Optimal Detector Placement in Networked Control Systems under Cyber-attacks with Applications to Power Networks
本文针对网络化控制系统中的网络攻击，提出一种零和博弈方法，将防御方检测器布置与攻击方攻击目标选择建模为博弈问题，并通过求解纳什均衡确定最优检测器布置，最终在IEEE电力系统基准上验证了方法有效性。
2023-04-12 cs.SY eess.SY
Towards Energy-Efficient Communication Management in the Distributed Control of Networked Cyber-Physical Systems
The University of Texas, San Antonio（德克萨斯大学圣安东尼奥分校）；Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）
本文提出了一种基于可变通信范围的拓扑控制方法，用于解决分布式控制中的共识问题，通过保证网络连通性和降低通信能耗实现高效能通信管理。
2016-09-13 cs.SY eess.SY
Hierarchical Sensor-Spoofing Defence Framework for Networked DC Microgrids via Cyber-Physical Coordination
The University of Sheffield（谢菲尔德大学）；University of Bristol（布里斯托大学）；Zhejiang University（浙江大学）
针对网络化直流微电网传感器欺骗防御研究不足，提出基于网络物理协同的分层框架，通过MG-DER协同检测与缓解，经试验台实验验证其在多攻击场景下有效。
2026-08-17 cs.SY eess.SY
A Resilience-Oriented Centralised-to-Decentralised Framework for Networked Microgrids Management
本文提出了一种网络-物理协同减灾框架，以增强电力系统在极端事件下的恢复能力，地震和飓风极端事件可能同时破坏物理层电力基础设施和网络层通信设施。微电网（MG）已被广泛认为是一种有效的物理层响应这样的事件，然而，在网络层的缓解策略还没有得到充分的研究。因此，本文提出了一个面向效率的集中到分散的框架，以维持医院，数据中心等关键负载的电力供应，在极端事件下。对于弹性控制，当集中式基站受到危害时，利用调度器到控制器（C2C）无线网络来形成紧急区域通信。由于有限的可靠带宽，保留作为备份，不可避免的延迟被动态地最小化，并用于指导离散时间分布式控制算法的设计，以保持事后电源。合作的网络物理缓解框架的有效性，证明通过广泛的仿真在MATLAB/Simulink。
2021-11-20 cs.SY eess.SY
Mixed-Triggered Reliable Control for Singular Networked Cascade Control Systems with Randomly Occurring Cyber Attack
National Cheng Kung University（国立成功大学）
本文研究了具有执行器饱和和随机发生网络攻击的奇异网络级联控制系统（NCCSs）的混合触发可靠耗散控制问题，提出了一种包含时间触发和事件触发方案的更通用混合触发方案，并通过线性矩阵不等式（LMIs）推导出保证系统可接受和严格（Q,S,R）-耗散的充分条件，通过数值示例验证了控制方案的有效性。
2019-03-04 cs.SY eess.SY math.OC
Resilient Sensor Placement for Kalman Filtering in Networked Systems: Complexity and Algorithms
给定一个受噪声影响的线性动力系统，我们研究了在传感器配置预算约束下，以最小化相应卡尔曼滤波器的稳态误差协方差迹为目标的传感器优化配置问题。虽然这个问题是NP-困难的一般情况下，我们考虑与系统动力学矩阵相关联的底层图，并专注于当有一个单一的输入在图中的节点之一的情况下。我们提供了一个最优策略（在多项式时间计算）放置在网络上的传感器。接下来，我们考虑攻击的问题（即，在传感器攻击预算约束下移除）所放置的传感器，以便最大化所得到的卡尔曼滤波器的稳态误差协方差的迹线。利用传感器放置问题的见解，我们提供了一个最优策略（计算多项式时间）来攻击放置的传感器。最后，我们考虑的情况下，一个系统设计师放置传感器的传感器放置预算约束，然后攻击对手放置的传感器受到传感器攻击预算约束。弹性传感器布局问题是寻找一种传感器布局策略，使在攻击后幸存的传感器所对应的卡尔曼滤波器的稳态误差协方差的迹最小。我们证明了该问题是NP难的，并给出了一个伪多项式时间算法来求解。
2020-06-24 cs.SY eess.SY math.OC
Large Language Models in the Loop: A Stability- and Network-Aware Survey in Networked Control, Cyber-Physical, and Multi-Agent Systems
University of Wollongong（伍伦贡大学）
本综述提出统一框架，将LLM作为慢速监督者纳入NCS、CPS和CNS控制回路，映射经典网络化挑战，并指出形式化稳定性证明缺失是核心开放问题。
2026-09-16 cs.AI cs.SY eess.SY
Optimal deception attack on networked vehicular cyber physical systems
在这里，设计的虚假数据注入攻击的分布式网络物理系统。一个具有线性动力学和高斯噪声的随机过程由多个代理节点测量，每个代理节点配备多个传感器。代理节点在它们之间形成多跳网络。每个代理节点通过使用其传感器观测和从相邻节点获得的消息，通过卡尔曼共识滤波来计算过程的估计。外部攻击者能够任意操纵部分或全部代理节点的传感器观测值，将错误注入这些传感器观测值。攻击者的目标是引导代理节点处的估计尽可能接近预先指定的值，同时尊重对攻击检测概率的约束。为此，一个约束优化问题，制定了某种类型的线性攻击的最佳参数值。通过随机逼近和在线随机梯度下降相结合的方法在线学习线性攻击的参数，数值结果验证了攻击的有效性。
2020-02-04 cs.SY eess.SY math.OC
A Data-Driven Safety Preserving Control Architecture for Constrained Cyber-Physical Systems
本文针对未知受约束信息物理系统提出一种数据驱动网络化控制架构，通过鲁棒异常检测与安全验证模块检测虚假数据注入攻击，并在必要时切换至本地集合论模型预测控制器以保障系统安全。
2024-02-21 cs.SY eess.SY
Enhancing Cyber Resilience of Networked Microgrids using Vertical Federated Reinforcement Learning
Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；Iowa State University（爱荷华州立大学）
本文针对网络化微电网的网络韧性提升问题，提出纵向联邦软演员-评论家（FedSAC）算法，在保护多方数据隐私的同时有效捕捉微电网间耦合动态，并通过IEEE 123节点基准系统验证了其抵御对抗攻击的有效性。
2022-12-17 cs.LG cs.SY eess.SY
A Cyber-Security Investment Game for Networked Control Systems
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本文提出了一种网络安全投资博弈模型，研究攻击者和防御者在闭环网络控制系统中如何分配资源以优化控制性能，通过非线性规划计算混合策略纳什均衡，并通过新英格兰电力系统模型验证了可靠防御的可行性。
2018-09-29 cs.SY eess.SY
Generative AI Enabled Robust Sensor Placement in Cyber-Physical Power Systems: A Graph Diffusion Approach
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学苏州高等研究院）；Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）
提出一种基于图扩散的生成式AI框架，通过经验反馈图扩散算法优化传感器布置，同时提升物理层异常检测和网络层通信韧性，解决信息物理电力系统的NP-hard优化问题。
2026-06-17 cs.SY eess.SY
A Bi-Level Stochastic Game Model for PMU Placement in Power Grid with Cybersecurity Risks
本文针对存在数据完整性攻击风险的电网PMU布点问题，提出一种双层随机非合作博弈模型，在IEEE-9节点系统中实现降低9%部署成本的同时保持网络可观测性。
2023-04-15 cs.CR cs.SY eess.SY
DAG-Based QoS-Aware Dynamic Task Placement for Networked Multi-Stage Control Pipelines
Deakin University, Australia（德坎大学，澳大利亚）；RMIT University, Vietnam（皇家墨尔本理工大学，越南）；University of Navarra, Spain（纳瓦拉大学，西班牙）；Swinburne University of Technology, Australia（斯威本科技大学，澳大利亚）
本文提出一种基于DAG的QoS感知动态任务放置框架，用于网络化机器人中的感知-感知-规划-控制流水线，通过动态任务放置优化计算、通信延迟和任务放置集，解决传统静态边缘卸载和单阶段模型的不足。
2026-07-09 cs.DC cs.MA cs.RO
Resilient Control of Platooning Networked Robotic Systems via Dynamic Watermarking
联网的机器人系统，如联网的车辆排，可以通过允许高速协调来提高运输网络的安全性和效率。为了实现这种协调，这些系统依赖于网络通信。这可能使他们容易受到网络攻击。虽然加密或专门设计的网络拓扑等安全方法可能会增加成功执行此类攻击的难度，但这些技术无法保证针对攻击者的安全通信。更麻烦的是，这些安全方法无法确保单个代理能够检测到更改特定消息内容的攻击。为了确保在这种攻击下的弹性行为，本文制定了一个网络化的线性时变版本的动态水印，其中每个代理生成并添加一个私人激励到其相应的机器人子系统的输入。本文证明，这种方法可以使网络机器人系统中的每个代理都能够检测网络攻击。通过改变车辆之间发送的测量值，本文说明了攻击者可以在一个队列中创建不稳定的行为。通过利用本文提出的动态水印方法，检测到的攻击，允许车队中的车辆优雅地降级到一个非通信控制策略，保持安全跨越各种场景。
2021-06-14 cs.SY eess.SY math.OC
Combating False Reports for Secure Networked Control in Smart Grid via Trustiness Evaluation
University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）；University of Arkansas, Little Rock（阿肯色大学小石城分校）
本文提出一种基于卡尔曼滤波的可信度评估系统，用于检测并抵御智能电网中的虚假报告攻击，以保障线性二次型调节器（LQR）控制器的稳定性。
2010-10-19 cs.CR cs.SY eess.SY
A Variational Autoencoder Framework for Robust, Physics-Informed Cyberattack Recognition in Industrial Cyber-Physical Systems
Clemson University（克莱姆森大学）；Oklahoma State University（俄克拉荷马州立大学）
本文提出一种结合VAE、RNN和DNN的混合数据驱动框架，用于检测、诊断和定位工业网络物理系统中的隐蔽攻击，并区分设备故障，在电力传输系统模拟中验证了其优于传统方法。
2023-10-10 cs.LG cs.SY eess.SY
Networked Control under Random and Malicious Packet Losses
Tokyo Institute of Technology（东京工业大学）
研究网络化控制中线性动态系统面临的网络安全问题，分析恶意攻击与随机数据包丢失的联合影响，提出基于事件触发控制律的几乎确定稳定方法，并通过数值示例验证结果。
2016-06-16 cs.SY eess.SY
A Single-Adversary-Single-Detector Zero-Sum Game in Networked Control Systems
本文提出了一种博弈论的方法来解决网络控制系统中检测网络攻击的最佳传感器放置问题。该问题被制定为一个零和对策与两个球员，即一个恶意的对手和检测器。给定一个受保护的目标顶点，检测器在单个顶点放置一个传感器来监视系统并检测对手的存在。另一方面，对手选择一个顶点，通过它进行网络攻击，最大限度地破坏目标顶点，同时保持未被检测器检测到。作为我们的第一个贡献，对于给定的一对攻击和监视顶点和一个已知的目标顶点，游戏支付函数被定义为相应系统的输出到输出增益。然后，本文通过检测器，确保有界值的游戏支付的可行行动集的特征。最后，给出了一个判断给定顶点是否属于可行监控顶点集的代数充分条件。然后通过线性规划计算零和对策的混合策略纳什均衡来确定传感器的最优布置。通过一个具有给定目标顶点的10顶点网络控制系统的数值例子说明了该方法。
2022-05-27 cs.SY eess.SY math.OC
Generic Detectability and Isolability of Topology Failures in Networked Linear Systems
研究了在子系统为固定高阶线性动力学且相互作用权重未知的情况下，利用子系统测量检测和隔离网络系统拓扑故障（包括链路故障和节点故障）的可能性.证明了在具有相同网络拓扑的网络化系统中，给定拓扑故障（集）的可检测性和可隔离性是一般性质，表明网络拓扑决定了故障（集）的可检测性和可隔离性.首先给出了集总系统任意参数扰动的可检测性和可隔离性的代数条件，然后给出了网络化系统拓扑故障的一般可检测性和可隔离性的图论充分必要条件.在这些结果的基础上，我们考虑了部署最小的一组传感器的通用可检测性和可隔离性的问题。我们减少了相关的传感器布局问题的命中集问题，这可以有效地解决贪婪算法保证近似性能。
2020-09-24 cs.SY eess.SY
Simultaneous Estimation of State and Packet-Loss Occurrences in Networked Control Systems
估计网络化控制系统（NCS）中数据包丢失的发生率，可以用来提高控制性能和检测故障或网络攻击。本研究考虑同时估计的植物状态和数据包丢失发生在每个时间步。在制定的问题，提出了两个解决方案。在第一个，输入输出表示的NCS模型被用来设计一个递归滤波器估计的丢包发生。该估计然后通过卡尔曼滤波用于状态估计。在第二种解决方案中，NCS的状态空间模型被用来设计一个估计器的植物状态和数据包丢失的发生，采用卡尔曼滤波器。在一个例子中显示的解决方案的有效性，并提出的解决方案和另一种解决方案的基础上的相互作用的多模型估计方法之间的比较。
2020-07-30 cs.SY eess.SY
Attack Detection for Networked Control Systems Using Event-Triggered Dynamic Watermarking
动态水印技术可以增强网络控制系统的网络攻击检测能力。针对传统的动态水印方案，提出了一种线性事件触发的解决方案。首先，研究了事件触发状态估计网络控制系统中CDW方案的局限性。其次，基于概率极限收敛定理，将水印算法看作对称密钥加密算法，设计了一种新的事件触发动态水印算法。并以有界渐近攻击能力的形式讨论了该方案抵抗广义重放攻击的安全性。第三，利用矩阵集中不等式设计了有限样本ETDW检验。最后，一个网络化倒立摆系统的实验结果证明了我们提出的方案的有效性。
2022-05-02 cs.CR cs.SY eess.SY
Internet of Agentic Things: Networked AI Agents for Closed-Loop IoT Orchestration
New York University, Tandon School of Engineering（纽约大学坦登工程学院）
介绍智能物联网络（IoAT）架构框架，它集成多种技术成统一闭环编排框架，由多层通过自主AI代理连接，用半形动态规划框架形式化问题，以智能建筑编排为例，还讨论了相关关键研究挑战。
2026-07-15 cs.AI cs.MA cs.SY
Detection of Stealthy Adversaries for Networked Unmanned Aerial Vehicles*
Stevens Institute of Technology（史蒂文斯理工学院）
本文针对网络化无人机编队控制中的零动态和隐蔽攻击，提出集中式与分散式观测器检测方法，利用通信拓扑切换和本地测量实现隐蔽入侵检测，并通过实验验证其有效性。
2022-05-22 cs.RO cs.SY eess.SY
Input design for the optimal control of networked moments
本研究聚焦网络状态向量矩的最优控制，提出将状态选择嵌套进投影梯度下降的算法，在状态约束下以最小成本实现矩的调控，且状态选择解与系统Gramian矩阵特征值相关。
2022-10-04 cs.SI cs.SY eess.SY
A Modular Safety Filter for Safety-Certified Cyber-Physical Systems
针对网络化控制系统面临的网络攻击，本文提出一种可与现有控制器和检测器结合的模块化安全滤波器，无需命令可靠性信息，并通过20台移动机器人编队仿真验证其在不可检测智能攻击下的安全保障效果。
2025-05-15 cs.SY eess.SY
Actuator Security Indices Based on Perfect Undetectability: Computation, Robustness, and Sensor Placement
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Uppsala University（乌普萨拉大学）
本文提出基于完美不可检测性定义的执行器安全指数，用于帮助控制系统操作员定位网络化控制系统中最易受攻击的执行器，从而进行保护。该指数等于需要被入侵的传感器和执行器的最小数量，以实现对特定执行器的完美不可检测攻击。针对小规模网络化控制系统，推导出计算该指数的方法，并展示通过增加传感器可以提高该指数。对于大规模系统，计算指数是NP难问题，指数易受系统变化影响，并基于攻击者知晓整个系统模型的假设。为解决这些问题，引入了鲁棒安全指数，该指数可在多项式时间内计算，不受系统变化影响，并可与有限和完整模型知识攻击者相关联。此外，分析了两个旨在提高鲁棒指数的传感器布置问题，证明这两个问题具有子模结构，因此可在多项式时间内获得具有性能保证的次优解。最后，通过数值示例展示了理论发展。
2019-02-15 cs.SY eess.SY
On Securing Cloud-hosted Cyber-physical Systems Using Trusted Execution Environments
最近，云控制系统作为实现网络化网络物理系统（CPS）的解决方案越来越受到研究界的关注。这样的架构可以降低部署和维护成本，尽管代价是额外的安全和隐私问题。在本文中，首先，我们讨论了云控制系统的最新安全解决方案及其局限性。然后，我们提出了一种新的控制体系结构的基础上可信执行环境（TEE）。我们表明，这种方法可以潜在地解决云托管控制系统的主要安全和隐私问题。最后，我们提出了一个基于英特尔软件防护扩展（SGX）的实施设置，并在测试平台系统上验证了其有效性。
2021-04-01 cs.CR cs.SY eess.SY
Quantifying Security for Networked Control Systems: A Review
本文综述网络化控制系统脆弱性量化方法与缓解策略，强调概率风险度量在对手知识不完备场景下的价值，并指出未来研究方向。
2025-10-21 cs.CR cs.SY eess.SY
Optimal Transmission Power Scheduling for Networked Control System under DoS Attack
本文针对DoS攻击下的网络化控制系统，开展通信-控制协同设计研究，将原问题分解为两个独立子问题求解最优控制与功率调度策略，推导无限时域总代价上界并通过数值算例验证结果。
2025-01-18 cs.SY eess.SY
Analysis of Stochastic Switched Systems with Application to Networked Control Under Jamming Attacks
Tokyo Institute of Technology（东京工业大学）
本文研究了在信息不可用情况下随机切换线性系统的稳定性问题，通过分析切换模式的平均活跃次数及其上下界，提出了一种基于线性规划的稳定性条件，用于网络控制系统的安全分析。
2018-04-20 cs.SY eess.SY
Enhancing Vehicle Platooning Safety via Control Node Placement and Sizing under State and Input Bounds
本文针对车辆编队易受网络攻击的问题，提出两阶段执行器布置与饱和方法，在状态和输入约束下优化关键控制节点及其输入边界，以兼顾安全性与防御效率。
2025-03-11 cs.SY eess.SY
Cyber-Secure Teleoperation With Encrypted Four-Channel Bilateral Control
本研究开发一个加密的四通道双边控制系统，使姿态同步和力反馈的领导者和追随者的机器人手臂。加密的双向控制系统传送加密的信号，并且使用同态加密来利用加密的控制参数进行操作。我们创建两个轴的机器人手臂，并确定他们获得一个非线性模型，包括一个线性系统和一个非线性干扰。设计了干扰观测器、反力观测器和比例微分控制器，构建了网络化机器人操作系统。在构建的双边控制系统中的控制器使用控制器加密技术在专用计算机上安全地实现。实验结果表明，所开发的双边控制系统可以方便的加密通信和控制器，同步的姿态，并反馈反作用力。通过实验验证，加密的四通道双向控制系统能够继承原始（未加密）双向控制系统的控制性能。
2023-02-27 cs.SY eess.SY
Cyber-resilient Automatic Generation Control for Systems of AC Microgrids
针对交流微电网二次调频面临的传感与FDI攻击问题，提出无需快速频率测量的最优Micro-AGC及端到端检测、校正与协同缓解框架。
2023-04-25 cs.SY eess.SY
Intrusion Detection and Localization for Networked Embedded Control Systems
闭环控制系统采用连续感测和致动来将受控变量维持在预设界限内并实现期望的系统输出。系统中的故意干扰，例如在网络攻击的情况下，可能会损害控制目标的可达性，并在某些情况下危及安全。网络控制对外部网络的连接性和暴露性的增加使得攻击者能够通过利用安全漏洞来危害这些系统。对安全关键控制回路的攻击不仅会使系统偏离预期轨迹，还会对人类造成致命后果。在本文中，我们提出了一个基于物理的入侵检测系统（IDS），旨在提高控制系统的安全性。除了传统的进程状态估计入侵检测，由于控制器不能被信任，我们引入了控制器状态估计器。此外，我们通过利用来自其他控制回路的传感器测量来使我们的检测器具有上下文感知能力，这允许区分和表征干扰和攻击。我们引入自适应阈值和自适应滤波作为实现上下文感知的手段。总之，这些方法允许在闭环控制中检测和定位攻击。最后，我们证明了该方法的可行性，通过安装一系列的攻击对网络直流（DC）电机闭环速度控制部署在ECU测试平台上，以及在模拟的自动车道保持系统。在其他应用领域中，这组方法是支持汽车系统安全性的关键，并最终提高道路和乘客安全性。
2021-06-17 cs.SY eess.SY
Secure State Estimation and Attack Reconstruction in Cyber-Physical Systems: Sliding Mode Observer Approach
信息物理系统（CPS）是计算资源、网络通信和物理过程的紧密耦合。它们由一组网络组件组成，包括传感器、执行器、控制处理单元和通信代理，它们为物理世界提供工具，使其变得更智能。然而，网络组件也是新的、前所未有的恶意攻击漏洞的来源。为了保护CPS免受攻击，需要考虑保护、检测和识别三个安全级别。在本章中，我们将讨论识别级别，即，安全的状态估计和具有损坏的状态和测量的CPS的攻击重建。考虑到不同的攻击计划可能会攻击状态，传感器，或两者兼而有之，不同的在线攻击重建方法进行了讨论。固定增益和自适应增益有限时间收敛观测算法，特别是滑模观测器，适用于在线重建的传感器和状态攻击。接下来，被破坏的测量和状态将被在线清除，以便阻止攻击经由控制信号传播到CPS。所提出的方法被应用到电力网络，其状态和传感器受到攻击。仿真结果表明了所提出的观测器的有效性。
2019-11-08 cs.SY eess.SY
Supervisory Control of Discrete Event Systems for Small Language Under Cyber Attacks
本文研究网络攻击下离散事件系统的小语言监控问题，提出CA-S-可控性与CA-S-可观测性的充要条件，并推导了不满足条件时最小超语言的存在性以设计合规监控器。
2025-08-04 cs.SY eess.SY
Geometrical Characterization of Sensor Placement for Cone-Invariant and Multi-Agent Systems against Undetectable Zero-Dynamics Attacks
不可检测攻击是威胁网络物理系统安全的一类重要恶意攻击，它可以修改系统的状态，但不影响系统的输出测量，因此无法从输出中检测到。本文研究了对锥不变系统和多智能体系统的不可检测攻击。首先，我们提供了一个一般的零动态攻击，其特征完全不可检测的攻击针对系统的非最小相位零点的表征。这种几何特征使得有可能开发一种防御策略，寻求放置最少数量的传感器来检测和对抗系统执行器上的零动态攻击。的检测和防御计划相当于计算一组包含潜在的脆弱的执行器位置和节点，和防御联盟的可行的位置传感器的基础上考虑的圆锥体的几何特性。
2021-05-10 cs.SY eess.SY
Software-Defined Microgrid Control for Resilience Against Cyber Attacks
Aalborg University（奥尔堡大学）
本文提出软件定义微电网控制方法，通过数据平面与控制平面分离及动态重构，提升微电网对抗网络攻击的韧性。
2018-02-08 cs.SY eess.SY
Cyber-Physical Control of Indoor Multi-vehicle Testbed for Cooperative Driving
车-车、车-基础设施互联系统可以看作是一个无线信息物理系统（Wireless CPSoS），它将具有系统的高度自适应控制能力、无线CPSoS控制的协同场景和自适应无线网络控制系统（WNCS）。在本文中，我们提出了我们的多车辆测试平台的基础上的信息物理系统，设计用于验证和验证的协同驾驶算法，涉及WNCS测试。车辆被开发为配备Raspberry-pi微处理器和其他传感元件的物理原型。该试验台由4辆机器人车辆组成。利用惯性测量单元（IMU）和基于蓝牙低功耗技术的iBeacon，设计了一种基于粒子滤波的室内定位系统（IPS）。在该实验平台上可以实现一些典型的室内协同驾驶场景。采用基于卡尔曼滤波器（KF）的状态观测器的模型预测控制（MPC）实现目标状态。因为无线控制系统可能受到无线通信链路的缺陷的严重影响。该实验平台为将来采用新的无线技术和控制系统测试和评估更智能的协同驾驶场景铺平了道路。
2020-06-08 cs.SY eess.SY
Deployment Architectures for Cyber-Physical Control Systems
我们考虑的问题，如何部署一个控制器（联网）的网络物理系统（CPS）。控制CPS是一项复杂的任务，而综合控制器以满足传感、致动和通信约束只是挑战的一部分。除了控制器综合，还应该考虑控制器如何在CPS中工作。换句话说，需要考虑网络层及其与物理层的交互。在这项工作中，我们的目标是弥合理论控制器合成和实际CPS部署之间的差距。我们采用系统级综合（SLS）的框架来综合状态反馈控制器，并提供了一个部署架构的标准SLS控制器。此外，我们推导出一个新的控制器实现开环稳定系统，并介绍了四种不同的架构部署，从完全集中到完全分布式。最后，我们比较他们之间的权衡，在鲁棒性，内存，计算和通信开销。
2020-09-29 cs.SY eess.SY math.OC
Encrypted control for networked systems -- An illustrative introduction and current challenges
云计算和分布式计算在诸如智能电网、楼宇自动化、机器人群或智能交通系统的许多现代控制系统中变得无处不在。与“隔离”控制系统相比，基于云和分布式控制系统的优势特别是资源池化和外包、快速可扩展性和高性能。然而，这些能力并非没有风险。事实上，通过公用网和第三方平台进行敏感数据的通信和处理，除其他网络威胁外，还促进了对数据的窃听和操纵。加密控制解决了这一安全漏洞，并提供了整个控制回路中处理数据的机密性。本文介绍了一个教程式的介绍，这个年轻的，但新兴的领域的安全控制网络动力系统的框架。
2020-10-01 cs.CR cs.SY eess.SY
Dynamic Contract Design for Systemic Cyber Risk Management of Interdependent Enterprise Networks
网络和物理系统以及物联网的互连性为企业系统管理人员带来了无处不在的网络威胁问题。通常，资产所有者和企业网络运营商需要与网络安全专业人员合作，通过为他们无法直接观察到的努力提供报酬来管理风险。在本文中，我们使用委托代理框架来捕捉双方之间的服务关系，即，资产所有者（委托人）和网络风险管理者（代理人）。具体来说，我们考虑了一个动态的系统性风险管理问题与信息不对称，主要只能观察网络风险的企业网络的结果，而不是直接的努力，管理人员花费在保护资源。在这种信息模式下，委托人通过设计一个动态契约，考虑经理人的激励和理性行为，指定报酬流和预期努力，以最大限度地减少系统性网络风险。在一类随机微分对策的框架内，我们提出了一个动态契约设计的双层机制设计问题。通过设计一个激励相容的代理人隐性努力的估计量，证明了委托人对系统风险具有理性的可控性。我们的最优解的特点，通过重新制定的问题作为一个随机的最优控制方案，可以解决使用动态规划。我们进一步研究了一个基准的情况下，完全信息和确定的条件下，产生零信息租金，并导致一个新的确定性等价原则的委托代理问题。最后，通过网络系统的案例研究来说明所得到的理论结果。
2019-08-12 cs.SY eess.SY
Robust Perception Architecture Design for Automotive Cyber-Physical Systems
Colorado State University（科罗拉多州立大学）
在新兴的汽车信息物理系统（CPS）中，准确的环境感知对于实现安全和性能目标至关重要。实现车辆的鲁棒感知需要解决与传感器选择/放置、目标检测和传感器融合相关的多个复杂问题。目前的方法孤立地解决这些问题，这导致效率低下的解决方案。我们提出了PASTA，这是一个新的框架，用于深度学习和传感的全局协同优化，以实现可靠的车辆感知。Audi-TT和BMW-Minicooper车辆的实验结果显示了PASTA如何找到强大的、特定于车辆的感知架构解决方案。
2022-05-17 cs.LG cs.RO cs.SY
Multi-Agent Deep Reinforcement Learning-Driven Mitigation of Adverse Effects of Cyber-Attacks on Electric Vehicle Charging Station
电动汽车充电站（EVCS）基础设施是交通电气化的支柱。然而，EVCS在软件、硬件、供应链以及网络、通信和控制等现有遗留技术中存在无数可利用的漏洞。这些独立或联网的EVCS为当地或国家资助的对手打开了巨大的攻击面。最先进的方法不够敏捷和智能，无法防御和缓解高级持续性威胁（APT）。我们提出了基于多智能体深度强化学习（MADRL）的数据驱动的无模型分布式智能-双延迟深度确定性策略梯度（TD3）-有效地学习控制策略，以减轻对EVCS控制器的网络攻击。此外，我们还提出了两种额外的缓解方法：手动/暴力缓解和基于控制器克隆的缓解。攻击模型考虑了APT设计为在I型低频攻击和II型恒定攻击下使EVCS控制器的占空比发生故障。所提出的模型恢复EVCS操作下的威胁发生在任何/所有的控制器通过校正由传统控制器产生的控制信号。此外，TD3算法通过学习非线性控制策略提供了更高的粒度相比，其他两种缓解方法。索引术语：网络攻击，深度强化学习（DRL），电动汽车充电站，缓解。
2022-07-14 cs.SY eess.SY
Synthesis to Deployment: Cyber-Physical Control Architectures
我们考虑的问题，如何部署一个控制器（联网）的网络物理系统（CPS）。控制CPS是一项复杂的任务，而综合控制器以满足传感、致动和通信约束只是挑战的一部分。除了控制器综合，还应该考虑如何将控制器纳入CPS。换句话说，需要考虑网络层及其与物理层的交互。在这项工作中，我们的目标是弥合理论控制器合成和实际CPS部署之间的差距。我们采用系统级综合（SLS）的框架来合成控制器，无论是状态反馈或输出反馈，并提供部署架构的标准SLS控制器。此外，我们得到新的控制器实现开环稳定系统，并引入不同的状态反馈和输出反馈架构的部署，从完全集中到完全分布式。最后，我们比较他们之间的权衡，在鲁棒性，内存，计算和通信开销。
2021-06-01 cs.SY eess.SY math.OC
Wyner wiretap-like encoding scheme for cyber-physical systems
在这项研究中，作者考虑的问题，交换秘密信息的网络物理系统（CPS），而不诉诸密码解决方案。特别地，他们考虑了CPS，其中联网的控制器想要向工厂发送秘密消息。他们表明，这样的问题可以解决利用Wyner窃听式的编码方案，利用典型的反馈控制系统的闭环操作。具体而言，通过诉诸一步可达集的控制概念，他们首先表明，窃听式的编码方案存在时，有一个不对称的植物模型知识提供给控制系统（防御者）和窃听。数值算例验证了该方法的有效性。最后，他们通过提出开放式设计挑战来总结研究，这些挑战可以由研究团体在不同的方向上改进CPS中的秘密消息交换问题
2021-05-07 cs.CR cs.SY eess.SY
Photolithography Control System : A Case Study For Cyber-Physical System
本文以光刻控制系统为案例，论证了采用信息物理系统框架中的整体视角、基于模型设计、软硬件协同设计和持续集成可解决当前复杂分布式控制问题，并指出CPS方法是PCS发展的未来方向。
2024-02-24 cs.AR cs.SY eess.SY
Graph-Native Attention Acceleration for Attack Detection in Cyber-Physical Systems
本文针对网络物理系统攻击检测中现有图注意力模型延迟过高的问题，提出GraphGHHA图原生注意力加速层，在保持检测精度的同时将检测延迟最高降低8倍，实现了大规模CPS监测的实时警报生成。
2026-08-25 cs.SY eess.SY
Learning distributed channel access policies for networked estimation: data-driven optimization in the mean-field regime
Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工学院暨州立大学）
在许多现代大规模分布式系统中，例如网络物理系统、无线传感器网络和物联网，在共享网络上传送传感器测量值的问题是普遍存在的。由于带宽的限制，系统设计者必须共同设计分散的介质访问传输和估计策略，以适应非常大量的设备在竞争激烈的环境中，这样的所有观测的集合在目的地再现最好的保真度。我们制定了一个远程估计问题的平均场制度，其中大量的传感器通信他们的观察到一个接入点，或基站，在严格的约束下的最大比例的发送设备。我们表明，在平均场制度，这个问题表现出一个结构，使易于处理的优化算法。更重要的是，我们得到了一个数据驱动的学习计划，承认有限的样本复杂性保证的性能，所得到的估计系统的数据的概率密度函数的最小假设。
2021-12-10 cs.LG cs.SY eess.SY
Networked Control Systems Secured by Quantum Key Distribution
Tsinghua University（清华大学）；Beijing National Research Center for Information Science and Technology（北京信息科学与技术国家研究中心）
本文提出利用量子密钥分发技术提升网络控制系统隐私和安全，通过简单算法减少时延，结合卡尔曼滤波协议提高安全性与性能。
2018-05-23 cs.SY eess.SY quant-ph
Covert Attacks in Cyber-Physical Control Systems
Federal University of Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学）；Admiral Wandenkolk Instruction Center – Brazilian Navy（巴西海军安德森科尔上将教学中心）；National Institute of Metrology, Quality and Technology (Inmetro)（国家计量、质量和技术研究所）
本文提出一种基于系统辨识攻击的隐蔽攻击，用于服务降级，通过模拟结果展示两种攻击联合操作能精确影响系统物理行为。
2017-04-03 cs.CR cs.SY eess.SY
I Can Read Your Mind: Control Mechanism Secrecy of Networked Dynamical Systems under Inference Attacks
近年来，网络动力系统安全性研究取得了长足的进展.考虑到最新的推理攻击可以通过基于观察的学习对NDS进行隐形和精确的攻击，本文重点关注一个新的安全方面，即，如何保护控制机制秘密不受推理攻击，包括状态信息、交互结构和控制律。我们将这种安全属性称为控制机制保密性，它为控制过程中的漏洞提供了保护，填补了传统网络安全无法处理的防御空白。由于控制机制的知识定义了实施攻击的能力，因此确保控制机制的保密性需要超越传统的数据隐私，以涵盖NDS中的可传输数据和内在模型。本文的主要目的是总结最近的结果都推理攻击控制机制的秘密和对策。我们首先介绍了基本的推理攻击方法的状态和结构的NDS，分别与他们的推理性能界限。然后，给出了相应的对策和性能指标，以说明如何保持控制机制的秘密性。导出了指导保密性设计的必要条件。最后，深入讨论的控制规律和开放的问题，召唤未来的研究可靠的对策设计和保密性和控制性能之间的权衡。
2022-05-07 cs.SY eess.SP eess.SY
Investigation of Cyber Attacks on a Water Distribution System
本研究针对水分配系统，利用专门工具发起单点及多点网络攻击，揭示攻击传播与系统响应，并设计出有效的攻击检测机制。
2019-06-05 cs.CR cs.SY eess.SY
