Modelling and Analysis of Interdependencies between Financial, Communication and Power System Infrastructures in a Smart Grid Scenario
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2781141Utgivelsesdato
2020Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Samfunnet blir stadig mer sammenkoblet, og det samme blir infrastruk- turene som underbygger det. En av de viktigste truslene mot infrastruk- tursikkerhet er gjensidige avhengigheter som utvikles mellom dem. Den økende sammenkoblingen mellom infrastrukturer støtter de til å bli mer pålitelige, effektive og robuste. Imidlertid skaper en økning i avhengigeter et komplekst nettverk som kan skjule kritiske avhengigheter for infra- struktursystemenes funksjon.
Denne avhandlingen undersøker hvilke gjensidige avhengigheter som kan utvikle seg mellom finans-, kommunikasjons- og kraftsysteminfrastruk- turen ved introduksjonen av 5G og Smart Grid teknologi i fremtiden. Tidligere arbeider har ikke adressert teknisk gjensidige avhengigheter i den finansiell infrastrukturen. Denne avhandlingen studerer de tekniske strukturer som er til stede i den økonomiske infrastrukturen, som danner grunnlaget for denne modellen. Ved å studere finansinfrastrukturen i sam- menheng med utviklingen av 5G og Smart Grid vil vi utvide forståelsen av hvilke gjensidige avhengigheter som kan oppstå i fremtiden.
Ved bruk av en modell identifiserer vi gjensidig avhengighet mellom infrastruktur. Modellen er utviklet med en agentbasert tilnærming, og illustert ved å inkapsulere finans-, kommunikasjons- og kraftsysteminfra- strukturen på et systemnivå i et UML-diagram. Fra denne modellen er det utviklet en java-basert simulator i JADE-plattformen. Denne simulatoren muliggjør simulering av scenarier av katastrofale feil for å identifisere sammenfallende feil i og på tvers av infrastruktursystemene.
Stead-state-simuleringen viser hvordan markedet er en eksponert og sårbar enhet i infrastruktursystemet. Simulering av katastrofale feil i datasentre viser hvordan feilen propagerer og skaper store utfordringer ved gjennopp- rettelse av kritisk Smart Grid-funksjonalitet. Simuleringsresultatene viser hvor tett infrastrukturene er koblet sammen, og hvordan hvert delsystem er kritisk for en annen. Society is becoming increasingly interconnected, and so is the infrastruc- tures that support it. One of the most significant threats to infrastructure security is interdependencies developed between them. The increas- ing interconnections between infrastructures support them to become more reliable, efficient and robust. However, the consequent increase in interdependencies creates a complex network which can hide critical interdependencies for the functioning of infrastructure systems.
This thesis researches what interdependencies may develop between the financial, communications and power infrastructures in the migration towards a 5G and Smart Grid future. Previous works have failed to address financial infrastructure interdependencies in the technical domain. This thesis studies the technical structures present in the financial in- frastructure, which is part of the foundation for this model. Studying the financial infrastructure in the context of 5G and Smart Grid develop- ments will broaden the understanding of which interdependencies that may occur in the future.
By developing a model, we identify interdependencies between infrastruc- tures. With the use of an agent-based approach, the model encapsulates the financial, communication and power system infrastructures on a sub- system level in a UML-diagram. From this model, we develop a java based simulator in the JADE platform. This simulator enables simulation of catastrophic failure scenarios to identify cascading failures inside and across the infrastructure systems.
The steady-state simulation shows how the market is an exposed and vulnerable entity in the infrastructure systems. Simulations of catas- trophic failure in data centres shows how this causes a cascading failure that produces devastating recovery challenges for critical Smart Grid functionality. The simulation results prove how interconnected these infrastructure are, and how each subsystem is critical for the workings of another.