Search

Предмет ове дисертације је прилагођавање комплексних алгоритама, који се користе у индустријским наменама, захтевима које диктирају потребе велике количине података (енгл. Big Data). Потребно је одређене алгоритме прилагодити дистрибуираном извршавању и великим улазним подацима на такав начин, да се пораст величине проблема може компензовати скалирањем, са акцентом на хоризонтално скалирање, тј. повећање броја дистрибуираних станица, рачунарске моћи система.Конкретно, у фокусу су следећи проблеми:1. Проблем тока снага у електроенергетском систему2. Проблем анализе испада у електроенергетском систему3. Проблем спектралне спарсификације графова у општем смислуРезултати извршавања указују на прихватљива времена извршавања које постиже програмска подршка отвореног кода, која се лако скалира и подстиче даља истраживања превазилажењем тренутних ограничења.У ширем смислу, иако су проблеми наизглед везани искључиво за електроенергетске системе, у њиховој сржи се налазе општи математички проблеми који су примењиви у далеко ширем опсегу области., Predmet ove disertacije je prilagođavanje kompleksnih algoritama, koji se koriste u industrijskim namenama, zahtevima koje diktiraju potrebe velike količine podataka (engl. Big Data). Potrebno je određene algoritme prilagoditi distribuiranom izvršavanju i velikim ulaznim podacima na takav način, da se porast veličine problema može kompenzovati skaliranjem, sa akcentom na horizontalno skaliranje, tj. povećanje broja distribuiranih stanica, računarske moći sistema.Konkretno, u fokusu su sledeći problemi:1. Problem toka snaga u elektroenergetskom sistemu2. Problem analize ispada u elektroenergetskom sistemu3. Problem spektralne sparsifikacije grafova u opštem smisluRezultati izvršavanja ukazuju na prihvatljiva vremena izvršavanja koje postiže programska podrška otvorenog koda, koja se lako skalira i podstiče dalja istraživanja prevazilaženjem trenutnih ograničenja.U širem smislu, iako su problemi naizgled vezani isključivo za elektroenergetske sisteme, u njihovoj srži se nalaze opšti matematički problemi koji su primenjivi u daleko širem opsegu oblasti., The overreaching topic of this dissertation is the adaptation of complex algorithms, which are extensively used in industrial applications, to the requirements dictated by the Big Data needs. Chosen algorithms are adapted to a distributed environment and made suitable for large amounts of data in such a way, that the increasing problem size can be compensated with scaling of the computing environment. Here is the emphasis particularly on horizontal scaling, i.e. the increase of the number of distributed computing units.The following problems are considered:1. The power flow problem in a smart grid system2. The contingency analysis problem in a smart grid system3. The spectral sparsification problem of graphs in the broader senseThe results indicate a reasonable execution time achieved by open-source software that is easily scalable and serve to direct further research in overcoming the current limitations.In a broader sense, although these problems seem very specific in their domain of application, the underlying core mechanics contain common mathematical challenges, applicable to a broad spectrum of problems.

Potreba da se minimalizuje vreme otkaza usluge distribucije električne energije motivisala je češću upotrebu kompozitne prekidačke i privremene opreme u elektrodistributivnoj mreži. To je dovelo do pojave kompleksnijih topoloških slučajeva koje su postojeća rešenja za topološku analizu imali poteškoće da procesiraju. U ovom radu predloženo je jedno sveobuhvatno rešenje za topološku analizu uravnoteženih i neuravnoteženih elektrodistributivnih mreža. U osnovi rešenja je topološki model koji predstavlja matematičku apstrakciju elektrodistributivne mreže u vidu grafa, gde su svi relevanti fizički uređaji direktno modelovani koristeći čvorove i grane. Graf je memorisan pomoću matrične strukture koja definiše povezanost čvorova pojedinačnim fazama, modelujuću pored statičke konektivnosti i dinamičke podatke kao što su trenutno stanje prekidačke opreme i prisutnost privremene opreme. Tako unapred pripremljeni podaci omogućavaju efikasnu topološku analizu koja vrši pretragu grafa po širini. Rezultat topološke analize je široki skup topoloških informacija (formiranje ostrva, slojevite strukture mreže, stanja energizacije, aktivne faznosti, itd.) koje se mogu direktno primeniti na fizičku opremu. Prodloženo rešenje verifikovano je na različitim primerima stvarnih i testnih elektrodistributivnih mreža. Robusnost rešenja demonstrirana je na topološkim slučajevima s kojim su postojeća rešenja imala problema pri procesiranju., A need to minimize the duration of outage in the distribution network has motivated the more frequent use of composite switching equipment and temporary equipment. This has led to the creation of complex topological cases that existing solutions have a problem to process. A comprehensive solution for topological analysis of balanced and unbalanced distribution networks is proposed in this paper. The solution is based on a topological model that represents a mathematical abstraction of the distribution network in the form of a graph, where all relevant physical devices are directly modeled using buses and branches. The graph is memorized using a matrix structure that defines the logical connection between buses per single phase, taking into account static connectivity, current state of switching equipment and the presence of temporary equipment. The network data prepared in this way enable an efficient topological analysis that searches the graph per layers. The result of topological analysis is a wide set of topological data (islands, layered network structure, energization states, active phases, loop detection etc.) that can be directly applied to real physical equipment. The proposed solution was verified on various examples of real and test distribution networks. The robustness of the solution is demonstrated on topological cases which existing have a problem to process.

DMS sistem je sistem koji povećava efikasnost, upravlja, nadgleda optimizuje rad i sprečava preopterećenja u elektroenergetskim mrežama. U ovoj doktorskoj disertaciji se proučava takav jedan sistem čije je vreme odziva od značaja sa svim njegovim elektroenergetskim proračunima, koristeći mikroservise. Na osnovu analize svih elektroenergetskih proračuna data je arhitektura jednog takvog sistema za prelazak sa monolitnog na mikroservisno okruženje. Arhitektura se oslanja na mikroservisnu arhitekturu, gde je jedan servis podeljen na više mikroservisa, koji svaki za sebe obavlja svoju poslovnu logiku. Nakon faze istraživanja i sagledavanja jedne takve arhitekture svih elektroenergetskih proračuna jednog DMS sistema na mikroservisno okruženje, napravljen je prototip na cloud-u i za platformu korišćen je Microsoft Service Fabric. Za testiranje takve arhitekture je birano dva elektroenergetska proračuna koji su najznačajniji u jednom DMS sistemu, a to su topološka analiza i tokovi snaga. Testovi su izvršeni u šest eksperimenata gde se vrši analiza i za monolitnu i za mikroservisnu arhitekturu. Hipoteze doktorske disertacije su adresirane kroz postupak primene cloud-a u jednom DMS sistemu, primene jedne takve arhitekture i dokazivanje da primena u mikroservisnom okruženju daje bolje rezultate nego u monolitnom okruženju., Distribution Management System (DMS) is a system that enhances efficiency, manages, supervises, optimizes, and prevents overloading of the electricity networks. This dissertation explores such a system based on microservices and whose response time is significant as it relates to its electric power calculations. Based on the analysis of these calculations, this dissertation also offers the architecture of such a system, and thus enables the transfer from a monolithic to a microservice-based environment. This microservice-based architecture is divided into multiple microservices, each of which performs its individual bussines logic. After relevant extensive research and exploration, a prototype of this architecture was created on the cloud, using Microsoft Service Fabric as a platform. In testing this prototype, two electric power calculations that are most significant in a DMS system were chosen: topological analysis and power flows. Six experiments were conducted in which the analyses for the monolithic and microservice-based architecture were performed. The thesis hypotheses are addressed through the cloud application process within a DMS, showing that the application of such an architecture yield better results in a microservice-based environment than in a monolithic one.

Slaba konvergencija niza pseudoverovatnoća iniza intervalno-vrednosnih pseudoverovatnoćaje izučavana.Pokazani su ekvivalentni uslovig-slabe konvergencije niza pseudoverovatnoća iniza intervalno-vrednosnih pseudoverovatnoća., Weak convergence of a sequence of pseudo-probabilitymeasures and a sequence of interval-valued pseudo-probability measures is investigated.The equivalent conditions of g-weak convergence of a sequence of pseudo-probability measures and a sequence of interval-valuedpseudo-probability measures are proven.

Pametna elektroenergetska mreža predstavlja mrežu nove generacije koja treba da bude efikasna, proširiva, pouzdana i jednostavna za upravljanje. Pametnu mrežu karakteriše veliki broj uređaja i dvosmerna komunikacija sa njima. Ovi uređaji će generisati ogromne količine podataka koje je potrebno pročitati i transportovati do kontrolnog centra, za šta je neophodna odgovarajuća komunikaciona infrastruktura koja obezbeđuje adekvatan kvalitet usluge. U ovoj disertaciji je prikazano rešenje za obezbeđivanje kvaliteta usluge sabraćaja sa dinamičkim promenama prioriteta i propusnog opsega bazirano na programabilnim računarskim mrežama. Takođe je razvijena platforma za evaluaciju komunikacione infrastrukture pametnih mreža kako bi se omogućilo jednostavnije emuliranje različitih mrežnih topologija za potrebe razvoja novih algoritama upravljanja. Performanse rešenja su potvrđene putem šest testnih scenarija i pokazano je da predstavljeno rešenje daje bolje rezultate za sve scenarije sa aspekta obezbeđivanja propusnog opsega i mrežnog kašnjenja., Smart grid represents the next generation power network which should be efficient, extensible, reliable and easy to manage. The smart grid will have a great number of devices with two-way communication. These devices will generate large amount of data that needs to be read and transported to utility control center, which further requires adequate communication infrastructure with appropriate quality of service. This dissertation presents a solution for providing quality of service for traffic with dynamic priority and bandwidth requirements, based on software defined networks. The platform for smart grid communication infrastructure evaluation is developed to enable easy emulation of different network topologies for the purpose of developing new control algorithms. Solution performance is verified using six test scenarios and it is shown that the proposed solution gives better results for all scenarios from the aspect of bandwidth provision and network latency.

У овој докторској дисертацији анализиран је утицај једне од техника заштите софтвера, позната као маскирање (енг. obfuscation), на енергетску ефикасност извршавања кода. Циљ рада је да проучи колико овакви захвати утичу на промену профила потрошње електричне енергије, односно рангирање алата за промену разумљивости програма на основу енергетског профила за чије генерисање је развијена програмска подршка. Тестирање је реализовано коришћењем различитих комерцијалних алата над релевантним тест сценаријима и резултати су приказани уз одговарајућу анализу., U ovoj doktorskoj disertaciji analiziran je uticaj jedne od tehnika zaštite softvera, poznata kao maskiranje (eng. obfuscation), na energetsku efikasnost izvršavanja koda. Cilj rada je da prouči koliko ovakvi zahvati utiču na promenu profila potrošnje električne energije, odnosno rangiranje alata za promenu razumljivosti programa na osnovu energetskog profila za čije generisanje je razvijena programska podrška. Testiranje je realizovano korišćenjem različitih komercijalnih alata nad relevantnim test scenarijima i rezultati su prikazani uz odgovarajuću analizu., This doctoral dissertation analyze the influence of one of the software protectiontechniques known as obfuscation, to the power efficiency of code obfuscation. The aimof the dissertation is to study the effect of these techniques on the change of powerprofile consumption, i.e., ranking of tools for changing the program intelligibility basedon energy profile for the generation of witch a program support has been developed.The testing is realized by using various commercial software for relevant test scenariousand the results are presented with the corresponding analysis.

Sve češćom upotrebom cloud okruženja dolazi do potrebe da se postojeća softverska rešenja migriraju. Metodologija za migraciju na cloud postoji više, gde se u finalnim fazama planiraju modifikacije nad arhitekturom softvera tako da se iskoriste prednosti cloud sistema. Za ekonomsku efikasnost usled uštede resursa je neophodna višeorganizacijska osobina. Svrha ovog istraživanja je da pojasni višeorganizacijsko svojstvo i da predloži rešenje za migraciju postojećih softvera na višeorganizacijski SaaS ali sa što manje neophodnih modifikacija ciljnog softvera. S toga je predloženo rešenje platforma koja omogućuje lakšu migraciju. Nakon faze istraživanja i sagledavanja domena pametnih elektroenergetskih mreža, kreiran je prototip predloženog rešenja kao i niz eksperimenata u skladu sa definisanim naučnim pitanjima. Eksperimenti su izvršeni u privatnom cloud okruženju. Hipoteze su adresirane kroz viziju primene rešenja na NDMS (Napredni distributivni menadžment sistem) u slučaju šest organizacija, a doneti su sledeći zaključci: višeorganizacijskim modelom se ostvaruju uštede u resursima od 32%, za tri reda veličine veća visoka dostupnost, ali uz usporenja do 20 milisekundi po svakom servisnom zahtevu. Takođe, aplikativni model učesnika modernih PaaS usluga nije primeren gde je sinhronizam zahtevan, niti u slučajevima gde se očekuju odgovori nad skupom učesnika u realnom vremenu. Istraživanje ukazuje na mogućnost primene višeorganizacijskog modela čak i u slučaju kompleksnih rešenja kakva se sreću u domenu pametnih elektroenergetskih mreža, a akademskom validacijom potvrđuju način implementacije važnog finalnog koraka u procesu migracije softvera na cloud bazirani SaaS. Progressive cloud adoption requires migration of existing software solutions. Today, many cloud adoption methodologies exist. Usually, the final phase in cloud adoption include software architecture modifications to make the most of the benefits of cloud computing, like multi-tenancy which enables economic efficiency. The aim of this research is to explain the multi-tenancy and to provide a solution for migration of existing software to multi-tenant SaaS while modifying the target software as little as possible. Therefore, the research proposes a platform that enables easier cloud adoption. After the research phase focused on a smart grid domain, the prototype was created with experiments targeting formulated research questions. The experiments were conducted in a private cloud environment. Research hypotheses were analyzed using hypothetical multi-tenant ADMS (Advanced Distribution Management System) in case of six tenants, with the following conclusions: multi-tenancy saves 32% of resources, it provides three orders of magnitude higher availability, but affects performances by introducing a delay of up to 20 milliseconds per service request. Also, reliable actors programing model used in modern PaaS services is not suitable in use cases with needs for synchronous behavior, nor in in use cases where querying a set of actors is needed in real time. The research demonstrates feasibility of applying multi-tenancy even in cases of complex software solutions like the ones in the smart grid domain. The proposed solution is academically validated and it can be used as a final important step in migration of existing software to cloud based multi-tenant SaaS.

U tezi je analiziran problem kontrole pristupa u Smart Grid sistemima. Formalno je specificiran model kontrole pristupa za Smart Grid koji je zasnovan na unapređenju i proširenju RBAC modela i koji je usklađen sa aktuelnim zahtevima u elektroenergetskoj industriji. Postavljena je softverska arhitektura predloženog modela kontrole pristupa, čija je prototipska implementacija zatim integrisana u simuliranom Smart Grid okruženju., This thesis discusses the challenges related to access control in SmartGrid systems. A formal model for access control in the Smart Grid isspecified, extending the role-based access control (RBAC) model to bein accordance with the existing security requirement in the power industry.Based on the proposed access control model, software architecture wasdeveloped and its prototype implementation is integrated in a Smart Gridsimulated environment.