doctoral thesis
Agent-based Framework for Modelling and Simulation of Resource Management in Smart Self-Sustainable Human Settlements

Igor Tomičić (2016)
Sveučilište u Zagrebu
Fakultet organizacije i informatike Varaždin
Metadata
TitleAgent-based Framework for Modelling and Simulation of Resource Management in Smart Self-Sustainable Human Settlements
AuthorIgor Tomičić
Mentor(s)Markus Schatten
Pietro Terna
Abstract
A human settlement may exist in an environment which does not allow the use of central resource distribution systems such as national electrical grid, municipal water supply, etc., or where the use of such systems is not preferable by its inhabitants. In such scenarios, there is a need for managing resources that are being produced, stored, and consumed, within the boundaries of such settlements, with a goal to maintain the self-sustainability of such settlement. Settlements are hereafter considered self-sustainable if sufficient resource quantities are available in the observed time period, with regard to defined comfort levels and observed resource type.Considering existing work in the fields of smart cities, self-sustainable settlements, smart grids,Internet of things and existing intelligent agent infrastructures tackling renewable resource management, new agent classes, behaviours and protocols are proposed. A central part of the dissertation work includes developing specialized agent classes and behaviours that would allow to model and simulate the dynamics of a local resource production, storage and consumption in order to pursue and evaluate self-sustainability of the settlement.Such framework could be used by a modeler either to design and simulate a new self-sustainable system, or to evaluate and analyze an existing system, which could lead to considerable improvements in the design of a settlement and its resource production, consumption and storage elements, in regard to the context of self-sustainability.
Parallel title (Croatian)Agentno razvojno okružje za modeliranje i simulaciju upravljanja resursima u pametnim samoodrživim ljudskim naseljima
Committee MembersKornelije Rabuzin (committee chairperson)
Robert Fabac (committee member)
Mirko Maleković (committee member)
Pietro Terna (committee member)
Markus Schatten (committee member)
GranterSveučilište u Zagrebu
Fakultet organizacije i informatike Varaždin
PlaceVaraždin
StateCroatia
Scientific field, discipline, subdisciplineSOCIAL SCIENCES
Information and Communication Sciences
Information Systems and Information Science
UDK004
GENERALLY
Computer science and technology. Computing. Data processing
Study programme typeuniversity
Study levelpostgraduate
Study programmePostgraduate doctoral study in Information Science
Academic title abbreviationdr.sc.
Genredoctoral thesis
Language English
Defense date2016-05-16
Parallel abstract (Croatian)
Cilj istraživanja je modelirati i simulirati samoodrživa ljudska naselja u novorazvijenom razvojnom okružju za modeliranje i simulaciju upravljanja resursima u pametnim samoodrživim ljudskim naseljima temeljenom na agentima, sa svrhom produljenja samoodrživosti naselja. U tom kontekstu, identificirani su sljedeći istraživački ciljevi:1. Razviti nove klase agenata, ponašanja i protokola specijaliziranih za modeliranje i simulacije upravljanja resursima u pametnim samoodrživim ljudskim naseljima.2. Integrirati novo razvijene klase agenata, ponašanja i protokola u funkcionalno razvojno okružje za modeliranje i simulaciju.3. Razviti ne-trivijalno kompleksne scenarije za modeliranje i simulaciju upravljanja resursima u pametnim samoodrživim ljudskim naseljima. Scenariji će biti razvijen i unutar tri kategorije: permakulturno eko-selo, vanzemaljska kolonija, svemirsko putovanje.Hipoteza disertacije je sljedeća:H1. Razvojno okruženje za modeliranje i simulaciju upravljanja resursima u pametnim samoodrživim ljudskim naseljima temeljeno na agentima produžiti će vremenski period samoodrživosti prilikom korištenja u razvijenim testnim scenarijima.Prvo poglavlje je uvodno i elaborira kontekst istraživanja u konciznom obliku, predstavljajući istraživačke ciljeve i hipotezu.Poglavlje 2 detaljizira istraživanje, od inicijalnog koncepta okružja, prema gradnji okružja i implementaciji, dajući uvid u detalje implementacije i korištene istraživačke metode.Poglavlje 3 pruža pregled literature područja relevantnih za istraživanje, kao što su održivi razvoj, samoodrživa ljudska naselja, agenti i više-agentni sustavi, inteligentne zgrade, pametni gradovi, eko-povratne informacije, upravljanje vršnim opterećenjem, te drugih povezanih područja.Poglavlje 4 prezentira implementaciju razvojnog okružja. Slijedeći prilagođeni tok rada MaSEmetodologije, u prvim koracima identificiraju se zahtjevi sustava, prema kojima se deriviraju ciljevi sustava. Ciljevi se nakon toga koriste u kreiranju agentnih uloga, a uloge se potom koristeza definiciju klasa agenata.Globalni cilj razvojnog okruženja je sljedeći:Nakon izvršenih aktivnih napora usmjerenih u svrhu ostvarenja samoodrživosti modeliranog sustava, informiraj korisnika o tome da li je sustav samoodrživ; ukoliko modelirani sustav nije samoodrživ, usmjeri korisnika na relevantne probleme koji sprječavaju samoodrživost.Isto poglavlje elaborira modele konzumacije resursa i mehanizme samoodrživosti. Mehanizmi samoodrživosti izvedeni su iz literature povezanih i relevantnih područja istraživanja, iz intervjua provedenih sa ekspertima za samoodrživost, iz stvarnih mehanizama koje koristeprimjerice poduzeća za energetiku, te iz poznavanja načina rada velikog broja jedinica zapotrošnju energije, analize i vlastitih iskustava.Poglavlje 5 elaborira način korištenja razvojnog okružja prilikom modeliranja i simulacija specifičnih sustava. Pojašnjene se ulazne i izvještajne varijable koje korisnik koristi za modeliranje, prilagodbu i analizu sustava.Poglavlje 6 opisuje razvijene testne scenarije, rezultate simulacija nad tim scenarijima, te analizu i diskusiju. Scenariji su inicijalno simulirani bez korištenja mehanizama za samoodrživost, koristeći jednostavne matematičke formule u alokaciji resursa. Nakon toga,scenariji su simulirani nad identičnim ulaznim podacima koristeći mehanizme za samoodrživost razvojnog okružja. Rezultati provedenih simulacija pokazali su da je razvojnookružje produžilo trajanje samoodrživosti u svakom od razvijenih scenarija, što je konzistentnosa istraživačkom hipotezom H1.U poglavlju 7 zaključuje se istraživanje, diskutira o rezultatima simulacije, te se predlažuplanovi za daljnje istraživanje.
Parallel keywords (Croatian)self-sustainability multi-agent system MAS agents methods simulation modeling framework samoodrživost ljudska naselja resursi više-agentni sustav VAS agenti metode simulacija modeliranje razvojno okruženje
Versionaccepted version
Resource typetext
Access conditionOpen access
Terms of usehttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Noteaccepted version
URN:NBNhttps://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:211:879692
CommitterLjiljana Hajdin