Kritik bölge savunma planlaması için koruma modelleri temelinde bütünleşik bir çözüm yaklaşımı

Abstract

Günümüzde kritik tesislerin korunması önemli problemlerden biridir. Özellikle 11 Eylül 2001'deki ve AB ülkelerinde gerçekleşen terör saldırıları ile birlikte kritik tesislerin güvenliğine yönelik ABD, AB ve gelişmiş diğer ülkelerde pek çok çalışma başlamıştır. ABD Başkanlık politika direktifinde (PPD-21) 16 kritik sektör belirtilmiştir. Bu çalışmada kritik tesislerden sayılan ve enerji sektörünün önemli bir bileşeni olan elektrik şebekeleri ele alınmıştır. Belirli bir bölgenin elektrik tedarikini kesintisiz olarak sağlayacak şekilde elektrik şebekesi bileşenlerinin hangilerinin korunacağının belirlenmesi olarak problemi özetleyebiliriz. Ayrıca kritik bölgelerin savunulmasında, karar vericileri destekleyecek bir çözüm yöntemi önerilmesi amaçtır. Bu çalışma kapsamında `saldırı` odaklı bir çerçeve üzerinde durulmuştur. Yaklaşım bazı düzenlemelerle ortaya çıkabilecek arızalara karşı gerçekleştirilebilecek eylemleri belirlemek için de kullanılabilir. Çalışmada, daha önceki çalışmalarda göz ardı edilmiş olan farklı saldırı tipleri ve karşı gelen savunma tipleri göz önüne alınmıştır. Yine bu çalışmada yük atmanın yapılacağı bölgenin kritikliği amaca dâhil edilmiştir. Yukarıda tanımlanan problem için matematiksel modellere dayalı yeni çözüm önerileri geliştirilmiş ve deneysel sonuçlarla yöntemlerin kullanılabilirliği ortaya konmuştur. Gerçek boyutlu problemler ele alındığında ise çözüm uzayı büyümekte ve NP-zor bir probleme dönüşmektedir. Bu problemler için Genetik Algoritma temelli başlangıç popülasyonunun kural tabanlı oluşturulduğu k_GA ve başlangıç popülasyonunun rassal oluşturulduğu r_GA sezgisel algoritmaları geliştirilmiştir. Bu yaklaşımlar GAMS 24.0.2 ile etkileşimli olarak Python 2.6.1 programlama diliyle kodlanmıştır. Kritik sistemlerin korunma durumları, korunma kaynaklarının yoğunluğuna göre sıkı, orta ve gevşek olarak ayrılmıştır. Önerilen sezgisellerin hangi kategorilerde daha iyi bir performans gösterdikleri analiz edilmiştir. Özellikle elektrik sistemi gibi koruma kaynaklarının çok olduğu sıkı şekilde korunması muhtemel sistemlerde k_GA sezgiselinin kullanımının daha etkin olacağı değerlendirilmiştir.

Nowadays, protection of critical facilities is one of the important problems. Followed by terrorist attacks on September 11, 2001 and terrorist attacks in the EU countries, many studies have started related to the security of critical facilities in the USA, EU and other developed countries.16 critical sectors are specified in the US Presidential policy directive (PPD-21). In this study, electricity networks considered from critical facilities are discussed. We can summarize the problem as determining which of the electrical network components will be protected so as to ensure uninterrupted electricity supply for a particular regionThis study focuses on interruptions caused by `attack`. In this study, different types of attacks and corresponding defense types that are ignored in previous studies were taken into consideration. In addition to the previous studies on electrical networks, the criticality of the area where the load is shedding is included in purpose function by this study. This scope 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. In real size problems, the solution space is growing and it becomes an NP-hard problem. Genetic Algorithm based k_GA (initial population is rule-based) and r_GA (initial population is randomly) heuristics have been developed NP-hard problems. In particular, it has been evaluated that the use of k_GA heuristics will be more effective in systems where there are many protection sources such as electrical system and which are likely to be tightly protected.