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"In meiner Forschung berechne ich Extremsituationen voraus"

Wie reagieren moderne Stromnetze auf unvorhergesehene Ausfälle? Humboldt-Stipendiat und Informatiker Abdorasoul Ghasemi nutzt seinen Aufenthalt an der Universität Passau, um das Konzept der Resilienz voranzutreiben - ein Konzept, das nicht nur moderne Energiesysteme betrifft, sondern die Gesellschaft im Allgemeinen. Interview: Kathrin Haimerl

Abdorasoul Ghasemi hat eines der angesehenen Alexander von Humboldt-Stipendien für erfahrene Forschende erhalten. Er kam im Juli 2021 an die Universität Passau, um am Lehrstuhl für Informatik mit Schwerpunkt Rechnernetze / Rechnerkommunikation unter der Leitung von Prof. Dr. Ing. Hermann de Meer an resilienten cyber-physischen Energiesystemen zu arbeiten. Professor Ghasemi ist Extraordinarius an der Fakultät der Technischen Informatik an der K.N. Toosi University of Technology in Teheran, Iran. Im Anschluss an seinen B.Sc von der Isfahan University of Technology und seinen M.Sc. von der Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnique), Teheran, promovierte er ebendort in Elektrotechnik. Er absolvierte Forschungsaufenthalte im Bereich Informatik an der University of California in Davis, USA (April 2017 bis August 2018) sowie am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden (Dezember 2020 bis Juli 2021). Seine Forschungsinteressen gelten der Netzwerkwissenschaft und deren anlagentechnischen Anwendungen, einschließlich Kommunikation, Energie und cyber-physischer Systeme mit Ansätzen der Optimierung und des Maschinellen Lernens.

Glückwunsch! Sie haben eines der angesehenen Alexander von Humboldt-Stipendien für Ihren Aufenthalt an der Universität Passau erhalten. Wie kam es dazu?

Nun, im ersten Schritt des Bewerbungsprozesses geht es darum, einen angesehenen Gastgeber in Deutschland für die Forschungsarbeit zu finden. Es war ein glücklicher Zufall, als unlängst Prof. Dr. Joachim Posegga von der Universität Passau verschiedenen Universitäten im Iran einen Besuch abstattete, darunter auch der K. N. Toosi University of Technology (KNTU) in Teheran, an der ich arbeitete. Er stellte uns das deutsche akademische System vor, sowie verschiedene Forschungsprojekte an der Fakultät für Informatik und Mathematik an der Universität Passau. Dank seines Vortrages erfuhr ich, dass einer seiner Kollegen, Prof. Dr. Ing. Hermann de Meer, Erfahrungen in der Erforschung der Resilienz vernetzter Strom- und Kommunikationssysteme hat, also trat ich an ihn heran und wir einigten uns auf ein Forschungsthema.

Worum geht es denn bei Ihrem Forschungsthema?

In meiner Forschung konzentriere ich mich auf die Resilienz wechselseitig abhängiger Systeme. Unsere modernen Gesellschaften sind auf den wechselseitig abhängigen Betrieb komplexer Infrastrukturen angewiesen. Netzwerke erleichtern die Verbreitung von Energie, Informationen, Gütern und Ideen, aber sie erleichtern auch die Verbreitung der Folgen unerwünschter Ereignisse: beispielsweise Orkane oder Erdbeben – oder man denke nur an die kürzliche Fehlkonfiguration bei Facebook, die das ganze Netzwerk stundenlang unverfügbar machte und dabei Schäden in Billionenhöhe verursachte. Ausfälle können nicht nur innerhalb von Netzwerken verbreitet werden, sondern sich auch auf andere Netzwerke ausweiten, und es ist entscheidend, sicherzustellen, dass diese Infrastrukturen gegenüber diesen unvorhersehbaren Ereignissen resilient sind.

Bei Resilienz geht es um belastende Ereignisse, die man eben nicht vorhersehen kann, aber man will trotzdem, dass das System nach solchen Ereignissen angemessen reagiert.

Was bedeutet das Konzept der Resilienz?

Wenn man ein System entwirft, weiß man, dass es für manche Ausfallarten anfällig sein wird, und man trägt diesen Ausfällen im Konstruktionsprozess dadurch Rechnung, dass man die erforderlichen zusätzlichen Ressourcen zur Verfügung stellt. Das versteht man unter der Zuverlässigkeit des Systems, also dass es auf verschiedene vorhersehbare Szenarien vorbereitet ist. Bei Resilienz geht es um belastende Ereignisse, die man eben nicht vorhersehen kann, aber man will trotzdem, dass das System nach solchen Ereignissen angemessen reagiert. Es handelt sich um ein Konzept, das nicht nur in meinem Fachgebiet bedeutsam ist; es ist auch in sozialen, ökologischen und ökonomischen Systemen relevant. Nehmen wir beispielsweise die schreckliche Corona-Pandemie und wie verschiedene Länder und Gemeinschaften darauf reagiert haben, indem sie versucht haben, gegenüber den unerwünschten Folgen resilient zu bleiben. Es gibt also verschiedene Definitionen von Resilienz, aber im Allgemeinen bezieht sich der Begriff auf die Fähigkeit eines Systems, ein belastendes Ereignis, das sich auf seinen Betrieb und vielleicht auch auf seine Struktur auswirkt, abzufangen, sich ihm anzupassen und sich im Nachhinein von ihm zu erholen.

Der iranische Informatiker Abdorasoul Ghasemi hat eines der angesehenen Alexander-von-Humboldt-Stipendien für erfahrene Forschende erhalten.

Abdorasoul Ghasemi, Extraordinarius an der K.N. Toosi University of Technology in Teheran, will seinen Forschungsaufenthalt nutzen, um langanhaltende Verbindungen mit deutschen Forschenden aufzubauen. Fotos: Valentin Brandes, Studio Weichselbaumer

Welche Methoden wenden Sie in Ihrem spezifischen Forschungsprojekt hier an der Universität Passau an?

Ich arbeite an modernen cyber-physischen Energiesystemen, deren robuster Betrieb auf Kommunikations- und physikalische Netze angewiesen ist. Diese sind wechselseitig voneinander abhängig: das Kommunikationsnetz überwacht und sendet Antriebssignale an das physikalische Netz, während das Stromnetzwerk die Energie zur Verfügung stellt, die das Kommunikationsnetz benötigt. Ausfälle setzen sich also nicht nur innerhalb jedes Netzwerks kaskadenartig fort, sondern können auch auf das jeweils andere Netzwerk übergehen, was in der Folge zu weiteren Ausfällen im Stromnetz führt. Das war beispielsweise in Italien der Fall, im September 2003. In meiner Forschung berechne ich Extremsituationen voraus und entwickle Strategien dafür, wie Netzwerke nach diesen unerwünschten Ereignissen reagieren sollen. Zum einen wenden wir Simulationsszenarien an, in denen wir versuchen, verschiedene Abhängigkeitsszenarien zwischen den Netzwerken zu betrachten. Dann benutzen wir echte Modelle, um zu beobachten, wie sich die Ausfälle in jedem Netzwerk fortsetzen und wie sich diese Kopplung auf die Robustheit des Systems auswirkt. Dann wenden wir die Theorie der Optimierung an, um abzuschätzen, wie man sich am besten auf diese unerwünschten Situationen vorbereiten kann.

Prof. Dr. Ing. de Meer hat Erfahrung in der Resilienz-Forschung. Inwiefern profitieren Sie davon, Teil seines Teams zu sein?

Wir haben Besprechungen innerhalb der Forschungsgruppe, und wir tauschen uns über unsere Arbeit aus. Ich arbeite zusammen mit drei Nachwuchsforschenden an der Systemwiederherstellung nach Ausfällen, der Wirkung der wechselseitigen Abhängigkeit zwischen den Schichten und der Systemarchitektur insgesamt. Zudem biete ich der Gruppe Seminare an.

Liege ich richtig in der Annahme, dass Sie und Prof. Dr. Ing. de Meer Teil einer kleinen Community internationaler Forschender sind, die ein vergleichsweise junges Thema untersuchen?

Das stimmt, das Forschungsthema ist noch nicht sehr alt. In den vergangenen Jahren konnten wir jedoch ein zunehmendes Bewusstsein für dessen Bedeutung beobachten. In der Europäischen Union, den Vereinigten Staaten und China wächst die Anzahl der Forschungsförderungen. Die Vereinigten Staaten und das Vereinigte Königreich haben Richtlinien zur Definition von Resilienz. Das zunehmende Bewusstsein für das Thema ist der wachsenden Anzahl unerwarteter Ereignisse geschuldet, die sich in modernen, komplexen Infrastruktursystemen ergeben.

Wie sieht es mit Deutschland aus? Sind wir uns der Bedeutung dieses Themas bewusst?

Ja, klar. Das ist der Grund, warum ich hier bin. Deutschland ist führend auf diesem Gebiet. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert beispielsweise ein Schwerpunktprogramm dazu. Darüber hinaus bieten sich hier mir Gelegenheiten, namhafte Forschende sowohl an der Universität Passau als auch während meines Aufenthaltes am Max-Planck-Institut in Dresden kennenzulernen. Mit dem Humboldt-Stipendium hoffe ich, langanhaltende Verbindungen mit deutschen Forschenden aufzubauen. Dies ist auch im Einklang mit dem Ziel der Humboldt-Stiftung: das Stipendium wird nach meinem 18-monatigen Aufenthalt in Passau nicht zu Ende sein.

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