周期DoS攻击下基于观测器的网络化控制系统

"这篇研究论文探讨了在网络环境中存在周期性拒绝服务(DoS)攻击时，基于观测器的 cyber-physical 系统的输出反馈控制问题。这些DoS攻击同时影响测量和控制通道，而系统采用周期性的切换策略来描述攻击行为。论文提出的方法将增强后的系统转化为一类离散时间的周期切换系统进行分析和控制设计。" 在当今的自动化和智能化系统中，cyber-physical systems (CPS) 是一种融合了计算、通信和控制技术的复杂系统，广泛应用于工业生产、交通管理、能源系统等多个领域。然而，随着网络连接的增加，CPS 面临的安全威胁也在不断增加，其中 DoS 攻击是典型的安全挑战之一。DoS 攻击旨在通过阻止正常的数据传输，使系统无法执行其预定功能。 本论文关注的是那些受到周期性 DoS 攻击的 CPS。这里的“周期性”意味着攻击按照一定的模式或周期发生，而非随机出现。攻击不仅影响系统的测量（即传感器数据），还影响控制指令的传递（即控制器到执行器的通信）。这种双重影响使得控制设计变得极具挑战性。 作者提出了一个基于观测器的控制策略，目的是在DoS攻击存在的情况下，仍能确保系统的稳定性和性能。观测器是一种估计系统状态的工具，即使在部分或全部状态不可直接测量的情况下，也能帮助控制器获取必要的信息。在周期性DoS攻击的背景下，他们设计了一种循环切换策略，通过在不同状态之间按周期切换，来减轻攻击的影响。 通过这种方法，作者能够将受到攻击的连续时间系统转换为离散时间的周期切换系统。这种转换允许利用离散时间系统的理论来分析和设计控制器，如 Lyapunov 稳定性理论和切换系统理论。这通常涉及构造合适的 Lyapunov 函数，证明在有攻击的情况下，系统仍然可以保持稳定，并且控制性能不会显著下降。 此外，论文可能还讨论了如何量化DoS攻击的影响，如何选择合适的切换周期以优化系统性能，以及如何设计观测器和控制器参数以适应不同的攻击模型和系统动态。这样的工作对于理解在受限制的信息可用性下如何设计有效的控制策略，以及如何增强CPS在面对网络安全威胁时的鲁棒性具有重要意义。 最后，值得注意的是，虽然本文尚未经过最终编辑，但已经被 IEEE Transactions on Automatic Control 接收，这表明它代表了自动控制领域的前沿研究成果，对于从事相关研究和工程实践的专业人士来说，是一个有价值的信息源。引用该论文时应遵循 IEEE 的版权政策。