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SAVE THE DATE

Mardi 29 janvier 2019

Nous avons le plaisir de vous convier à la 6e édition du Workshop du Laboratoire SEIDO qui aura lieu à

EDF Lab Paris-Saclay
7 Boulevard Gaspard Monge 91120 Palaiseau

Le programme détaillé vous sera annoncé prochainement.
Le Workshop est ouvert à tous sur inscription et dans la limite des places disponibles. Une invitation vous sera adressée à l’ouverture des inscriptions.

Ziad Ismaïl, Jean Leneutre, David Bateman, Lin Chen

Book chapter in Game Theory for Security and Risk Management
Stefan Rass, Stefan Schauer (Editors)
ISBN 978-3-319-75268-6

Abstract: In complex interdependent systems, the interactions between the attacker and the defender play an important role in defining the optimal defense strategy. In this context, game theory offers a mathematical framework to study interactions between different players with the same or conflicting interests. For example, Law et al. [20] investigate false data injection attacks on the power grid and formulate the problem as a stochastic security game between an attacker and a defender. Amin et al. [21] present a framework to assess risks to cyber-physical systems when interdependencies between information and physical systems may result in correlated failures.

In this chapter, we address the issue of the security risk management of interdependent communication and electric infrastructures in the smart grid by proposing an analytical model for hardening security on critical communication equipment used to control the power grid. Using noncooperative game theory, we analyze the behavior of an attacker and a defender. The attacker tries to compromise communication equipment to cause the maximum impact on the power grid. On the other hand, the defender tries to protect the power system by hardening the security on communication equipment, while taking into account the existence of backup control equipment in the communication infrastructure. In [22] and [23], we proposed an analytical model based on game theory for optimizing the distribution of defense resources on communication equipment taking into account the interdependencies between electric and communication infrastructures and defined a methodology to assess some of the parameters of the model. In this chapter, we make a number of extensions to this model in an attempt to answer the following questions: Is security by obscurity a good strategy for the defender? Under which conditions can a player guarantee a certain payoff? How can we strategically assess the initial security risk on communication equipment? Is deception required from the part of the defender to better protect the system? As we will see, while some of these questions can be analyzed analytically in the general case, some answers to these questions are system dependent and will therefore be analyzed in the case study. Throughout this chapter, the communication system refers to the telecommunication infrastructure responsible of controlling and monitoring the electric system.

José Horta a soutenu sa thèse intitulée « Paradigmes et architectures innovantes pour l’avenir des réseaux
électriques de distribution soutenant la transition énergétique » le 16 avril 2018 où il a obtenu le grade de « Docteur de Télécom ParisTech » avec la mention Très honorable. La soutenance a eu lieu devant le jury composé de :

  1. M. Georg CARLE, Professeur, TU München, Allemagne – Rapporteur
  2. M. Georges KARINIOTAKIS, Professeur, MINES ParisTech, France – Rapporteur
  3. Mme. Ana BUŠIĆ, Chargé de Recherche, Inria, France – Examinatrice
  4. M. Gérard MEMMI, Professeur, Télécom ParisTech, France – Examinateur
  5. M. Philippe FUTTERSACK, Chef de groupe, EDF R&D, France – Invité
  6. M. Daniel KOFMAN, Professeur, Télécom ParisTech, France – Directeur de thèse
  7. M. David MENGA, Chercheur, EDF R&D, France – Encadrant industriel

Résumé de la thèse

Les futurs réseaux de distribution d’électricité devront héberger une part importante et croissante de sources d’énergies renouvelables intermittentes. De plus, ils devront faire face à des nouvelles variations des courbes de charge, dues notamment à une part croissante de véhicules électriques. Ces tendances induisent le besoin de nouveaux paradigmes et architectures d’exploitation du réseau de distribution, afin de fiabiliser les réseaux et assurer la qualité de fourniture d’électricité. Par ailleurs, ces nouveaux paradigmes vont permettre le développement des services innovants.

D’un côté, les gestionnaires de réseau s’appuieront de plus en plus sur des flexibilités fournies par des ressources énergétiques distribuées (flexibilités de consommation, stockage électrique, modulation des sources d’énergie) à cause de son potentiellement meilleur rapport coût-efficacité par rapport au renforcement des infrastructures. D’un autre côté, les consommateurs deviendront progressivement des prosumers (acteurs de leur consommation d’énergie) qui joueront un rôle actif dans la gestion de l’énergie des réseaux intelligents, en exploitant la flexibilité de certaines des équipements de leur logement (appareils électroménagers, batteries et panneaux solaires) pour moduler leur courbe de charge. L’Internet des Objets est un outil essentiel pour permettre aux logements de jouer un rôle actif, car il a poussé une nouvelle vague d’appareils connectés à la Smart Home et de services associés, dont le domaine de l’énergie peut devenir l’une des principales applications.

Dans cette thèse nous proposons une nouvelle architecture capable de favoriser la collaboration entre les acteurs du marché de gros, les gestionnaires de réseau de distribution et les clients finaux, afin de tirer parti des ressources énergétiques distribuées tout en prenant en compte les contraintes des réseaux de distribution. L’architecture est conçue pour fournir des services innovants de gestion de la demande résidentielle, avec un focus particulier sur les services liés à l’autoconsommation individuelle (au niveau d’un logement) et collective (à l’échelle d’un quartier). Dans le cadre de ces objectifs généraux, la thèse apporte trois contributions principales. D’abord, sur la base de l’Internet des Objets et de la technologie blockchain, la thèse fournit les éléments de base pour les futures architectures de
gestion de l’énergie au niveau du réseau de distribution. Ensuite, en focalisant sur les services rendus par de telles architectures, nous proposons un marché intra-journalier au pas horaire pour l’échange local de l’énergie renouvelable entre les logements, associé à un mécanisme d’allocation dynamique des phases afin d’améliorer la qualité de fourniture d’électricité. Finalement, nous proposons un mécanisme de contrôle en temps réel pour l’ajustement des transactions du marché vers des échanges finaux d’électricité qui respectent les restrictions posées par le gestionnaire du réseau électrique.

L’architecture et les mécanismes de gestion de la demande proposés visent à réduire les transits et les pertes et, par conséquent, à augmenter la capacité d’accueil des sources d’énergie renouvelables sur les réseaux de distribution basse tension. Les performances sont évaluées à l’aide de simulations de load flow basées sur des profils de charge réalistes. Elles fournissent des éléments utiles à la conception des futurs systèmes de gestion des réseaux de distribution.

Rayhana Baghli a soutenu sa thèse intitulée « Approche sémantique de la conception de services connectés – cadre d’architecture, algorithmique de composition, application à la maison connectée » le 15 décembre 2015 où elle a obtenu le grade de « Docteur de Télécom ParisTech » avec la mention Très honorable. La soutenance a eu lieu devant le jury composé de :

  • M. Alessandro FANTECHI, Professeur, Universita degli Studi di Firenze, Italie – Rapporteur
  • Mme Zoubida KEDAD, Maître de Conférences HDR, Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines – Rapporteur
  • M. Gerard MEMMI, Professeur, Télécom ParisTech – Examinateur
  • Mme Nawal GUERMOUCHE, Maître de Conférences, INSA de Toulouse – Examinateur
  • M. Philippe FUTTERSACK, Ingénieur Chercheur, EDF R&D – Invité
  • M. Elie NAJM, Professeur, Télécom ParisTech – Directeur de thèse
  • M. Bruno TRAVERSON, Ingénieur Chercheur, EDF R&D – Co-encadrant de thèse

Résumé de la thèse

Dans le contexte de l’Internet des Objets, la conception de services connectés – c’est-à-dire de services portés par des objets connectés – nécessite une approche de bout en bout pour non seulement répondre aux attentes des bénéficiaires de ces services mais aussi pour adapter le fonctionnement de ces services à des conditions d’exécution très variées allant de la maison à la ville connectée.

L’approche sémantique proposée par cette thèse offre un niveau d’abstraction qui permet aux concepteurs de services de se concentrer sur les aspects fonctionnels des services et des objets. Elle s’inscrit dans un cadre d’architecture plus large qui aborde, en plus de ce niveau sémantique, les aspects plus opérationnels de mise en œuvre de ces services (niveau Artefacts) dans des environnements techniques éventuellement hétérogènes (niveau Ressources).

En proposant cette approche sémantique de conception, la thèse vise plusieurs objectifs qui peuvent être regroupés en trois catégories. La première catégorie d’objectifs est de décloisonner le monde actuel des services connectés en découplant les services des objets connectés et en permettant le partage d’objets par plusieurs services connectés. L’ouverture induite par ces premiers objectifs conduit à viser une deuxième catégorie d’objectifs qui a trait à la composition des services connectés. Chaque service devra être conscient et adopter un comportement compatible avec les autres éléments de son contexte d’exécution.Ces éléments de contexte comprennent bien sûr les autres services mais aussi les phénomènes physiques et les actions des occupants des espaces concernés. Enfin, la troisième catégorie d’objectifs s’adresse plus particulièrement aux bénéficiaires des services connectés afin d’optimiser l’expérience utilisateur par des attentes mieux prises en compte et des automatismes respectueux des comportements humains.

SAVE THE DATE

Nous avons le plaisir de vous convier au 5e édition du workshop du Laboratoire SEIDO

Mardi 23 janvier 2018

Télécom ParisTech, 23 avenue d’Italie 75013

Nous vous remercions de réserver la date, le programme détaillé sera communiqué courant décembre 2017.

Le workshop est ouvert à tous sur inscription et dans la limite des places disponibles, l’inscription sera ouverte bientôt.

Le 13 décembre 2016, Jean-Bernard Levy (Président Directeur Général, EDF), Yves Poilane (Directeur, Télécom ParisTech) et Christophe Digne (Directeur, Télécom SudParis) ont signé un accord-cadre de collaboration en vue de la prochaine implantation des écoles de Télécom sur le campus de Paris-Saclay. La signature a eu lieu dans les locaux d’EDF Lab Paris-Saclay en présence de Bernard Salha (Directeur R&D, EDF) et Philippe Jamet (Directeur Général de l’Institut Mines-Télécom).

Cet accord-cadre inscrit dans la durée la collaboration entre les centres R&D d’EDF et Télécom ParisTech qui a démarré depuis plusieurs années au travers de grands projets tel que le Cluster Connexion et de Laboratoires communs de recherche tel que SEIDO Lab.

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Jean Leneutre (Enseignant Chercheur, Télécom ParisTech) et Ziad Ismaïl (Post-doc, Télécom ParisTech) ont été interviewés sur France Culture dans l’émission quotidienne La Méthode Scientifique du 23 novembre 2016 portant sur l’Internet des Objets, autour de la sécurité des systèmes et le contrôle industriel.

Réécouter l’émission en totalité ou le reportage à partir de la minute 47′.

Le nombre de véhicule électrique (VE) devrait continuer à croître dans les prochaines années, entraînant ainsi une forte augmentation des points et stations de recharge. Par ailleurs, l’Internet des Objets va transformer l’habitation en Smart Home disposant de services communicants dont certains prendront en charge le VE.

A partir d’un certain seuil, le fort appel en puissance pourra localement augmenter les pics de consommation et avoir ainsi un impact significatif sur les réseaux de production et de distribution électriques. Le développement des véhicules électriques ne pourra se faire sans une gestion adaptée de sa recharge. Il sera donc opportun de disposer de communications radios entre les VE en recherche de bornes de recharge publiques ou privées. Concernant ce dernier type de bornes, un travail en commun avec le département MIRE d’EDF R&D permet de développer un simulateur d’approche de véhicule en WIFI sur un site multi-bornes.

Le gestionnaire d’énergie conçu dans le cadre de cette thématique est réalisé sous forme de simulateur logiciel développé sous Matlab. Ce
simulateur est illustré par des scénarios de la Smart Home élaborés à partir du simulateur SMACH. Le procédé permet d’optimiser la consommation
électrique d’une Smart Home (Smart Building, Smart Factory). Il a été illustré au travers du stage de Lionel Capo-Chichi qui a réalisé, dans le cadre d’une maison type, une dizaine d’usages de consommation électrique et le choix des courbes de charge, un type de VE avec sa courbe de charge spécifique, des familles type, pour prévoir un simulateur étendu au quartier disposant de variabilité au niveau des occupants et de leurs consommations électriques.

L’objectif du stage de Nassim Baakel est de mettre en œuvre un dispositif matériel pour simuler l’approche d’un VE et l’affectation d’une borne de recharge sur un site multi-bornes via une communication radio en s’appuyant sur la norme ISO/IEC 15118 : spécification des messages échangés entre le VE et le gestionnaire d’énergie du site, implémentation du protocole de communication préconisé, mise en œuvre de la plateforme de test.

Le numéro du mois de juin de SEIDO LAB News est disponible en format PDF.

Ziad Ismaïl a soutenu sa thèse intitulée « Stratégies de défense optimales pour améliorer la sécurité et la résilience des Smart Grids » le 29 avril 2016 où il a obtenu le grade de « Docteur de Télécom ParisTech » avec la mention Très honorable. La soutenance a eu lieu devant le jury composé de :

  • Tansu Alpcan, Associate Professor, University of Melbourne (Rapporteur)
  • Lin Chen, Maître de conférences, Université Paris-Sud 11 (Invité)
  • Isabelle Chrisment, Professeur, Télécom Nancy (Rapporteur)
  • Hervé Debar, Professeur, Télécom SudParis (Président)
  • Alia Fourati, Ingénieur-Chercheur, EDF R&D (Encadrant industriel)
  • Mohamed Kaaniche, Directeur de recherches, LAAS-CNRS (Rapporteur)
  • Jean Leneutre, Maître de conférences, Télécom ParisTech (Directeur de thèse)
  • Fabio Martinelli, Senior researcher, IIT-CNR (Examinateur)
  • Gérard Memmi, Professeur, Télécom ParisTech (Examinateur)
  • Arnaud Ulian, Chef du Département MIRE, EDF R&D (Examinateur)

Résume de la thèse

Du fait de l’évolution des menaces, la gestion des risques de sécurité dans le contexte d’un réseau électrique dit intelligent, ou smart grid, représente un défi. Cette thèse traite cette problématique en proposant des solutions basées sur la théorie des jeux non coopérative, les graphes d’attaques et les processus de décision Markovien sous contraintes.

Dans la première partie de cette thèse, nous proposons et résolvons des modèles en théorie des jeux non coopérative pour optimiser le déploiement des ressources de défense dans le smart grid. Nous identifions le choix optimal des modes de sécurité sur les équipements d’une infrastructure relative aux compteurs intelligents, ou Advanced Metering Infrastructure (AMI), permettant de protéger la confidentialité des données clients. En outre, nous présentons un modèle analytique permettant d’identifier et de renforcer les équipements de communication les plus sensibles du réseau électrique.

Afin d’améliorer la sécurité des systèmes de contrôle industriel, la stratégie de défense a besoin d’être à la fois proactive, en anticipant les cibles potentielles des attaquants, et réactive en ajustant le type et l’intensité de la réponse en fonction du niveau de la menace. Dans la deuxième partie de la thèse, nous abordons ce défi et présentons une solution qui calcule la politique de sécurité optimale garantissant que les objectifs du défenseur sont satisfaits. Cette politique est obtenue par la résolution d’un processus de décision Markovien sous contraintes construit à partir d’un graphe d’attaque généré préalablement et représentant l’évolution de l’état de l’attaquant dans le système.