Deep Reinforcement Learning with Graph ConvNets for Distribution Network Voltage Control

This paper proposes a model-free Volt-VAR control (VVC) algorithm via the spatio-temporal graph ConvNet-based deep reinforcement learning (STGCN-DRL) framework, whose goal is to control smart inverters in an unbalanced distribution system. We first identify the graph shift operator (GSO) based on the power flow equations. Then, we develop a spatio-temporal graph ConvNet (STGCN), testing both recurrent graph ConvNets (RGCN) and convolutional graph ConvNets (CGCN) architectures, aimed at capturing the spatiotemporal correlation of voltage phasors. The STGCN layer performs the feature extraction task for the policy function and the value function of the reinforcement learning architecture, and then we utilize the proximal policy optimization (PPO) to search the action spaces for an optimum policy function and to approximate an optimum value function. We further utilize the low-pass property of voltage graph signal to introduce an GCN architecture for the the policy whose input is a decimated state vector, i.e. a partial observation. Case studies on the unbalanced 123-bus systems validate the excellent performance of the proposed method in mitigating instabilities and maintaining nodal voltage profiles within a desirable range.Comment: This work has been submitted to the IEEE for possible publication. Copyright may be transferred without notice, after which this version may no longer be accessibl

A survey on mobility-induced service migration in the fog, edge, and related computing paradigms

The final publication is available at ACM via http://dx.doi.org/10.1145/3326540With the advent of fog and edge computing paradigms, computation capabilities have been moved toward the edge of the network to support the requirements of highly demanding services. To ensure that the quality of such services is still met in the event of users’ mobility, migrating services across different computing nodes becomes essential. Several studies have emerged recently to address service migration in different edge-centric research areas, including fog computing, multi-access edge computing (MEC), cloudlets, and vehicular clouds. Since existing surveys in this area focus on either VM migration in general or migration in a single research field (e.g., MEC), the objective of this survey is to bring together studies from different, yet related, edge-centric research fields while capturing the different facets they addressed. More specifically, we examine the diversity characterizing the landscape of migration scenarios at the edge, present an objective-driven taxonomy of the literature, and highlight contributions that rather focused on architectural design and implementation. Finally, we identify a list of gaps and research opportunities based on the observation of the current state of the literature. One such opportunity lies in joining efforts from both networking and computing research communities to facilitate future research in this area.Peer ReviewedPreprin

Data-Driven Modeling with Experimental Augmentation for the Modulation Strategy of the Dual-Active-Bridge Converter

For the performance modeling of power converters, the mainstream approaches are essentially knowledge-based, suffering from heavy manpower burden and low modeling accuracy. Recent emerging data-driven techniques greatly relieve human reliance by automatic modeling from simulation data. However, model discrepancy may occur due to unmodeled parasitics, deficient thermal and magnetic models, unpredictable ambient conditions, etc. These inaccurate data-driven models based on pure simulation cannot represent the practical performance in physical world, hindering their applications in power converter modeling. To alleviate model discrepancy and improve accuracy in practice, this paper proposes a novel data-driven modeling with experimental augmentation (D2EA), leveraging both simulation data and experimental data. In D2EA, simulation data aims to establish basic functional landscape, and experimental data focuses on matching actual performance in real world. The D2EA approach is instantiated for the efficiency optimization of a hybrid modulation for neutral-point-clamped dual-active-bridge (NPC-DAB) converter. The proposed D2EA approach realizes 99.92% efficiency modeling accuracy, and its feasibility is comprehensively validated in 2-kW hardware experiments, where the peak efficiency of 98.45% is attained. Overall, D2EA is data-light and can achieve highly accurate and highly practical data-driven models in one shot, and it is scalable to other applications, effortlessly.Comment: 11 page

Edge Computing for Extreme Reliability and Scalability

The massive number of Internet of Things (IoT) devices and their continuous data collection will lead to a rapid increase in the scale of collected data. Processing all these collected data at the central cloud server is inefficient, and even is unfeasible or unnecessary. Hence, the task of processing the data is pushed to the network edges introducing the concept of Edge Computing. Processing the information closer to the source of data (e.g., on gateways and on edge micro-servers) not only reduces the huge workload of central cloud, also decreases the latency for real-time applications by avoiding the unreliable and unpredictable network latency to communicate with the central cloud

The Democratization of News - Analysis and Behavior Modeling of Users in the Context of Online News Consumption

Die Erfindung des Internets ebnete den Weg für die Demokratisierung von Information. Die Tatsache, dass Nachrichten für die breite Öffentlichkeit zugänglicher wurden, barg wichtige politische Versprechen, wie zum Beispiel das Erreichen von zuvor uninformierten und daher oft inaktiven Bürgern. Diese konnten sich nun dank des Internets tagesaktuell über das politische Geschehen informieren und selbst politisch engagieren. Während viele Politiker und Journalisten ein Jahrzehnt lang mit dieser Entwicklung zufrieden waren, änderte sich die Situation mit dem Aufkommen der sozialen Online-Netzwerke (OSN). Diese OSNs sind heute nahezu allgegenwärtig – so beziehen inzwischen $67\%$ der Amerikaner zumindest einen Teil ihrer Nachrichten über die sozialen Medien. Dieser Trend hat die Kosten für die Veröffentlichung von Inhalten weiter gesenkt. Dies sah zunächst nach einer positiven Entwicklung aus, stellt inzwischen jedoch ein ernsthaftes Problem für Demokratien dar. Anstatt dass eine schier unendliche Menge an leicht zugänglichen Informationen uns klüger machen, wird die Menge an Inhalten zu einer Belastung. Eine ausgewogene Nachrichtenauswahl muss einer Flut an Beiträgen und Themen weichen, die durch das digitale soziale Umfeld des Nutzers gefiltert werden. Dies fördert die politische Polarisierung und ideologische Segregation. Mehr als die Hälfte der OSN-Nutzer trauen zudem den Nachrichten, die sie lesen, nicht mehr ($54\%$ machen sich Sorgen wegen Falschnachrichten). In dieses Bild passt, dass Studien berichten, dass Nutzer von OSNs dem Populismus extrem linker und rechter politischer Akteure stärker ausgesetzt sind, als Personen ohne Zugang zu sozialen Medien. Um die negativen Effekt dieser Entwicklung abzumildern, trägt meine Arbeit zum einen zum Verständnis des Problems bei und befasst sich mit Grundlagenforschung im Bereich der Verhaltensmodellierung. Abschließend beschäftigen wir uns mit der Gefahr der Beeinflussung der Internetnutzer durch soziale Bots und präsentieren eine auf Verhaltensmodellierung basierende Lösung. Zum besseren Verständnis des Nachrichtenkonsums deutschsprachiger Nutzer in OSNs, haben wir deren Verhalten auf Twitter analysiert und die Reaktionen auf kontroverse - teils verfassungsfeindliche - und nicht kontroverse Inhalte verglichen. Zusätzlich untersuchten wir die Existenz von Echokammern und ähnlichen Phänomenen. Hinsichtlich des Nutzerverhaltens haben wir uns auf Netzwerke konzentriert, die ein komplexeres Nutzerverhalten zulassen. Wir entwickelten probabilistische Verhaltensmodellierungslösungen für das Clustering und die Segmentierung von Zeitserien. Neben den Beiträgen zum Verständnis des Problems haben wir Lösungen zur Erkennung automatisierter Konten entwickelt. Diese Bots nehmen eine wichtige Rolle in der frühen Phase der Verbreitung von Fake News ein. Unser Expertenmodell - basierend auf aktuellen Deep-Learning-Lösungen - identifiziert, z. B., automatisierte Accounts anhand ihres Verhaltens. Meine Arbeit sensibilisiert für diese negative Entwicklung und befasst sich mit der Grundlagenforschung im Bereich der Verhaltensmodellierung. Auch wird auf die Gefahr der Beeinflussung durch soziale Bots eingegangen und eine auf Verhaltensmodellierung basierende Lösung präsentiert