Müjgan Sağır danışmanlığında hazırladığım "Kritik alan savunma planlamasında koruyucu modellere dayalı bütünleşik çözüm yaklaşımı" başlıklı doktora tezim özgün bir çalışma olup; Tez çalışmasının tüm aşamalarında bilimsel etik ilke ve kurallara uygun davrandım; Tezimde sunduğum bilgi ve verileri akademik ve bilimsel etik ilke ve kurallara uygun olarak elde ettim; Tezimde kullandığım tüm çalışmalardan alıntı ve alıntı yaptığımı, veri, belge ve sonuçları bilimsel etik ilke ve kurallara uygun olarak sunduğumu beyan ederim. 11 Eylül 2001 terör saldırıları ve AB ülkelerindeki terör saldırılarından sonra ABD, AB ve diğer gelişmiş ülkelerde kritik tesislerin güvenliğine ilişkin birçok araştırma yapılmaya başlanmıştır.16 Kritik sektörler, AB politika direktifinde tanımlanmıştır. ABD Başkanı (PPD-21). Sorun, belirli bir bölgeye kesintisiz güç arzının sağlanması için elektrik şebekesinin hangi bileşeninin korunacağının belirlenmesi olarak özetlenebilir. Çalışma, "nöbet"in neden olduğu aksamaya odaklanıyor.
In addition to previous studies on electrical networks, in function of the purpose, this study also includes criticism of the area where the load is shed. This field of work, for the problem described above, new solutions based on mathematical models were developed and the usability of the method was demonstrated with experimental results. Genetic algorithm-based heuristics k_GA (initial population is rule-based) and r_GA (initial population is random) are developed for NP-hard problems.
GİRİŞ VE AMAÇ
Daha sonra genel bir yasaklama/korunma problemi için saldırı türlerindeki değişim dikkate alınarak geliştirilen iki yeni matematiksel model sunulmaktadır. Yine hizmet veren tesislerin kapasitesinin sınırlı olacağı ve saldırganın arz-talep dengesini bozmayı hedefleyeceği göz önüne alındığında, "Arz-Talep Bozulmasına Karşı İki Seviyeli Çoklu Saldırı Tipi Koruma Modeli (SD - R IMF)" 4.2'de sunulmuştur. 5.3.'de gerçek bir elektrik şebekesinin sınırlamaları dikkate alınarak elektrik sistemi 3 seviyede modellenmiş ve yeni bir model olarak "Üç Seviyeli Çoklu Saldırı Tipi Elektrik Şebekesi Koruma Modeli" sunulmuştur.
Saldırganın saldırıdaki amacının maliyet değil, arz talep dengesini bozmak olduğu dikkate alınmakta ve saldırganın asıl amacının arz talep dengesini bozmak olduğu dikkate alınarak yeni bir model 2 geliştirilmektedir. . Elektrik şebekelerinin kendine özgü sınırlamaları dikkate alınarak literatürdeki elektrik şebekesi modellerinden farklılaşan yeni bir model geliştirilmiştir (Yeni Model 3). Yeni model 3'te ise literatürde pek dikkate alınmayan "kesilecek alanın eleştirisi" kavramı modele dahil edilmiştir.
LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
Losada a) çalışmasında zaman dilimleri dikkate alınan modelde, hasarlı tesislerin iyileşme süreleri de modele dahil edilmiştir. Losada a) çalışmalarında zaman dilimlerini dikkate almış ve hasarlı tesislerin iyileşme süreleri modele dahil edilmiştir. Losada (2012-b), rahatsızlık yoğunluk seviyelerinin belirsiz olduğunu dikkate alarak stokastik bir yasak modeli önermiştir.
Önceki çalışmalara bakıldığında saldırı türünün spesifik ve tekdüze olduğu varsayılmaktadır. Bu çalışma çerçevesinde saldırı türlerinin tek tip olmayacağı, birbirinden farklılık göstereceği dikkate alınmıştır. Ayrıca koruma türlerinin farklı olabileceği ve bazı koruma biçimlerinin birden fazla saldırı türünü önleyebileceği düşünülerek "iki aşamalı, çok saldırı tipinde bir yasaklama/koruma modeli" önerildi.
MATERYAL VE YÖNTEM
KRİTİK TESİSLER İÇİN SALDIRAN VE SAVUNANIN OLDUĞU YASAKLAMA/KORUMA PROBLEMLERİ YASAKLAMA/KORUMA PROBLEMLERİ
4.4) Bu, iki seviyeli modelin alt seviye (saldırgan) amaç fonksiyonudur. R'yi p tesislerinden yasaklarken ağırlıklı maliyeti maksimuma çıkarmayı amaçlamaktadır. Saldırı ve koruma türleri göz önünde bulundurularak geliştirilen "İki Seviyeli Çoklu Saldırı Tipi Yasaklama/Koruma Modeli (R IMF) (Yeni Model 1)" modelinin üst seviyesi savunmacı seviyesi olup, koruma planının uygulandığı seviyedir. . Bu, iki düzeyli modelin üst düzey amaç fonksiyonudur. R, p tesislerinden yasaklandığında ağırlıklı maliyeti en aza indirmeyi amaçlamaktadır. 4.12) Tesisin savunması için ayrılan bütçe kadar tesis için tahkim sağlar. 4.14).
Bu, her talep noktasının saldırı sonrası bir tesisten hizmet almasını sağlar. 4.16) Saldırı türüne göre yasaklanabilecek maksimum tesis sayısını sınırlar. 4.18). Öncelikle arz miktarının talebin altına düşmemesini sağlamayı ve bu başarıldığında r'nin p santralden yasaklanması sırasındaki ağırlıklı maliyetin en aza indirilmesini amaçlamaktadır. 4.24) tesisin savunması için ayrılan bütçe kadar tesis için tahkimi sağlar. 4.26). Saldırı sonrasında santral kapasitesi yeterli ise her talep noktasının bir santralden hizmet almasını sağlar. 4.29) Saldırı türüne göre yasaklanabilecek maksimum tesis sayısını sınırlar. 4.31).
TESİS 3
Önerilen Yeni Model 1 ve Yeni Model 2'yi test etmek için, hizmet sağlayan dört kritik tesis (j), hizmet alan dört talep merkezi (i) ve iki farklı yasak (e) ve bunlara karşılık gelen iki güvenlik türü (f) ile bir test kullanılır. . . Güvenlik kaynağının beş ve saldırı kaynağının iki olduğu test problemi şematik olarak Şekil 4-3'te gösterilmektedir.
TALEP NOK. 1
TALEP NOK. 4
ELEKTRİK ŞEBEKELERİNDE YASAKLAMA/KORUMA PROBLEMLERİ
“Üç seviyeli çoklu saldırı güç şebekesi koruma modeli” için geliştirilen çözüm algoritması Bölüm 5.4'te sunulmaktadır. Amacı bir saldırı sonrası hasarı en aza indirmek olan sistem operatörü, bu setteki yasakların her bir kombinasyonu için elde edebileceği en iyi amaç fonksiyonu değerini hesaplar (Şekil 5.4). Bu şekilde koruma kombinasyonunun yasaklama kombinasyonları kümesindeki tüm yasaklama kombinasyonlarının amaç fonksiyon değerleri hesaplanır.
Birinci algoritmadaki her bir güvenlik kombinasyonu için ikinci algoritma, en büyük amaç fonksiyonu değeri ve değeri ile yasaklama kombinasyonunu döndürür. Birinci algoritmada her bir güvenlik kombinasyonu için döndürülen bu değerler aynı zamanda güvenlik kombinasyonunun amaç fonksiyon değeridir. Önerilen bu çözüm algoritması ile "Üç Seviyeli Çoklu Saldırı Tipi Elektrik Şebekesi Koruma Modeli"nin deneysel değerlendirmesi Bölüm 7.1'deki örnek veri setleri ile gerçekleştirilmektedir.
ÜÇ SEVİYELİ ÇOKLU SALDIRI TİPLİ ELEKTRİK ŞEBEKESİ KORUMA PROBLEMİ İÇİN GENETİK ALGORİTMA TABANLI SEZGİSEL
GA'nın optimizasyon problemlerinde tercih edilen teknik olmasının başlıca nedenleri şunlardır (Gen ve Cheng, 1997); Gen, GA'nın bağımsız bir anlamı olan ve genetik bilgiyi taşıyan en küçük genetik birimidir (Şekil 6.1). GA'da kromozomlar probleme göre kodlanıp başlangıç popülasyonu oluşturulduktan sonra her bireyin (kromozomun) ne kadar iyi olduğunu belirlemek için bir uygunluk fonksiyonu belirlenir.
Rahatlama miktarı GA uygunluğunun bir fonksiyonu olarak alındı. bireyler ikili kromozom 1-0 olarak temsil edilir. Kural bazlı seçimde Şekil 6.5'te görüldüğü gibi rastgele oluşturulan kromozomlardan belirlenen kurallara göre değerlendirme yapılarak tek bir set oluşturulmuştur. Her iki yöntem için de k_GA için seçilen bireylerin başlangıçtaki popülasyon büyüklüğü ve kurala dayalı oranı, Bölüm 6.3'te gerçekleştirilen deneysel tasarım çalışmasının sonuçlarına göre daha sonra belirlenecektir.
GA'daki mutasyon, seçilim sürecinde popülasyonda kaybolan genlerin değiştirilmesi veya orijinal popülasyonda bulunmayan gen dizilerinin ortaya çıkarılması gibi kritik görevleri yerine getirir (Gen ve Cheng, 1997). Hamilton ve Ridley (2005) doğada olduğu gibi GA'daki mutasyon oranının genel olarak oldukça düşük olduğunu belirtmektedir. Koruma kombinasyonları için uygunluk değerleri hesaplanırken her bir koruma kombinasyonu için olası tüm yasaklama kombinasyonları belirlenerek Bölüm 5.4 Yasaklama Kombinasyon Uygunluğu'nda anlatıldığı gibi seviye 3'e gönderilir.
Genel hatlarıyla çözüme yönelik tasarlanan sistem akış şeması ve temel bileşenler şekil 6.15'te verilmiştir. Büyük ölçekli problemlerin çözümü için geliştirilen genetik algoritma tabanlı sezgisel yaklaşım, Şekil 6.10'da verilen yapı korunarak hazırlanmıştır. Bu amaçla Şekil 6.15'teki yapıya göre daha önce Python ile geliştirilen yaklaşım, bahsedilen GA işlemlerinin entegre edilmesiyle geliştirilmiştir.
Kombinasyonların ve GA operatörlerinin (çaprazlama, mutasyon vb.) oluşturulması ve seçimine karşılık gelen işlemler yeniden kodlanır.
ÇÖZÜM YAKLAŞIMLARININ DENEYSEL DEĞERLENDİRMESİ
Çözüm süresini etkileyen faktörlere baktığımızda öncelikle 1. seviyedeki savunma kombinasyonunun ve 2. seviyede oluşan saldırı kombinasyonu sayısının çözüm süresini doğrudan etkilediğini görüyoruz. Önerilen sezgisel algoritma r_GA kullanılarak, matematiksel modelle çözülemeyenler de dahil olmak üzere Bölüm 7.1'de verilen problemler algoritma kullanılarak çözülmüştür (bu karşılaştırmadaki örnek problem gerçek bir problem olmadığından popülasyon büyüklüğü r_GA, çaprazlama oranı vb. parametreler puan olarak ayarlandı, analiz tespit edilemedi). Bu durumda güç sistemlerinin analizinde pu değerleri kullanıldığı için Tablo 7.8'de parametreler de pu cinsinden verilmiştir.
Sıkı orta ve gevşek koruma kategorilerine yönelik örnek problemler için k_GA ve r_GA sezgisel algoritmalarının Performans Sonuçları. Sıkı orta ve gevşek koruma kategorileri için örnek problemler için k_GA ve r_GA sezgisel algoritmalarının Performans Sonuçları (devamı). Şekil 7.4'te koruma kaynağı açısından "orta koruma" kategorisinde sunulan set 8 örneği incelendiğinde, k_GA'da algoritmanın çalışma hızı daha hızlıdır.
Tablo 12'de r_GA algoritmasının çözüm değerlerini ve ek istatistikleri içeren test verileri bulunmaktadır. a) Koruma kategorilerine (r_GA) karşılık gelen sonuçlar arasındaki farkların analizi, (b) Kuruskal-Wallis Testi için tamamlayıcı istatistikler. Sıkı orta ve gevşek koruma kategorileri için k_GA ve r_GA algoritmalarının performansının istatistiksel karşılaştırması. Tablo 13'te Wilcoxon parametrik olmayan testleri için kullanılan çözünürlük sonuçları ve test edilecek fark değerleri test sırasına göre listelenmiştir.
Sıkı, orta ve gevşek koruma kategorileri için k_GA ve r_GA algoritmalarının 1 örnek Wilcoxon test veri formatı.
BULGULAR VE TARTIŞMA
SONUÇ VE ÖNERİLER
Bu buluşsal yöntemler, başlangıç popülasyonunun rastgele oluşturulduğu r_GA ve kural tabanlı bir yapıyla oluşturulduğu k_GA algoritmalarıdır. Bu farkın anlamlılığı parametrik olmayan testler kullanılarak analiz edilmiş ve k_GA algoritmasının üstünlüğünün sıkı ve orta koruma kategorileri için istatistiksel olarak anlamlı olduğu bulunmuştur. Literatürdeki saldırı türleri elektrik şebekesi problemleri için dikkate alınmadığından önerilen k_GA ve r_GA algoritmalarını birbirleriyle karşılaştırdık.
Arroyo, J.M., Galiana, F.D., 2005, On the Solution of the Bilevel Programming Formulation of the Terrorist Threat Problem, IEEE Transactions On Power Systems 20. Delgadillo, A., Arroyo, J.M., 2010, Analysis of Electric Grid Interdiction With Line Switching , IEEE Transactions On Power Systems, 25. Ghaffarinasaba, N., Atayi R., 2018, An implicit enumeration algorithm for the hub interdiction median problem with fortification, European Journal of Operational Research 267, 23-39.
Jiang, J., Liu, X., 2018, A multi-objective Stackelberg game model for water networks against prohibitions with imperfect information, European Journal of Operational Research. Motto, A.L., Arroyo, J.M., Galiana, F.D., 2005, A mixed integer lp procedure for power grid security analysis under disruptive threat”, IEEE Transactions On Power Systems, Vol. Salmeron, J., Wood, K., Baldick, R., 2004, Analysis of power grid security under terrorist threat, IEEE Transactions On Power Systems, Vol.
Scaparra, M.P., Church, R.L., 2008, Sertleşmeyle Orta Kısıtlama Sorununa Kesin Çözüm Yaklaşımı, Avrupa Yöneylem Araştırması Dergisi Sivanandam, S. Wu, X., Conejo, AJ, 2017, An Efficient Tri-Level Optimization Model for Güç Şebekesi Savunma Planlaması, Güç Sistemlerinde IEEE İşlemleri, Cilt. Not-B: r_GA ve k_GA Algoritmaları Deney Minitab Sonuçlarının Tasarımı Deney sonuçlarının Taguchi tasarımı ve r_GA parametreleri için analiz sonuçları.
Wilcoxon Minitab işaretli sıralar testi sonuçları ile katı korunum kategorisi için r_GA ve k_GA algoritmalarının performans farklılıklarının analizi. Wilcoxon işaretli sıralar testinin Minitab test sonuçları ile orta koruma kategorisi için r_GA ve k_GA algoritmalarının performans farklılıklarının analizi. Gevşek koruma kategorisi için r_GA ve k_GA algoritmalarının performans farklılıklarının Wilcoxon işaretli sıralar testinin Minitab test sonuçları ile analizi.
