摘要：针对一类虚假数据注入(FDI)攻击与故障共存的工业信息物理系统(ICPS),在新型自适应离散事件触发通信机制(ADETCS)下,研究了综合安全控制与通信的协同设计问题。引入ADETCS取代传统离散事件触发通信机制,构建安全与通信可自适应协同优化运行的ICPS架构;通过对ADETCS中阈值函数的优化设计,获得一种可随系统动态行为双向连续变化的新型ADETCS;在该机制下,基于主动容侵和容错的思想,通过构造Lyapunov泛函,借助新型Bessel-Legebdre不等式、锥补线性化(CCL)等少保守性技术,在统一的自适应变采样框架下,推证出鲁棒估计器与综合安全控制器的求解方法,使ICPS可同时防御FDI攻击与故障,并具有更优的自适应通信调节能力。仿真结果表明:新型ADETCS中阈值函数的巧妙设计及CCL的应用,相较现存通信机制和设计方法,可使ICPS的综合安全控制性能与资源节约获得更优的折中平衡。

摘要：针对具有间隙拒绝服务(DoS)攻击的工业信息物理系统(ICPS),研究一种基于观测器的自适应事件触发稳定控制方案。首先构造一个观测器估计系统状态,并采用一种新的自适应事件触发通信方案以节约网络资源;然后通过受频率和持续时间限制的间隙DoS攻击对ICPS的影响建立攻击模型,将受到DoS攻击的ICPS划分为DoS攻击活跃期系统和DoS攻击休眠期系统,并用一些过去成功触发状态重构当前受到攻击的状态,得到基于动态估计器的攻击补偿机制,保证系统在DoS攻击活跃期间的渐进稳定;最后运用分段Lyapunov泛函方法、Jensen’s不等式和Schur补引理,得到系统的稳定条件,并提出自适应事件触发参数、观测器增益和控制器增益的协同设计方案。用间歇反应器系统模拟间隙DoS攻击下基于自适应事件触发的ICPS系统稳定性能。仿真结果表明,自适应事件触发策略和基于动态估计器的补偿机制不仅能够提升系统的稳定性,还能有效降低数据传输的次数,系统在静态事件触发策略下的触发次数大约是在自适应事件触发策略下的4.5倍。

摘要：近年来,工业信息物理系统产品越来越多地采用通用协议、通用硬件和通用软件,以各种方式与互联网等公共网络连接。病毒、木马等威胁正在向工业信息物理系统扩散,其信息系统安全稳定问题日益突出。缺乏有效的安全防御与数据保密措施,将会给信息获取、通信、计算与控制带来许多挑战,如何保障工业信息物理系统的安全稳定性成为一个重要的课题。文章以我国华中某省天然气调控中心数据采集与监控信息系统安全设计和实施建设为例,针对工业控制系统回路中的节点设备和信息网络进行安全设计和分析,从而达到系统在面对多重安全风险时依然安全的要求,进而保障系统运行的安全稳定性。

摘要：针对一类隐蔽虚假数据注入(FDI)和执行器故障共存的工业信息物理融合系统(ICPS),将数据驱动与机理解析方法有机结合,研究综合安全控制与通讯协同设计问题.首先,设计一种服从指数型自适应律的离散事件触发通讯机制(ADETCS),并构建可同时抵御网络FDI攻击和物理部件故障的自适应ICPS框架;然后,基于数据驱动技术,通过优选和优化建立FDI攻击的预测模型PSO-CatBoost,对攻击进行准确重构和补偿;接着,借助于增广型Lyapunov-Krasovskii泛函、改进仿射Bessel-Legendre不等式等少保守性技术,推导出鲁棒观测器和综合安全控制器的求解方法;最后,通过四容水箱实例验证所提出方法的有效性.实验结果表明:将数据驱动的隐蔽FDI重构补偿与机理解析的补偿误差抑制深度融合,主被动协同有效容侵了网络攻击,结合对故障的主动容错,并在ADETCS下随系统行为变化自适应调整触发参数,可显著提升ICPS的双重安全防御能力,节约更多的网络资源.

摘要：工业信息物理系统(ICPS)与基础设施的连接越来越密切,同时通信网络也易受到环境干扰和虚假数据注入攻击的影响.鉴于此,研究基于多信道传输框架和minimax控制器,提高ICPS在攻击、环境和噪声干扰下的弹性.通过设计minimax控制器以增强ICPS在噪音和干扰下的弹性,基于多信道传输框架建立发射机与攻击者之间的攻防博弈模型,通过多信道上的攻防博弈策略实现整个ICPS的弹性防御策略.通过OPNET和Matlab的联调仿真,验证模拟数据注入攻击下基于多信道传输框架的ICPS控制系统的性能.仿真结果表明,minimax控制器和多信道传输框架组成的弹性防御策略,能够同时提升系统在环境干扰下的稳定性并有效降低数据注入攻击对ICPS的影响.

摘要：针对一类有限能量拒绝服务(denial of service,DoS)攻击与执行器故障共存的工业信息物理系统(industry cyber-physical system,ICPS),研究了综合安全控制与通信协同设计问题。首先,考虑单侧网络遭受DoS攻击的情形,构建了ICPS综合安全控制架构,并从防御者的视角通过分析不同能量级DoS攻击对系统的影响差异,制定了相应的能量分级标准;其次,设计了DoS攻击的能量分级检测机制,并对小能量攻击以弹性控制鲁棒应对,对大能量攻击提出了一种PD(proportional-differential)数据重构补偿策略,提升了ICPS对DoS攻击的主动防御能力,而安全系数的引入又使主被动容侵得以交融协同;接着,在同一非均匀数据传输机制下,通过给出的观测器与综合安全控制器的设计方法,实现了对不同能量等级DoS攻击的主被动混合容侵、执行器故障主动容错,并与通信协同设计的目标;最后,通过四容水箱系统仿真验证了所得理论结果的有效性。