16996

16996

استفاده از يك مكانيزم مذاكره بين عامل ها براي مقابله با حمله جمينگ در بازار برق شبكه هوشمند

كارشناسي ارشد

هوش مصنوعي و رباتيك

خردادماه 1395

دكتر ناصر مزيني

كامپيوتر

چكيده نسل بعدي شبكه برق، شبكه هوشمند برق است كه در آن توزيع و مديريت برق به¬وسيله تركيب قابليت‌هاي‌ پيشرفته دوطرفه فناوري و ارتباطات ديجيتال ارتقاء يافته است تا نظارت، كارايي، قابليتِ اطمينان و پايداري شبكه را بهبود بخشد. همزمان با ارتقاء شبكه برق فعلي به شبكه هوشمند، شبكه برق در ارتباطات سيستم¬هاي خود نسبت به حملات امنيتي آسيب¬پذير¬تر مي¬شود. يكي از جدّي‌ترين تهديدات، حمله جمينگ در بازار برق شبكه هوشمند است كه نوعي حمله محروم¬سازي از سرويس محسوب مي¬شود. در هنگام وقوع اين حمله، مهاجم سيگنال‌هاي‌ نامطلوبي در كانال ارتباطات منتشر مي‌كند‌ تا در انتقال داده‌هاي‌ ‌اندازه‌گيري شده مداخله نمايد؛ اين امر منجر به دريافت اطلاعات ‌اندازه‌گيري شده ناقص در زمان واقعي در مركز كنترل مي‌گردد. به‌دليل حمله جمينگ، فرايندهاي نظارت برخط و برآورد وضعيت، احتمالاً قادر به انعكاس وضعيت عملياتي واقعي از سيستم نيستند، و بنابراين قيمت برق به اشتباه محاسبه مي‌شو‌د. در نتيجه، عموم ‌‌مصرف‌كنندگان و تأمين كنندگان برق ممكن است به‌دليل استقرار قيمت كاذب، به‌لحاظ اقتصادي متضرّر شوند، و اين در حالي است كه مهاجم مي‌تواند از شكاف قيمت در بازار برق به سود برسد. از اين رو، اطمينان از مقاوم بودن سيستم شبكه برق در برابر حمله جمينگ امري حياتي است. طي سال‌هاي گذشته برنامه‌هاي‌ كاربردي بسياري براي شبكه هوشمند برق طراحي و توسعه داده شده است. در اين راستا، با توجه به ماهيت ‌توزيع‌شده اكثر مشكلات اين حوزه، عمدتاً از چارچوب سيستم‌هاي چند‌عامله استفاده شده است. بهره‌گيري از بستر سيستم‌هاي‌ چند‌عامله به‌منظور ساخت شبكه خود بازياب هوشمند، مي¬تواند ‌‌به‌عنوان يك راهكار نوين براي ساخت شبكه هوشمند با قابليت اطمينان و امنيت بالاتر محسوب شود. بر اين اساس، با توجه به مزاياي استفاده از چارچوب حل مسئله سيستم¬هاي چند‌عامله، در اين پايان¬نامه شبكه هوشمند برق ‌‌به‌عنوان يك سيستم چند‌عامله با عامل¬هاي هوشمند در نظر گرفته مي¬شود؛ آنگاه بر اساس پروتكل "CNP" به¬عنوان نوعي مذاكره بين عامل¬ها، راهكاري براي مقابله با حمله جمينگ در لايه فيزيكي شبكه ارتباطات بازار برق شبكه هوشمند ارائه مي-گردد. در اين روش، پارامتر "اعتماد" ‌‌به‌عنوان عاملي براي مقابله با محدوديت كارآمدي پروتكل فوق در مقياس بزرگ و محيط باز به¬كار گرفته مي¬شود. نتايج پياده¬سازي روش ارائه¬شده نشان مي¬دهد كه با در نظر گرفتن وجود احتمالي كاربران اخلال¬گر در محيط بازار، مي¬توان با اعمال "پروتكل CNP مبتني بر اعتماد" (TB-CNP) در زمان تشخيص بروز حمله جمينگ تا رسيدن به تعادل در بازار برق شبكه هوشمند، از سود مهاجم كاسته و در نتيجه انگيزه آن را براي حمله تضعيف نمود. واژه‌هاي كليدي: شبكه هوشمند، بازار برق، حمله جمينگ، سيستم‌هاي چند‌عامله، CNP، اعتماد

1396/01/16

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: The upcoming generation of electric grid is smart grid through which, distribution an​d management of the grid is enhanced by fusion of advanced capabilities of both digital technology an​d digital communication. Such achievement will lead to the improvement of control, efficiency, reliability an​d stability of the grid. Nevertheless, as grid network evolves to smart grid, it becomes more vulnerable to security attacks such as jamming which needs to be tackled. Jamming is one of the most critical threats in electricity market. In fact, jamming is a kind of denial of service attack in communicational layer of the electric grid. With regard to electricity market, jamming attack means preventing remote sensors from sending measurement information (e.g. real usage data) to the control center. During a jamming attack, the attacker sends false signals into the communicational channel in order to intervene in the transmission of measured data. In fact, this sabotage leads to receiving deficient measured data in real time by the control center. The online monitoring an​d state estimation possibly will not be able to convey the real operational situation of the system, the outcome of which, is miscalculation of the consumed electricity. Therefore, public consumers an​d producers of electricity may become losers economically, while the attacker may gain illegal profit through the created gap between power prices before an​d after the attack. That is the very reason why enhancing the resistance efficiency of the electric grid system against jamming attack is of crucial importance. In past few years, many operational plans have been developed for smart grid. In most of these plans, with due consideration to the distributed nature of problems in the field of electric grid, a framework of multi agent systems has been utilized. The usage of multi agent systems for the purpose of building a self-healing smart grid network could be considered as a new solution to develop a smart grid with a higher degree of reliability an​d security. Therefore, with regard to many advantages offered by multi agent systems as a basis for problem solving, in this thesis paper, we consider smart grid as a multi agent system an​d try to introduce a new scientific solution we have examined. To overcome jamming attack in the physical layer of communicational network in electricity market, we propose a modified version of CNP (Contract Network Protocol) as a kind of negotiation protocol among agents. In this method, CNP is accompanied by the parameter of "trust" as a factor to deal with the operational limitations of this protocol in the cases of large scales an​d open environments. We have called it trust-based CNP abbreviated as “TB-CNP”. Implementation results of the proposed method indicate that with regard to possible presence of non-trusted users in the market, we can apply the proposed trust based protocol during jamming attack to lower the jammer’s illegal profit an​d weaken his motive toward attacking the market. Keywords: Smart Grid, Electricity Market, Jamming Attack, Multi Agent Systems, CNP, Trust