基于观测器的异步稳定性控制：针对具有多通道攻击的网络系统及其应用

《IEEE Transactions on Cybernetics》：Observer-Based Asynchronous Stabilization for Networked Systems With Multichannel Attacks and Applications

网络系统多通道DoS攻击下的异步稳态研究，提出分段齐次半马尔可夫链模型结合观测器技术，通过Lyapunov函数和矩阵分解降低计算复杂度，仿真验证有效性。

　　

摘要：

本研究针对在多通道攻击环境下具有网络功能的系统，提出了基于观测器的异步稳定性控制方法。这里的“异步现象”指的是控制器工作模式与实际攻击模式之间的不匹配。为了准确描述复杂的攻击行为，引入了一种由上层马尔可夫链调节的分段均匀半马尔可夫链（SMC）模型，该模型能够同时刻画攻击模式转换的随机性以及转换概率的时变特性。由于实际攻击模式难以获取，因此设计了一种基于观测器的模式切换延迟技术来应对这一挑战。在分段均匀SMC的框架下，通过依赖观测到的攻击模式、分段均匀变量以及经过的时间的李雅普诺夫函数，建立了一个充分条件，以确保系统在随机多通道拒绝服务攻击下的均方误差稳定性。此外，还采用了矩阵解耦和凸优化技术来降低计算复杂度。最后，通过两个实际仿真案例验证了所提出方法的有效性。

引言

网络系统（NSs）作为一种新型控制系统[1]、[2]，实现了控制设备（如传感器、控制器和执行器[3]、[4]）之间的网络依赖通信。与传统集中式控制系统不同，NSs允许位于不同位置的设备相互通信并进行协同控制，从而显著提升了系统的灵活性[5]、[6]。这一结构特性有效提高了控制系统的效率和智能化水平，在智能交通、无人机和汽车自动化等领域展现出巨大应用潜力[7]、[8]、[9]、[10]。