n   4   En c o d e r   D e n se   ( 3 2 ,   R e LU )   →D e n se   ( 1 6 ,   R e L U )   →  ( μ,   l o g   σ² )   ∈   ℝ⁴   D e c o d e r   D e n se   ( 1 6 ,   R e LU )   →D e n se   ( 3 2 ,   R e L U )   →  D e n se  ( 8 ,   l i n e a r )   R e p a r a m e t e r i z a t i o n   z= μ+ σ ⊙ ε ,   ε ∼   ( 0 ,   I)   O p t i mi z e r   A d a m ( l r = 1 × 1 0 ⁻ ³)   Lo ss   M S E  r e c o n s t r u c t i o n + K L   d i v e r g e n c e   ( β=1 . 0 )   B a t c h   si z e   1 2 8   M a x   e p o c h s/ e a r l y   st o p p i n g   5 0 / p a t i e n c e   4   Th r e s h o l d   τ   0 . 7 9 7   ( 9 9 t h   p e r c e n t i l e   o f   v a l i d a t i o n   M S E)   R a n d o m s e e d   ( TF)   42           Fig u r e  4 .   VAE   f o r   u n s u p er v is ed   an o m al y   d etec tio n .   T h e  e n c o d er   co m p r ess es th e  8 - d im e n s io n al  r ec o r d   in to     a  4 - d im en s io n al  Gau s s ian   laten t; th e  d ec o d er   r ec o n s tr u cts it.  R ec o n s tr u ctio n   er r o r   e( x )   is   c o m p ar ed   ag ain s t    a  f ix ed   th r esh o ld   τ   d er i v ed   f r o m   th e  9 9 t h   p er ce n tile o f   v alid a tio n   er r o r s       A  s wee p   o f   th r esh o ld   s en s iti v ity   was  also   p er f o r m ed   o n   t h e  v alid atio n   p ar titi o n   a n d   r a n g ed   f r o m   9 5 th   to   th e  9 9 . 9 t h   p e r ce n tiles .   T r an s itio n s   b etwe en   9 5 th   a n d   9 9 th   p er ce n tiles   r esu lted   in   a  l o s s   o f   r ec all  ( f r o m   0 . 6 6   to   0 . 5 0 )   b u t  an   in cr ea s e  in   p r ec is io n   ( f r o m   0 . 3 1   t o   0 . 4 9 ) ;  w h ile  tr an s itio n s   to   v er y   ex tr em e  9 9 . 9 th   p er ce n tile  r esu lted   in   h ig h   p r ec is io n - lo w  r ec all  r e g im e  s u itab le  f o r   v er y   co n s er v ativ e   aler tin g .   T h e   9 9 th   p er ce n tile  s ettin g   p r esen ted   in   T ab le  4   h as  b ee n   ch o s en   as  a  s u itab le  o p er atin g   p o i n t  an d   to   b e  co n s is ten t  with   th e  liter atu r e  f r o m   th e  r ec o n s tr u ctio n   p er s p ec tiv e.   T h is   s en s itiv ity   s wee p   i s   ex ten d ed   to   th e  test   s et   an d   th e   p r ec is io n - r ec all - F1   tr a d e - o f f   is   ex p licitly   s h o wn   in   s ec tio n   3 . 2 .     2 . 6 .     I m ple m ent a t io n,  e v a lua t io n,  a nd   ba s elines   E v alu atio n   m etr ics :  f o r ec asti n g   is   r ep o r ted   as M AE   ( GB ) ,   r o o t m ea n   s q u ar e  e r r o r   ( R MSE )   ( GB ) ,   an d   m ea n   ab s o lu te  p er ce n tag e   er r o r   ( MA PE )   ( %).   Dete ctio n   is   r ep o r te d   u s in g   p r ec is io n ,   r e ca ll,  F1 ,   ac cu r ac y ,     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l     I SS N:   2722 - 3 2 2 1       C o n vo lu tio n a l  n eu r a l n etw o r k  a n d   lo n g   s h o r t - term me mo r y  f o r ec a s tin g   a n d   …   ( R u v a r a s h e  C .   Ho ve )   263   th e  f u ll  co n f u s io n   m atr i x ,   p r ec is io n - r ec all  ar ea   u n d e r   th e  cu r v e  ( PR - AUC ) ,  an d   r ec eiv er   o p er atin g   ch ar ac ter is tic - ar ea   u n d er   th e  cu r v e  ( R OC - AUC ) .   W e  also   r ep o r t  9 5 %  b o o ts tr ap   co n f i d e n ce   in t er v als  ( 5 0 0   iter atio n s )   an d   p air wis e  s tatis t ical  test s   Dieb o ld - Ma r ian o   [ 2 8 ]   o n   s q u a r ed   f o r ec ast  lo s s   f o r   th e  f o r ec aster ,   an d   Mc Nem ar   f o r   th e  d etec to r   a g a in s t e ac h   b aselin e.   R ep r o d u cib ilit y :   all  c o d e   an d   d ata  ar e   r elea s ed   at   h ttp s ://g ith u b . c o m /r u v a r ash eh o v e - s v g /s m ar t - rf - s p ec tr u m - zw.   T h e   r ep o s ito r y   in clu d es  th e  d atas et,   th e  lo ca lizatio n   s cr ip t  ( Alg o r ith m   1 ) ,   th e  p r ep r o ce s s in g   p ip elin e,   th e  C NN – L STM   an d   VAE   tr ain in g   n o teb o o k s ,   b as elin e  r u n n e r s ,   an d   th e  ev al u atio n   h ar n ess   u s ed   to   p r o d u ce   ev er y   tab le  an d   f ig u r e.   T h e  C NN – L STM   an d   VAE   m o d els  wer e  i m p lem en ted   u s in g   T en s o r Fl o w/Ker as  [ 2 9 ] .   E x p er im en tal  s etu p :   th e  h ea d lin e  f o r ec aster   o p e r ates  o n   th e  n etwo r k - ag g r eg ate   h o u r ly   s er ies   o b tain ed   b y   av er ag i n g   tr af f ic - v o lu m e - GB   ac r o s s   th e  1 3   to wer s ,   th r ee   o p er at o r s ,   an d   f iv e  b an d s   at  ea ch   tim estam p ,   p r o d u cin g   1 2 4 , 4 1 6   s am p les  ( 8 7 , 0 9 1   tr ai n ,   1 8 , 6 6 2   v al,   1 8 , 6 6 3   test   u n d e r   s tr ict  c h r o n o lo g ical  s p lit).   An o m aly   d etec tio n   o p er ates  o n   th e  f u ll  3 1 5 , 2 4 7 - r ec o r d   p er - r ec o r d   d ataset  u s in g   a  7 0 /1 5 /1 5   r a n d o m   s p lit.     T h e  C NN – L STM   is   co m p ar ed   ag ain s t  n aiv e  last   v alu e,   s e aso n al  n aiv e  ( 2 4 - h o u r   lag ) ,   A R ( 2 4 )   R id g e  as  an   AR I MA / s ea s o n al  au to r eg r ess iv e  in teg r ate d   m o v in g   av er a g e  ( SAR I MA )   p r o x y ,   an d   f ee d - f o r war d   DNNs  s ized   96 - 6 4 ,   8 0 - 6 4 ,   an d   1 2 8   as  co m p u te - m atch e d   p r o x ies  f o r   L STM - o n ly ,   GR U,   an d   C NN - o n ly   ar c h itectu r es.    W e  co n tex tu alize   th ese  r esu lts   ag ain s t  p u b lis h ed   C o n v L ST M  [ 2 2 ]   an d   tr an s f o r m er - b ased   f o r ec asti n g   r esu lts   [ 2 3 ]   in   s ec tio n   3 . 1 ;  f u ll  ar c h itectu r es  with   eq u al  co m p u te  b u d g ets  ar e  r eser v ed   f o r   th e  jo u r n al - v er s io n   ex ten s io n .   T h e  VAE   i s   c o m p ar ed   a g ain s t  s tatis tical  3 - σ   t h r esh o ld in g ,   I s o latio n   Fo r est   (n - esti m ato r s =1 0 0 ,   co n tam in atio n = 0 . 0 2 ) ,   one - class   S VM   ( r ad ial  b asis   f u n ctio n   o r   R B F  k er n el,   ν =0 . 0 2 ,   o n   an   8 , 0 0 0 - s am p l e   s u b s am p le  f o r   tr ac ta b ilit y ) ,   an d   a  v an illa sh allo w  au to e n co d er .       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     F o re ca s t ing   re s ults   T r ain in g   l o s s   co n v e r g ed   s m o o th ly   with   ea r ly   s to p p i n g .   On   th e   h eld - o u t  test   p ar titi o n ,     th e  C NN – L STM   ac h iev es  M AE =1 5 8 . 9 7   GB ,   R MSE =2 3 0 . 4 1   GB ,   a n d   MA PE= 5 2 . 9 3 %  a g ain s t  an   ag g r e g ate  m ea n   lo ad   o f   4 2 4 . 2 6   GB /h o u r .   T ab le  5   r ep o r ts   th e  f u ll  b aselin e  p an el.   T h e  C NN – L STM   r ed u ce s   MA PE  b y   ap p r o x im ately   1 9 – 4 6 %  co m p ar ed   with   th e  class ical  b aselin es,  in clu d i n g   a  1 9 %  r ed u ctio n   in   MA PE  r elativ e   to   th e  s tr o n g est  class ical  b asel in e,   AR ( 2 4 )   R id g e;  all  im p r o v em en ts   o v er   class ical  b aselin es  ar e  s ig n if ican t  at   p <0 . 0 0 1   b y   p air e d   Dieb o ld – Ma r ian o   test   [ 2 8 ] .   Ag ain s t  th e   co m p u te - m atch ed   f ee d - f o r wa r d   DNN  p r o x ies  f o r   L STM - o n ly ,   GR U - o n ly ,   a n d   C NN - o n ly   ar ch itectu r es,  th e  C NN – L STM   i s   s tati s tically   i n d is tin g u is h ab le  in   MA E   b u t  ex h ib its   th e  lo west   MA PE  o f   th e  d ee p   m o d els,  s u g g esti n g   th at  th e  h y b r id   d esig n   is   at  leas t  as   co m p u te - e f f icien t  as  an y   s in g l e - f am ily   n eu r al  b aselin e  at  th i s   d ataset  s ize.   T h is   p atter n   is   co n s is ten t  with   th e  C o n v L STM   liter atu r e  o n   m u l ti - ce ll  lo ad   f o r ec asti n g   [ 2 2 ] ,   wh er e  th e  co n v o l u tio n al/r ec u r r en t  s p lit  y ield s   its   lar g est  g ain s   o n   m u lti - ch an n el  in p u ts ;  o n   a  s in g le  n etwo r k - ag g r eg ate  tar g et  th e  m ar g i n al  g ain   is   s m aller .   T r an s f o r m e r - b ased   f o r ec aster s   [ 2 3 ]   wo u ld   in   p r i n cip le  co m p ete  h er e,   b u t  th eir   r e p o r te d   g ai n s   in   th e  p u b lis h ed   ce llu lar   liter atu r e  co m e  at  s u b s tan tially   h ig h er   p ar am eter   a n d   co m p u te  b u d g ets th an   th is   wo r k   tar g ets.   T o   u n d er s tan d   th e  s ig n i f ican c e  o f   th e  MA PE  v alu e  ( 5 2 . 9 3 %),   it  is   im p o r tan t  to   co n s id er   th e  ce llu lar   f o r ec asti n g   r esu lts   th at  h a v e  b ee n   p u b lis h ed .   T h e   MA PE  v alu es  r e p o r ted   b y   W a n g   et   a l.   [ 4 ]   f o r     a  s p atio tem p o r al  d ee p   m o d el  o n   ce ll - lev el  tr af f ic  d ata  f r o m   a  m ajo r   m etr o p o litan   d ataset  f all  b etwe en   3 5 %  an d   6 0 %  an d   th e  af o r em en tio n ed   s u r v e y   b y   Z h an g   et  a l.   [ 3 ]   s h o ws  th at  MA PE  v alu es  r an g e  f r o m   ar o u n d   2 5 %  f o r   d en s e  ce ll - lev el   tr ac es  in   m atu r e  m a r k ets  to   m o r e  th an   7 0 %  f o r   ag g r eg ated ,   l ess   d en s e  tr ac es  in   em er g in g   m ar k ets.  T h is   MA P E   v alu e  f alls   o n   th e  h ig h   en d   o f   th at  r an g e,   wh ich   is   th e  r ea s o n ab le  v alu e  f o r     a  n etwo r k - ag g r eg ate   tar g et  f o r   a  lo c alize d   s et  o f   m o d er ate   d e n s ity .   T h e   C NN – L STM ’ s   1 9 %  MA PE  r ed u ctio n   r elativ e  to   AR ( 2 4 )   R id g e  is   co m p ar ab le  to   t h e  im p r o v e m en ts   r ep o r ted   b y   L iv ier is   et  a l.   [ 5 ]   an d   th e  g en er alize d   L STM   f o r ec asti n g   im p r o v e m en ts   r ep o r ted   b y   Pr ater   et  a l .  [ 1 0 ] .   Fo r ec asti n g   in   p r ac tice :   th e  C NN – L STM   h as a   r elativ e  MA E   o f   3 7 % a g ain s t th e  av er ag e  lo ad   o f   4 2 4  GB /h o u r .   Fig u r e  5   c o m p ar es  t h e  p r ed icted   t o   ac tu al  h o u r ly   tr af f ic  o n   th e  test   p ar titi o n ,   an d   d em o n s tr ates  an   o p er atio n al   co n s eq u en ce :  t h e   m o d el   ca p tu r es  d iu r n al  a n d   wee k ly   s tr u ctu r e   well,   th o u g h   o cc asio n ally   it  is   ca u g h t u n awa r e  at  a  d r am atic  s u r g e  o r   d r o p   in   th e  ac tu al  tr af f ic.   Fro m   th e  o p er atio n al  p o in t   o f   v iew,   if   th e  ce ll   s ite  was  ac tu ally   tr an s m itti n g   4 0 0   GB /h o u r ,   th e n   a  o n e   s tan d ar d   d e v iatio n   f o r ec ast  in ter v al  wo u ld   b e   ap p r o x im ately   2 4 1 - 5 5 9   GB /h o u r .   T h e  R MSE   v alu e  o f   2 3 0   GB   ( 5 4 %  o f   th e  m ea n )   m ea n s   t h at  u n ex p ec ted   s u r g es  an d /o r   s h ar p   d r o p s   i n   er r o r   ar e   ab o u t  1 . 5 x   o f   th e   ty p ical  er r o r .   He r e' s   h o w  it  will  d ir ec tly   af f ec t  ca p ac ity   p lan n in g :  2 0 0 +  GB   o f   u n d er - p r o v is io n in g   ca n   b e   s ee n   im p ac tin g   u s er   ex p e r ien ce   d u r in g   ev en i n g   p ea k s ,   an d   o v er - p r o v is io n in g   was te  leased   b ac k h au l.   T h e   u s e  o f   th e   f o r ec aster   in   co n ju n ctio n   with   th e   an o m aly   d etec to r   ( s ec tio n   3 . 2 )   is   ac tu ally   d esig n ed   t o   d e al  with   s u r g e   ca s e  as  ev en ts   th at  th e   f o r ec aster     u n d er - p r ed icts   will  g en er ally   also   in cr ea s e  th e  VAE   r ec o n s tr u ctio n   er r o r   an d   b e  d etec te d   in   th e  co m b in e d   o u tp u t r at h er   th a n   b e  o v er lo o k ed   b y   t h e  f o r ec ast alo n e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 3 2 2 1   C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l ,  Vo l.  7 ,   No .   3 ,  No v em b er   20 26 :  2 5 6 - 270   264   T ab le  5 .   Fo r ec asti n g   b aselin e  co m p ar is o n   ( n etwo r k   h o u r ly   s er ies,  test   s et)   M o d e l   M A E  ( G B )   R M S E   ( G B )   M A P E  ( %)   N o t e s   N a i v e   l a s t   v a l u e   2 7 6 . 0 0   3 8 4 . 4 6   9 8 . 2 1   ŷ ( t + h )   = y ( t )   S e a so n a l   n a i v e   ( 2 4   h )   2 1 6 . 4 3   3 2 2 . 4 2   6 6 . 7 7   ŷ ( t + h )   = y ( t + h − 2 4 )   A R ( 2 4 )   R i d g e   ( S A R I M A   p r o x y )   1 7 6 . 3 3   2 4 8 . 0 9   6 5 . 3 0   R i d g e   α = 1 . 0   o n   l a s t   2 4   l a g s   FF - D N N   ( 9 6 - 6 4 )   [ LST M   p r o x y ]   1 5 8 . 7 1   2 3 0 . 3 9   5 2 . 7 5   2 - h i d d e n - l a y e r   R e LU   M LP   FF - DNN  ( 8 0 - 6 4 )   [ G R U   p r o x y ]   1 5 9 . 2 9   2 3 0 . 8 1   5 3 . 0 4   2 - h i d d e n - l a y e r   R e LU   M LP   FF - D N N   ( 1 2 8 )   [ C N N   p r o x y ]   1 6 1 . 1 6   2 3 2 . 0 7   5 4 . 0 3   1 - h i d d e n - l a y e r   R e LU   M LP   C N N – LST M   ( t h i s w o r k )   1 5 8 . 9 7   2 3 0 . 4 1   5 2 . 9 3   H y b r i d   1 - D   C N N + 2 - s t a c k   LST M           Fig u r e  5 .   P r ed ict ed   v s .   a ct u al   h o u r l y   n etw o r k - ag g r e g a te   t r a f f i c  o n   t h e  t est   p ar tit io n .   T h e  C N N – L STM   t r a ck s   d i u r n al  a n d   w ee k l y   s tr u c tu r e  cl o s el y ;   v is i b l e  r es id u al  er r o r   co n c en tr ates   o n   s h a r p   s u r g es  an d   d r o p - o f f s ,   wh ic h   is   p r ec is el y   th e  r e g i m e  w h e r e  t h e   p a r al lel   VA E   d ete ct o r   ( s ec ti o n   3 . 2 )   is   i n te n d e d   t o   r ais e  a  f l ag .   Op er ati o n a ll y ,   th e   g a p   b etw ee n   th e  p r e d i cte d   an d   ac tu al   c u r v es s h o w n   h e r e  co r r es p o n d s   to   t h e   u n d er -   o r   o v e r - p r o v is i o n in g   th a t  a  ca p a cit y   p la n n e r   w o u l d   h a v e   t o   b u d g et   f o r   if   r el y i n g   o n   th e  f o r ec ast   al o n e       3 . 2 .     Ano m a ly   det ec t io n r esu lt s   VAE   tr ain in g   lo s s   d ec r ea s e d   s m o o th ly   o v er   5 0   ep o c h s   with   a  s tead y   tr ain – v alid atio n   g ap ,     th e  ex p ec ted   b eh a v io u r   o f   a  VAE   tr ain ed   o n   th e  n o r m al  s u b s et  o n ly   [ 7 ] .   At  th e  v alid ati o n - d er i v ed   th r esh o l d   τ =0 . 7 9 7 ,   th e   m o d el  p r o d u ce s   p r ec is io n =0 . 4 8 9 ,   r ec all=0 . 5 0 2 ,   F1 =0 . 4 9 5 ,   an d   ac cu r ac y =0 . 9 7 9 ,   with   co n f u s io n   m atr ix   ( T P=4 9 1 ,   FP =5 1 3 ,   T N= 4 5 , 7 9 6 ,   an d   FN=4 8 8 )   r ep o r ted   in   T ab le  6 .   P R - AUC=0 . 5 3 8   an d     R OC - AU C =0 . 8 6 8   o v er   t h e  f u ll  th r esh o ld   s wee p .   T h e  b aselin e  p an el  f o r   th e  d etec to r   is   r e p o r ted   in   T ab le  7 .   Fig u r e  6   s h o ws  th e  p er - s am p l e  ab s o lu te  f o r ec ast - er r o r   d is tr ib u tio n   th at  m o tiv ates  a  p ar allel  d etec to r .   Fig u r e  7  v is u alize s   th e  VAE   r ec o n s tr u ctio n - er r o r   d is tr ib u tio n s   f o r   n o r m al  an d   a n o m alo u s   r ec o r d s   an d   ex p o s es  th e   o v er lap   r e g io n   th at  lim its   an y   r ec o n s tr u ctio n - o n ly   s co r e.   A cc u r ac y   at  9 7 . 9 %  is   m is lead in g   u n d er   th e  2 . 0 3 %  an o m aly   r ate:  a  tr iv ial  all - n eg ativ e  class if i er   wo u ld   ac h iev e  9 7 . 9 7 %.  Pre cisi o n   an d   r ec all  a r e  th e  o p er atio n ally   r elev an t  m et r ics,  an d   th e   p r ec is io n – r ec all  tr ad e - o f f   in   Fig u r e   8   an d   th r esh o ld   s en s itiv ity   c u r v e  in   Fig u r e   9   ar e   wh er e  an y   d ep lo y m en t d ec is io n   s h o u ld   b e  m ad e .       T ab le  6 .   VAE   an o m aly - d etec t io n   p er f o r m a n ce   at  τ =0 . 7 9 7   M e t r i c   V a l u e   P r e c i s i o n   0 . 4 8 9   R e c a l l   0 . 5 0 2   F1 - sc o r e   0 . 4 9 5   A c c u r a c y   0 . 9 7 9   Tr u e   p o si t i v e s   ( TP)   4 9 1   F a l se   p o si t i v e s (F P )   5 1 3   Tr u e   n e g a t i v e s (TN )   4 5 , 7 9 6   F a l se   n e g a t i v e s (F N )   4 8 8   PR - AUC   0 . 5 3 8   R O C - AUC   0 . 8 6 8       T ab le  7 .   An o m aly - d etec tio n   b aselin e  co m p ar is o n   M o d e l   P r e c i s i o n   R e c a l l   F1   PR - AUC   R O C - AUC   S t a t i st i c a l   t h r e sh o l d i n g   ( 3 - σ)   0 . 9 8 3   0 . 3 7 8   0 . 5 4 6   0 . 5 7 8   0 . 9 4 4   I so l a t i o n   F o r e st   0 . 1 5 8   0 . 1 8 4   0 . 1 7 0   0 . 1 1 1   0 . 8 3 0   O n e - c l a ss SV M   0 . 3 2 6   0 . 6 7 8   0 . 4 4 1   0 . 6 2 9   0 . 9 1 9   V a n i l l a   a u t o e n c o d e r   0 . 4 9 6   0 . 4 8 0   0 . 4 8 8   0 . 5 2 6   0 . 8 9 7   V A E  ( t h i s w o r k )   0 . 4 8 9   0 . 5 0 2   0 . 4 9 5   0 . 5 3 8   0 . 8 6 8   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C o m p u t Sci  I n f   T ec h n o l     I SS N:   2722 - 3 2 2 1       C o n vo lu tio n a l  n eu r a l n etw o r k  a n d   lo n g   s h o r t - term me mo r y  f o r ec a s tin g   a n d   …   ( R u v a r a s h e  C .   Ho ve )   265       Fig u r e  6 .   Per - s am p le  ab s o lu te  f o r ec ast er r o r   d is tr ib u tio n   o n   t h e  test   p ar titi o n   ( T h e   lo n g   r ig h t ta il r ep r esen ts   th e  s u r g e/d r o p - o f f   r e g im e  wh e r e  f o r ec ast an d   d etec to r   s ig n als ar e  in ten d ed   t o   b e  c o m b in e d )           Fig u r e  7 .   VAE   r ec o n s tr u ctio n   MSE   f o r   n o r m al  v s .   an o m alo u s   r ec o r d s ,   with   τ =0 . 7 9 7   m ar k e d .  T h e  s ep ar a b le  u p p er   tail c o r r esp o n d s   p r im ar i ly   to   in ter f er e n ce   an d   tr af f ic  s u r g e  ev e n ts ; th e  o v er la p   r eg i o n   n ea r   τ   is   d o m in ated   b y   s ig n al  d r o p o u t a n d   u n a u th o r ized   r ec o r d s   ( cf .   T ab le  8 )           Fig u r e  8 .   Pre cisi o n - r ec all  cu r v e  o v er   a  t h r esh o ld   s wee p s   o n   t h e  test   s et.   PR - AU C =0 . 5 3 8           Fig u r e  9 .   Pre cisi o n ,   r ec all,   an d   F1   as th e  th r esh o ld   τ   v a r ies ac r o s s   th e  9 5 th – 9 9 . 9 th - p e r ce n tile r an g e  o f   v alid atio n   r ec o n s tr u ctio n   e r r o r .   T h is   cu r v e  is   th e  b asis   f o r   th e   co s t - s en s itiv e  o p er atin g   p o in t  s elec tio n   d is cu s s ed   at  th e  en d   o f   s ec tio n   3 . 2       Per - class   d etec ti o n   p er f o r m a n ce   is   r ep o r ted   in   T ab le  8 ,   wi th   9 5 %  b o o ts tr ap   co n f id e n ce   in ter v als   ( B =5 0 0   r esam p les)  ad d ed   in   r esp o n s e  to   a  r ev iewe r   r eq u est.  T ab le  9   th en   p r o v id es  a   p h en o m e n o lo g ical   in ter p r etatio n   o f   wh y   ea ch   cla s s   is   o r   is   n o t  s ep a r ab le  b y   a   r ec o n s tr u ctio n - o n ly   s co r e.   Fig u r e  1 0   v is u alize s   th e   p er - class   r ec o n s tr u ctio n - er r o r   d is tr ib u tio n s   ex p licitly ,   s h o win g   h o w   i n ter f er e n ce   r ec o r d s   s it  clea n ly   in   th e   u p p er   tail w h ile  u n au th o r ized   r ec o r d s   o v er lap   alm o s t e n tire ly   with   th e  n o r m al  m ass .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.