Energiesysteme integrieren zunehmend Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT), was zu cyber-physischen Energiesystemen (CPES) führt. IKT unterstützen den Betrieb von Energiesystemen, führen aber auch zu neuen Störungen. Um resiliente CPES zu entwickeln, ist eine Quantifizierung der Versorgungsleistung von Energiesystemen notwendig. Die Betriebszustandsklassifizierung ist ein beliebtes Instrument dafür, aufgrund der unzureichenden Erfassung von IKT-Aspekten ist die Anwendung bei CPES jedoch eingeschränkt. Diese Dissertation präsentiert ein Betriebszustandsmodell, das die Aspekte von Energie- und IKT-System mit Hilfe von Graphen und Zustandsautomaten integriert. Es wird gezeigt, dass das Modell die Ausbreitung von Störungen in CPES darstellen kann. Zusätzlich wird eine Monte-Carlo-basierte Methodik und Metriken zur Quantifizierung von Resilienz von IKT-Systemen beschrieben. Damit lassen sich verschiedene IKT-Designs vergleichen und die Resilienz von CPES verbessern.
Power systems increasingly depend on information and communication technologies (ICT), creating cyber-physical energy systems (CPESs). While ICT enables grid services for operating power systems, it also introduces new disturbances necessitating resilient CPESs. This requires quantifying the system’s performance. Operational state classification is a popular tool for assessing power system performance but inadequately captures ICT aspects, limiting its application in analysing CPESs. In this regard, this thesis has two main contributions. First, a joint operational state model for CPESs is developed, integrating power and ICT system aspects. Here, property graphs and finite state automata are used. The model is shown to trace disturbance propagation in CPESs by considering interdependencies. Second, a Monte Carlo-based methodology and metrics are developed to quantify the resilience of ICT systems. These metrics can compare different ICT designs, ultimately improving CPES resilience.
von Werner Damm ; David Hess ; Mark Schweda ; Janos Sztipanovits ; Klaus Bengler ; Bianca Biebl ; Martin Fränzle ; Willem Hagemann ; Moritz Held ; Klas Ihme ; Severin Kacianka ; Alyssa J. Kerscher ; Sebastian Lehnhoff ; Andreas Luedtke ; Alexander Pretschner ; Astrid Rakow ; Jochem Rieger ; Daniel Sonntag ; Maike Schwammberger ; Benedikt Austel ; Anirudh Unni ; Eric M. S. P. Veith
von Klaus Bengler ; Werner Damm ; Andreas Luedtke ; Jochem Rieger ; Benedikt Austel ; Bianca Biebl ; Martin Fränzle ; Willem Hagemann ; Moritz Held ; David Hess ; Klas Ihme ; Severin Kacianka ; Alyssa J. Kerscher ; Laine Forrest ; Sebastian Lehnhoff ; Alexander Pretschner ; Astrid Rakow ; Daniel Sonntag ; Janos Sztipanovits ; Maike Schwammberger ; Mark Schweda ; Anirudh Unni ; Eric M. S. P. Veith
von Werner Damm ; Martin Fränzle ; Alyssa J. Kerscher ; Forrest Laine ; Klaus Bengler ; Bianca Biebl ; Willem Hagemann ; Moritz Held ; David Hess ; Klas Ihme ; Severin Kacianka ; Sebastian Lehnhoff ; Andreas Lüdtke ; Alexander Pretschner ; Astrid Rakow ; Jochem Rieger ; Daniel Sonntag ; Janos Sztipanovits ; Maike Schwammberger ; Mark Schweda ; Alexander Trende ; Anirudh Unni ; Eric M. S. P. Veith
Gesehen am 02.04.2024 ; Published online 14 Jan. 2024
"The design and analysis of multi-agent human cyber-physical systems in safety-critical or industry-critical domains calls for an adequate semantic foundation capable of exhaustively and rigorously describing all emergent effects in the joint dynamic behavior of the agents that are relevant to their safety and well-behavior. We present such a semantic foundation. This framework extends beyond previous approaches by extending the agent-local dynamic state beyond state components under direct control of the agent and belief about other agents (as previously suggested for understanding cooperative as well as rational behavior) to agent-local evidence and belief about the overall cooperative, competitive, or coopetitive game structure. We argue that this extension is necessary for rigorously analyzing systems of human cyber-physical systems because humans are known to employ cognitive replacement models of system dynamics that are both non-stationary and potentially incongruent. These replacement models induce visible and potentially harmful effects on their joint emergent behavior and the interaction with cyber-physical system components." - www.acm.org
ACM transactions on cyber-physical systems New York, NY : ACM, 2017 8(2024), 1, Artikel-ID 4, Seite 1-23 Online-Ressource
Die zunehmende IT-OT-Verzahnung macht die Datenakquise, besonders bei Messwerten ohne Redundanz, anfällig für Angriffe. Die Arbeit erforscht die Modellierung und Integration multivariaten Vertrauens in physische Messwerte in cyber-physischen Stromversorgungssystemen. Vier Artefakte wurden entwickelt: Ein Vertrauensmodell ermöglicht multivariates Vertrauen für Lagebildanalysen. Eine Integrationsplattform für Vertrauensschätzer nutzt externe Informationen zur Vertrauenswahrscheinlichkeitsschätzung. Eine anomaliesensitive State Estimation berücksichtigt die multivariate Vertrauenswürdigkeit der Messwerte. Ein Gesamtsystem integriert die Artefakte und baut auf datengetriebene Verarbeitung. Ein Cyberangriffsszenario demonstriert den Mehrwert des Ansatzes und die Evaluation zeigt, dass das multivariate Vertrauen in die Zustandsvariablen mit deren Kompromittiertheit korreliert, das System für unterschiedliche Netze einsetzbar ist und verschiedene Vertrauensschätzer integriert werden können.
The increasing integration of IT and OT renders data acquisition, especially for non-redundant measurements, susceptible to attacks. This thesis explores the modeling and integration of multivariate trust in physical measurements in cyber-physical power systems. Four artifacts have been developed: A trust model enables multivariate trust for analyses of situational awareness. An integration platform for trust estimators utilizes external information for the estimation of trust probabilities. An anomaly sensitive state estimation considers the multivariate trust in measurements. A comprehensive system integrates these artifacts and relies on data-driven processing. A cyberattack scenario demonstrates the approach's added value and the evaluation indicates that multivariate trust in state variables correlates with their compromise. The system is applicable to different networks, and various trust estimators can be integrated.
Die Dissertation analysiert die Wissensintegration in innovativen Smart Grid Projekten. Kollaborative Projekte sind ein wichtiger Bestandteil für die Schaffung intelligenter Lösungen geworden, stellen aber aufgrund der heterogenen und wissensintensiven Beziehungen auch eine Herausforderung dar. Smart Grid Projekte hängen daher von den unterschiedlichen Wissenshintergründen der beteiligten Partner ab. Um den Prozess der Wissensintegration in Smart Grid Projekten zu entwirren, befasst sich meine Dissertation mit verschiedenen sozialwissenschaftlichen Konzepten wie der Wissensintegration, Proximitäten, Wissensgrenzen, interorganisationales Lernen, Wissensüberbrückung, Grenzobjekte und Innovationsentwicklung. Die Dissertation beleuchtet, wie und in welchem Ausmaß heterogene Projektpartner Wissen voneinander integrieren, um Innovationen zu entwickeln. Meine Forschung hat gezeigt, dass die Wissensintegration mit verschiedenen Wissensgrenzen konfrontiert ist. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, findet interorganisationales Lernen im Bereich des gemeinsamen Methoden- und Werkzeugwissens statt, während domänenspezifisches Wissen oftmals überbrückt wird. Außerdem ermöglichen Grenzobjekte die Zusammenarbeit zwischen konkurrierenden Organisationen.
The dissertation analyzes the knowledge integration in innovative Smart Grid projects. Collaborative projects became an important part for creating intelligent solutions, but are also challenging due to heterogeneous and knowledge-intensive relations. Smart Grid projects therefore depend on the different knowledge backgrounds of the partners involved. To disentangle the knowledge integration process in Smart Grid projects, my dissertation addresses different social science concepts, such as knowledge integration, proximities, knowledge boundaries, interorganizational learning, knowledge bridging, boundary objects and innovation development. The dissertation sheds light on how and to what extent heterogeneous project partners integrate knowledge from each other to develop innovation. My research revealed that knowledge integration is confronted with diverse knowledge boundaries. To deal with these challenges, interorganizational learning takes place in the area of common method and tool knowledge, while domain-specific knowledge is bridged. Also, boundary objects enable collaboration among conflicting organizations.
