信息物理系统在网络攻击下的控制问题研究

发布时间：2021-05-22 05:30

　　信息物理系统（cyber physical system,CPS）是近年来提出的概念,它是指将计算、通信和物理过程紧密融合所形成的系统。这样的系统可以将感知、通信和计算技术嵌入到物理设备中,充分实现分布式传感、信息传输、智能信息处理、实时反馈和控制。因此,信息物理系统被应用在很多领域中,包括化工、电网、配水、汽车和智能家居等。信息传输是信息物理系统中最基本的功能,而有线或无线的传输设备会受到来自信息空间的各类攻击影响,从而引起信息传输的错误甚至失败,进而造成控制性能的下降或系统的不稳定运行。因此,信息物理系统的安全问题受到越来越多研究者的关注,相关的研究成果也从最初的通信领域扩展到控制领域。关于信息物理系统的安全问题主要分为两大类:信息安全和安全控制理论。前者主要关注加密和数据处理;而后者研究网络攻击如何影响控制系统的物理动态。信息安全的研究不能够完全阻止攻击者对控制系统造成影响,因此安全控制理论的研究也是有必要的。安全控制理论是基于攻击模型来展开研究的,如何建立合适的攻击模型很重要。在前人的研究中,最常见的攻击有两大类。第一类是拒绝服务（denial-of-service,DoS）攻... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
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符号说明清单
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 信息物理系统的产生背景
        1.1.2 信息物理系统的分类和应用
        1.1.3 信息物理系统的安全问题及其研究意义
        1.1.4 信息物理系统安全问题的研究现状
    1.2 信息物理系统安全控制问题的研究现状
        1.2.1 在DoS攻击下CPS安全控制问题的研究现状
        1.2.2 在FDI攻击下CPS安全控制问题的研究现状
        1.2.3 在其他类型攻击下CPS安全控制问题的研究现状
        1.2.4 现有CPS安全控制问题的研究不足
    1.3 本文研究内容
        1.3.1 研究框架
        1.3.2 研究内容
第二章 基于博弈论的信息物理系统在DoS攻击下的控制问题研究
    2.1 引言
    2.2 信息物理系统在DoS攻击下的模型建立
        2.2.1 DoS攻击下物理层模型的建立
        2.2.2 信息层模型的建立和混合策略的求解
    2.3 信息物理系统在DoS攻击下的控制策略设计
        2.3.1 物理层的H_∞状态反馈控制器设计
        2.3.2 基于博弈论的CPS控制策略的交互设计
    2.4 数例仿真
    2.5 本章小结
第三章 具有转移概率未知的CPS在 DoS攻击下的弹性控制问题研究
    3.1 引言
    3.2 CPS在 DoS攻击下的控制问题提出
        3.2.1 基于事件触发机制的CPS在 DoS攻击下的物理模型
        3.2.2 信息层零和随机博弈模型
    3.3 弹性控制的分层设计
        3.3.1 信息层混合策略设计
        3.3.2 物理层稳定性分析与控制器设计
        3.3.3 CPS的交互设计算法
    3.4 数例仿真
    3.5 本章小结
第四章 时变CPS在混合攻击下的有限时域控制研究
    4.1 引言
    4.2 时变CPS在混合攻击下的控制问题提出
        4.2.1 混合攻击下的离散时变线性CPS模型
        4.2.2 主要问题及控制目标的提出
    4.3 时变CPS在混合攻击下的有限时域控制器设计
        4.3.1 基于反向递推RDE的H_∞控制器设计
        4.3.2 最差情况下的次优控制器设计
    4.4 数例仿真
    4.5 本章小结
第五章 混合攻击下非线性信息物理系统的增益调度H∞控制
    5.1 引言
    5.2 非线性CPS在混合攻击下的控制问题提出
        5.2.1 非线性CPS在 DoS攻击和FDI攻击下的结构
        5.2.2 控制目标
    5.3 非线性CPS在混合攻击下的稳定性和性能研究
        5.3.1 混合攻击下物理系统稳定性的研究
        5.3.2 混合攻击下物理系统H_∞控制器设计的研究
    5.4 数例仿真
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 未来展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]《信息物理系统白皮书（2017）》解读（上）[J]. 郭楠,贾超.  信息技术与标准化. 2017(04)
[2]乌克兰电力系统BlackEnergy病毒分析与防御[J]. 王勇,王钰茗,张琳,张林鹏.  网络与信息安全学报. 2017(01)
[3]电力工控系统信息安全问题探索[J]. 朱凌廷.  中国新通信. 2016(22)
[4]CPS在轨道交通领域的应用分析[J]. 胡伊菁,司凤玲.  电脑知识与技术. 2016(26)
[5]从乌克兰电网被攻击事件看我国基础电网面临的安全风险及处置建议[J]. 王得金.  中国信息安全. 2016(03)
[6]网络协同攻击:乌克兰停电事件的推演与启示[J]. 刘念,余星火,张建华.  电力系统自动化. 2016(06)
[7]面向智能电网应用的电力大数据关键技术[J]. 彭小圣,邓迪元,程时杰,文劲宇,李朝晖,牛林.  中国电机工程学报. 2015(03)
[8]工业控制系统面临威胁依然严峻[J]. 程鹏.  信息安全与通信保密. 2015(01)
[9]基于CPS理论的城市交通控制与诱导融合框架[J]. 龚,李苏剑.  公路交通科技. 2012(05)
[10]震网病毒分析与防范[J]. 蒲石,陈周国,祝世雄.  信息网络安全. 2012(02)

博士论文
[1]基于能量调度的信息物理系统远程估计问题研究[D]. 齐义飞.浙江大学 2017



本文编号：3201073