dfi=Väitöskirjat|den=Dissertations|
https://osuva.uwasa.fi:443/handle/10024/168
fi=Acta Wasaensia -sarjassa julkaistaan Vaasan yliopiston väitöskirjat|en=Dissertations are published in the Acta Wasaensia series.|2024-03-13T16:28:16ZHallintaa epävarmuudessa : Informaatioresilienssi kriiseissä ja niihin varautumisessa
https://osuva.uwasa.fi:443/handle/10024/16903
Hallintaa epävarmuudessa : Informaatioresilienssi kriiseissä ja niihin varautumisessa
Rantamäki, Aino
Yhteiskunnallinen toimintaympäristö on jatkuvassa muutoksessa. Samalla erilaiset uhkat ja kriisit muuttavat muotoaan ollen enenevästi yhteenkietoutuneita ja toisiinsa lomittuvia. Realisoituvat uhkat edellyttävät yhteiskunnallista kriisinkestävyyttä, joka kattaa sekä kriisejä ennakoivan varautumisen, kriisien aikaisen iskunkestävyyden että kriisien jälkeisen oppimisen ja uudistumisen. Kriisit haastavat tietoperustaista päätöksentekoa, joka on nähty yhtenä hyvän hallinnon ja päätöksenteon legitimiteetin peruspilarina. Kriisinkestävyys edellyttääkin myös kriisien informaatioulottuvuuden huomioinnin, mihin liittyvä tutkimus on kuitenkin hallintotieteellisessä kontekstissa ollut toistaiseksi puutteellista.
Tämä tutkimus pureutuu informaatioresilienssiin, joka voidaan nähdä yhtenä mahdollisena vastauksena kriisitilanteiden tuottamiin päätöksenteon haasteisiin. Tutkimus tuottaa ymmärrystä sekä informaatioresilienssin käsitteestä ja sen ulottuvuuksista että käsitteen kuvaaman ilmiön ilmaantumisesta kansallisessa varautumisessa, päätöksenteon verkostoissa ja kriisiajan hallinnassa. Tutkimuksen tuottaman ymmärryksen mukaan informaatioresilienssi on systeeminen ja emergentti ilmiö, joka rakentuu ja vahvistuu eri toimijoiden välisessä vuorovaikutuksessa. Parhaimmillaan se auttaa hyväksymään tiedon epätäydellisyyden ja ympäristön epävarmuuden sekä suuntaamaan toivottuun tulevaisuuteen unohtamatta käyttökelpoista jo opittua, mutta pystyen luopumaan palvelemattomista vanhoista käytännöistä ja opeista. Informaatioresilienssiin kohdistuva tutkimus tuo erityisesti esille sen, että kriisien tiedolliseen ulottuvuuteen kytkeytyvä kriisinkestävyys edellyttää verkostomaista yhteistyötä ja eri järjestelmien välistä vuorovaikutusta, eikä sitä voida vastuuttaa yhdelle yksittäiselle toimijalle. Lisäksi tutkimus korostaa tiedollisen epävarmuuden hyväksyvän toimintakulttuurin, systeemisen luottamuksen ylläpitämisen sekä ennakoivan informaatioon liittyvien kyvykkyyksien vahvistamisen merkitystä kriiseissä ja niihin varautumisessa.; The environment in which society operates is constantly changing. At the same time, threats and crises are changing shape and becoming increasingly intertwined and overlapping. Unfolding crises demand resilience: a term that encapsulates crisis preparedness, resistance during crises, and post-crisis learning and adaptation. Crises challenge evidence-based decision-making – a fundamental pillar of good governance – and the legitimacy of decision-making. Consequently, building resilience also requires an acknowledgement of the information dimension of crises, but research on this topic in the context of the administrative sciences has to date been inadequate.
This research focuses on information resilience, which can be seen as one possible response to the decision-making challenges posed by crises. The research advances the understanding of both the concept and its dimensions. Furthermore, it illustrates the emergence of the phenomenon described by the concept in the context of national preparedness, decision-making networks, and crisis-time governance. The findings of this research indicate that information resilience is a systemic and emergent phenomenon that is built and strengthened in the interaction between different actors. At its best, it helps parties accept the imperfection of knowledge and the uncertainty of the operating environment. It also helps them not to lose sight of a desired future, whilst helping them retain useful lessons, and equips them to abandon practices and doctrines that no longer serve their purpose. Research focusing on information resilience particularly highlights the fact that resilience linked to the information dimension of crises requires networked cooperation and interaction between different systems: It cannot be the responsibility of a single actor. In addition, the study emphasises the importance of creating an operating culture that accepts information uncertainty, maintaining systemic trust, and proactively strengthening information-related capabilities in the context of crises and preparedness.
2024-03-12T00:00:00ZCommunication-Based Adaptive Protection of AC Microgrids with Converter-Based Distributed Energy Resources
https://osuva.uwasa.fi:443/handle/10024/16855
Communication-Based Adaptive Protection of AC Microgrids with Converter-Based Distributed Energy Resources
Memon, Aushiq Ali
The implementation of AC microgrids has many economic and technical challenges. The most prominent technical challenges of AC microgrids include those of control and protection. The operation of AC microgrids in both grid-connected and islanded modes, the connection and disconnection of distributed energy resources (DERs) due to operational and economic reasons, and the limited fault current contribution of converter-based DERs require adaptive control and protection schemes. Communication links between control and protection devices need to be provided to implement adaptive control and protection schemes. The protection devices should be capable of handling unwarranted and nondeterministic communication delays and failures. In addition to the grid-following control of DERs, the grid-forming control of DERs is also required for the islanded mode of operation. Additionally, some kind of energy storage is also required for smoothing load and generation variations in the islanded mode. The grid codes are usually available for the grid-connected mode of operation, therefore new grid codes for the islanded mode of operation need to be developed, as well as directional protection schemes for various configurations and modes of AC microgrids.
Considering the above factors, a communication-based adaptive protection of radial AC microgrids with converter-based DERs is proposed, analyzed and validated using offline and real-time hardware-in-the-loop (HIL) simulations in this thesis. Various Ethernet-based communication protocols have been reviewed, and the IEC 61850 communication based generic object-oriented substation event (GOOSE) protocol has been selected for application in adaptive protection schemes. The method of handling communication failures by intelligent electronic devices (IEDs) or protection relays is also proposed. Based on simulation results, the definite-time coordination of overcurrent protection relays is suggested for the islanded mode of radial AC microgrids. The extent of fault current contributions from DERs and battery energy storage systems (BESS) to avoid definite-time adaptive overcurrent protection scheme and ensuring fast fuse operations is investigated for different islanded modes. Directional protection schemes based on current magnitude comparison and symmetrical component methods have been proposed and evaluated. Also, methods for the detection of open phase faults and new low voltage ride-through (LVRT) and high voltage ride-through (HVRT) curves for converter-based DERs are suggested in this thesis.; Vaihtovirtaan (AC) perustuvien mikroverkkojen käyttöönottoon liittyy monia taloudellisia ja teknisiä haasteita. Merkittävimmät tekniset haasteet koskevat järjestelmän ohjausta ja suojausta. AC-mikroverkkojen toiminta sekä muuhun verkkoon kytkeytyneenä että itsenäisenä saarekkeena, hajautettujen energiaresurssien (DER) kytkeminen ja irrottaminen sekä niiden rajallinen kyky syöttää vikavirtaa edellyttävät mukautuvia ohjaus- ja suojausjärjestelmiä. Eri ohjaus- ja suojalaitteiden välillä on oltava tietoliikenneyhteydet adaptiivisten suojausjärjestelmien toteuttamiseksi. Suojalaitteiden tulee pystyä käsittelemään ennakoimattomia viiveitä ja virheitä tietoliikenteessä. DER-yksiköiden säädön tulee toimia normaalin verkkoa seuraavan tilan lisäksi myös verkon muodostavassa tilassa toimittaessa saarekekäytössä. Lisäksi tarvitaan strategia energian varastointiin kuormituksen ja tuotantovaihteluiden tasoittamiseksi saareketilanteessa. Verkkoonliitynnän määräykset ovat yleensä saatavilla verkkoon kytketylle toimintatavalle, joten saarekekäytölle on kehitettävä uusia ohjeita. Tarvetta olisi myös kehittää suunnattu suojausjärjestelmä, joka toimisi erilaisilla mikroverkoilla ja eri toimintatiloissa.
Edellä mainitut tekijät huomioon ottaen tässä väitöskirjassa ehdotetaan, analysoidaan ja validoidaan verkkovaihtosuuntaajiin perustuvia energiaresursseja sisältävien AC-mikroverkkojen tietoliikennepohjaisia adaptiivisia suojausratkaisuja sekä ei-reaaliaikaisilla simuloinneilla että reaaliaikaisilla hardware-in-the-loop (HIL) -simuloinneilla. Työssä on tarkasteltu Ethernet-pohjaisia viestintäprotokollia, ja IEC 61850 -standardin mukainen GOOSE-protokolla on valittu käytettäväksi adaptiivisissa suojausjärjestelmissä. Simulointitulosten perusteella työssä ehdotetaan käytettäväksi ylivirtasuojareleiden vakioaikaan perustuvaa koordinointia saareketilassa. Saareketilan osalta on tutkittu DER-yksiköiden ja akkuenergiavarastojen (BESS) tuottaman vikavirran lisäämistä niin, että adaptiivinen ylivirtasuojaus voitaisiin välttää ja varmistettaisiin nopea sulakesuojauksen toiminta. Lisäksi työssä on ehdotettu ja arvioitu virran suuruusvertailuun ja symmetristen komponenttien käyttöön perustuvia suunnattuja suojausjärjestelmiä. Väitöskirjassa ehdotetaan myös menetelmiä vaihekatkosten havaitsemiseksi sekä uusia rajakäyriä vaihtosuuntaajapohjaisten DER-yksiköiden jännitekuopan (LVRT) ja jännitteen nousun (HVRT) sietoisuudelle.
2024-02-12T00:00:00ZAffordance-based approach to identifying and analysing the possibilities and challenges of extended reality (XR) as a medium for technical instructions
https://osuva.uwasa.fi:443/handle/10024/16466
Affordance-based approach to identifying and analysing the possibilities and challenges of extended reality (XR) as a medium for technical instructions
Rantakokko, Satu
The purpose of this study is to examine the effects of extended reality (XR) when used to mediate technical instructions. The research examines the characteristics of well-functioning technical instructions, as well as the possibilities and challenges brought by XR to the process of designing technical instructions.
New technologies bring new possibilities to communication and change the ways in which technical instructions can be conveyed. Previous research of XR mainly focuses on a certain type of XR in a task, and there is little research adopting a broad perspective so far. Previous research has uncovered that technical communication professionals have identified the need to increase understanding on what the use of XR means in their field.
This study addresses the challenge by taking a holistic view of XR as a mediator of technical instructions. A model is created to be used as a tool for organized design and testing of XR-based technical instructions. The model also enables the comparison of different forms of XR with each other to support the selection of the best options. The research includes three peer-reviewed research articles and two essays.
The first and second articles analyse the key features of technical instructions and XR in a way that enables the third article to bring those features together to facilitate a comparison of effects with each other. The process led to constructing the affordance model of technical instructions in extended reality, TIER. The model is pilot tested with experimental studies reported in the fourth and fifth articles. The tests indicate that the model is functional and fulfils its purpose.; Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tarkastella laajennetun todellisuuden vaikutuksia, kun sitä käytetään teknisten ohjeiden välittämisessä. Tutkimuksessa perehdytään toimivien teknisten ohjeiden ominaisuuksiin ja siihen, mitä mahdollisuuksia ja haasteita laajennettu todellisuus tuo teknisten ohjeiden suunnitteluprosessiin.
Uudet teknologiat tuovat uusia mahdollisuuksia viestintään ja muuttavat tapoja, joilla teknisiä ohjeita voidaan välittää. Aiempi laajennettua todellisuutta käsittelevä tutkimustieto keskittyy pääasiassa yksittäisiin laajennetun todellisuuden muotoihin yksittäisissä työtehtävissä, eikä tietoa laajemmasta näkökulmasta ole vielä juurikaan saatavilla. Teknisen viestinnän ammattilaiset kokevat tarvitsevansa lisää ymmärrystä siitä, mitä laajennetun todellisuuden käyttö alalla tarkoittaa.
Tämä tutkimus vastaa haasteeseen tarkastelemalla laajennettua todellisuutta teknisten ohjeiden välittäjänä kokonaisuutena. Tutkimuksessa luodaan malli, jota voidaan käyttää työkaluna laajennettua todellisuutta hyödyntävien teknisten ohjeiden organisoituun suunnitteluun ja testaamiseen. Malli mahdollistaa myös laajennetun todellisuuden eri muotojen vertailun toisiinsa ja tukee näin parhaiden vaihtoehtojen valintaa. Tutkimus sisältää kolme vertaisarvioitua tutkimusartikkelia sekä kaksi vielä vertaisarvioimatonta esseetä.
Ensimmäisessä ja toisessa artikkelissa analysoidaan teknisten ohjeiden ja laajennetun todellisuuden keskeisiä ominaisuuksia tavalla, joka mahdollistaa kolmannessa artikkelissa näiden ominaisuuksien tuomisen yhteen siten, että niiden vaikutuksia toisiinsa voidaan verrata. Näin muodostuu tutkimuksessa kehitettävä teknisten ohjeiden laajennettua todellisuutta hyödyntävien teknisten ohjeiden affordanssimalli, TIER. Neljännessä ja viidennessä artikkelissa mallia testataan kokeellisilla tutkimuksilla, joiden perusteella malli vaikuttaa toimivalta ja kykenevältä täyttämään tarkoituksensa.
2023-11-30T00:00:00ZOn cyber security evaluations in smart grid using machine learning
https://osuva.uwasa.fi:443/handle/10024/16442
On cyber security evaluations in smart grid using machine learning
Diaba, Sayawu Yakubu
The smart grid aims to enhance the electric grid’s dependability, security, and effciency by deploying digital information and control technology. However, the increasing reliance on communication technology exposes these systems to cyberattacks, posing signifcant cyber threats to the availability and functionality of the smart grid. To mitigate such threats, effective intrusion detection algorithms are crucial. In this context, we propose a hybrid deep learning algorithm that focuses on distributed denial of service (DDoS) attacks on the communication infrastructure of the smart grid. The proposed algorithm combines convolutional neural network (CNN) and gated recurrent unit (GRU) algorithms to provide real-time analysis and state estimation-based techniques for effcient control implementation. We conduct simulations using a benchmark cyber-security dataset from the Canadian institute of cybersecurity intrusion detection system. The results demonstrate that our hybrid deep learning algorithm outperforms existing intrusion detection algorithms, achieving an impressive overall accuracy rate of 99.7 %.
In the context of supervisory control and data acquisition (SCADA) systems, which monitor and control industrial machinery, communication network vulnerabilities can lead to cyber-attacks introducing false data into the operational network. We propose a restricted Boltzmann machine-based nature-inspired artifcial root foraging optimization algorithm for identifying and classifying cyber-attacks to address this issue. We optimize data features using this algorithm and evaluate its performance against traditional supervised machine learning algorithms such as artifcial neural networks, convolutional neural networks, and support vector machines. The proposed algorithm outperforms its counterparts in accuracy, precision, recall, and f1 score. Furthermore, we address the security vulnerabilities in SCADA systems by introducing the genetically seeded fora transformer neural network (GSFTNN) intrusion detection algorithm. Unlike signature-based methods, GSFTNN detects changes in operational patterns indicative of intruder involvement. We evaluate the proposed algorithm using the WUSTL IIOT 2018 ICS SCADA cyber security dataset and demonstrate its superiority over traditional algorithms like residual neural networks, recurrent neural networks, and long short-term memory (LSTM) in terms of accuracy and effciency.; Älyverkko pyrkii parantamaan sähköverkon luotettavuutta, turvallisuutta ja tehokkuutta käyttämällä digitaalista tieto- ja ohjausteknologiaa. Kasvava riippuvuus viestintätekniikasta altistaa kuitenkin nämä järjestelmät kyberhyökkäyksille, mikä aiheuttaa merkittäviä kyberuhkia älyverkon saatavuudelle ja toiminnallisuudelle. Kyetäksemme vähentämään tällaisia uhkia, tehokkaat tunkeutumisen havaitsemisalgoritmit ovat ratkaisevan tärkeitä.
Tässä yhteydessä ehdotamme hybridi syväoppimisalgoritmia, joka keskittyy hajautettuihin palvelunestohyökkäyksiin (DDoS) älyverkon viestintäinfrastruktuurissa. Ehdotettu algoritmi yhdistää konvolutionaalisen neuroverkon (CNN) ja portitetun toistoyksikön (GRU) algoritmit tarjotakseen reaaliaikaista analyysia ja tila-arviopohjaisia tekniikoita tehokkaalle ohjausten toteutukselle. Työssä suoritetaan simulointeja käyttäen Kanadan Kyberturvallisuusinstituutin tunkeutumisen havaitsemisjärjestelmän vertailutietojoukkoa.
Tulokset osoittavat, että hybridi syväoppimisalgoritmimme suoriutuu paremmin kuin olemassa olevat tunkeutumisen havaitsemisalgoritmit, saavuttaen vaikuttavan kokonaistarkkuuden 99,7 prosenttia. Teollisuuden koneita valvovien ja ohjaavien valvonta- ja tiedonkeruujärjestelmien (SCADA) yhteydessä tietoliikenneverkkojen haavoittuvuudet voivat johtaa kyberhyökkäyksiin, joissa väärää tietoa tuodaan operatiiviseen verkkoon. Ehdotamme rajoitettuun Boltzmannin koneeseen perustuvaa ja luonnon inspiroimaa juurten etsinnän optimointialgoritmia kyber-hyökkäysten tunnistamiseen ja luokitteluun. Optimoimme dataominaisuuksia tällä algoritmilla ja arvioimme sen suorituskykyä perinteisiä valvotun koneoppimisen algoritmeja, kuten tekoälyä hyödyntävät neuroverkot, konvolutionaaliset neuroverkot ja tuen vektorikoneet, vastaan. Ehdotettu algoritmi päihittää vertailukohteensa tarkkuudessa, toistettavuudessa ja f1-pisteissä. Lisäksi työssä käsitellään SCADA-järjestelmien tietoturvaaukkoja esittelemällä geneettisesti alustetun muuntavan neuroverkon (GSFTNN) tunkeutumisen havaitsemisalgoritmin. Toisin kuin allekirjoituksiin perustuvat menetelmät, GS-FTNN havaitsee muutokset toiminnallisten mallien perusteella, jotka viittaavat tunkeutujan osallistumiseen verkkoliikenteessä. Ehdotettua algoritmia arvioidaan käyttäen WUSTLIIOT-2018 ICS SCADA -kyberturvallisuus tietojoukkoa. Työssä osoitetaan sen ylivoimaisuus perinteisiin algoritmeihin, kuten jäännösneuroverkkoihin, toistaviin neuroverkkoihin ja pitkäkestoisiin lyhytaikamuisteihin, verrattuna tarkkuuden ja tehokkuuden suhteen.
2023-12-01T00:00:00Z