检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：黄晓杰北京科技大学

学位级别：博士

信息物理系统(Cyber-physical system,CPS)作为一种集成通信、计算和控制技术的智能化系统,被广泛应用于智能交通系统、智慧医疗、智能电网和工业互联网等关键基础设施。然而,物理空间与信息空间的深度融合以及网络的高度开放性,导致智... 详细信息

信息物理系统(Cyber-physical system,CPS)作为一种集成通信、计算和控制技术的智能化系统,被广泛应用于智能交通系统、智慧医疗、智能电网和工业互联网等关键基础设施。然而,物理空间与信息空间的深度融合以及网络的高度开放性,导致智能、复杂、随机和隐蔽的网络攻击时刻威胁着系统的安全。特别是对于互联CPS,子系统之间复杂的信息交互和级联效应,给系统的安全防护带来一定的挑战。近年来频发的网络安全事件,使得互联CPS的攻击检测和安全控制研究受到了广泛关注。本文针对互联CPS开展攻击检测和安全控制研究。一方面,利用有限时间检测技术、动态检测技术设计攻击检测策略,实现对网络攻击的有限时间检测和动态检测;另一方面,建立贴近实际攻击场景的复杂攻击模型,充分挖掘子系统之间的联系,并基于分布式控制技术、事件触发传输规则开展安全控制研究,在最大程度提升资源利用率的前提下,保障互联CPS在网络攻击下的安稳运行。论文的主要研究内容如下:(1)针对多对手攻击模式下的互联CPS,研究了有限时间攻击检测问题。首先,采用Takagi-Sugeno模糊模型描述非线性互联CPS。其次,设计了带有加速收敛环节的有限时间观测器,在有限时间内实现对状态的准确估计。为降低多对手攻击对状态观测值的影响,构造了状态修正估计器,保证遭受攻击时状态估计值的准确性。最后,设计了有限时间攻击检测机制,约束检测时间上限,实现了有限时间内检测攻击的目的。(2)针对混合攻击模式下的互联CPS,研究了动态攻击检测问题。首先,基于移动目标防御策略设计了鲁棒观测器,以尽可能避免混合攻击对系统信息的窃取。在此基础上,结合可达集分析技术和区间包络技术,提出了一种新的集员区间估计方案以获取系统状态的动态可达集,同时规避了围包效应造成的误差。最后,量化无攻击时残差系统的动态阈值,并设计了动态检测机制,实现对攻击的实时动态识别和检测。(3)针对固定攻击模式下的互联CPS,研究了同步安全控制问题。首先,提出了一种异步且独立的分布式事件触发规则,排除了芝诺(Zeno)行为,有效缓解了有限带宽下的通信占用率。基于此,设计了分布式事件触发安全控制策略,结合迭代递归技术,保证了固定攻击模式下互联CPS内各子系统之间的同步。最后,计算了系统所容忍的攻击频率和驻留时间上限,并评估此安全控制策略对攻击的容忍行为。(4)针对多对手攻击模式下互联CPS,研究了同步安全控制问题。首先,设计了一种分布式事件触发传输策略,通过排除Zeno行为和奇异触发行为,保证了数据的有效传输。其次,借鉴拓扑切换思想刻画了多对手攻击下系统的通信拓扑结构。基于此,提出了一种切换分布式安全控制器设计方案,实现了多对手攻击下系统各子系统之间的同步。最后,通过计算攻击持续时间和频率表征该控制策略对攻击的容忍能力。(5)针对混合攻击模式下互联CPS,研究了同步安全控制问题。首先,构建了一种新的包含多个攻击类型的混合异步攻击模型。其次,结合攻击序列分类方法和迭代递归分析方法,分别设计了分布式安全控制策略,以使得混合异步攻击下互联CPS中各子系统保持同步。最后,计算系统所能容忍的每种攻击类型的频率和驻留时间上限,以此描述两种安全控制策略对混合异步攻击的容忍度。

关键词：互联信息物理系统网络攻击攻击检测安全控制

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FDI攻击下异构互联信息物理系统分布式攻击估计

引用

控制与决策 2024年第12期39卷 4073-4082页

作者：陈丽郭胜辉苏州科技大学电子与信息工程学院江苏苏州215009

针对含有虚假数据注入(false data injection, FDI)攻击和传感器故障的异构互联信息物理系统,研究分布式攻击估计器设计问题.首先,将系统状态和传感器故障增广成等价的广义状态空间模型,利用该模型和子系统间的关联信息设计分布式攻击... 详细信息

针对含有虚假数据注入(false data injection, FDI)攻击和传感器故障的异构互联信息物理系统,研究分布式攻击估计器设计问题.首先,将系统状态和传感器故障增广成等价的广义状态空间模型,利用该模型和子系统间的关联信息设计分布式攻击估计观测器.在分布式观测器的设计中,引入中间变量和输出估计误差反馈项,使观测器具有灵活的参数矩阵结构,适用于不同状态维度子系统组成的异构系统,实现对攻击信号和传感器故障的同时估计.其次,对动态误差系统进行稳定性分析,利用H∞性能来抑制攻击信号和外部干扰对估计效果的影响,同时以线性矩阵不等式的形式给出观测器增益矩阵的求解方法.最后,通过数值仿真和对比仿真验证所提攻击估计方法的可行性.

关键词： FDI攻击互联信息物理系统异构系统分布式观测器状态估计攻击估计

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