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Conference Papers Year : 2014

RESILIENCE ANALYSIS OF INTERCONNECTED SYSTEMS BY A SET-THEORETIC APPROACH

ANALYSE DE RÉSILIENCE DES SYSTÈMES INTERCONNECTÉS PAR UNE MÉTHODE DE LA THÉORIE DES EMSEMBLES

Abstract

This work addresses the resilience analysis of critical infrastructure systems. An infrastructure system is a network of subsystems, which interoperate through dependencies of various types. The interaction and dependency among the subsystems make the entire infrastructure system more complex and possibly vulnerable. Resilience is interpreted here as a system property related to the prevention of, robustness to and recovery from undesired disturbances and events. Such resilience property of interconnected systems depends also on their structure and design parameters. In this paper, the structure of the system is abstracted by a directed graph. A state dynamics is associated to each of the subsystems, with interdependent terms that can represent different types of interdependencies. The system response to undesired disturbances and events can, then, be analyzed using notions from set theory, to identify regions of operation and recoverable or non-recoverable conditions. Moreover, a characterization of the system resilience as a function of the design parameters can be provided, which is useful for resilient design and operation purposes. The benefits of the proposed approach are highlighted through an illustrative, numerical application. Finally, discussions on how the system's topology will influence its resilience are presented.
Cet article traite de l'analyse de la résilience des systèmes d'infrastructures critiques. Un système d'infrastructure est un réseau de sous-systèmes, qui interagissent par les dépendances de divers types. L'interaction et la dépendance entre les sous-systèmes rendent le système d'infrastructure entier plus complexe et parfois vulnérable. Nous interprétons la résilience comme une propriété de système liés à la prévention, la robustesse et le rétablissement des perturbations et des événements indésirables. Une telle propriété de résistance des systèmes interconnectés dépend également de leur structure et de leurs paramètres de conception. Dans cet article, nous modélisons la structure du système par un graphe orienté. Une dynamique de l’état est associée à chacun des sous-systèmes, avec des termes interdépendants qui peuvent représenter différents types d'interdépendances. La réponse du système aux perturbations et aux événements indésirables peut, alors, être analysée en utilisant des notions de la théorie des ensembles, pour identifier les régions de fonctionnement et les conditions récupérables ou non récupérables. En outre, une caractéristique de la résilience du système en fonction des paramètres de conception est fournie, ce qui est utile pour la conception et le fonctionnement des systèmes résilients. Les avantages de l'approche proposée sont mis en évidence par une application numérique illustrative. Finalement, les différentes topologies des systèmes sont également prises en compte pour discuter de leurs effets au système.

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hal-01108225 , version 1 (22-01-2015)

Identifiers

  • HAL Id : hal-01108225 , version 1

Cite

Xing Liu, Ionela Prodan, Enrico Zio. RESILIENCE ANALYSIS OF INTERCONNECTED SYSTEMS BY A SET-THEORETIC APPROACH. Congrès Lambda Mu 19, Oct 2014, Dijon, France. ⟨hal-01108225⟩
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