最新录用 | 抗DoS攻击的非线性CPS事件触发鲁棒MPC

Sun Q, Chen J, Shi Y. Event-triggered robust MPC of nonlinear cyber-physical systems against DoS attacks. Sci China Inf Sci, 2021, DOI: 10.1007/s11432-020-3289-1

针对网络物理系统（CPS），提出了一种在拒绝服务（DoS）攻击和加性干扰下的事件触发鲁棒非线性模型预测控制（NMPC）框架。在该框架下，针对NMPC优化问题引入了一种新的鲁棒性约束来处理加性干扰，并设计了一种针对NMPC的数据包传输策略来应对DoS攻击。在此基础上，提出了一种事件触发机制，该机制能适应通信网络中发生的DoS攻击，降低了资源受限CPS的通信开销。此外，我们还证明了NMPC算法是递归可行的，并且在一定条件下闭环系统是输入状态实际稳定的。通过仿真实例和比较，证明了该算法的有效性。

主要贡献包括：

• 针对MPC优化问题设计了一种新的鲁棒性约束，以解决加性扰动问题。与现有方法不同的是，本文提出的鲁棒性约束是基于状态约束集而不是基于终端状态约束来构造的，这可以带来作为状态约束的额外好处。

• 针对事件触发鲁棒NMPC框架，设计了一种改进的数据包传输策略，分别设计了两个动态缓冲区，使得执行器和ETM在DoS攻击下都能接收实时控制信号和参考状态。基于这种传输策略，该ETM比传统的ETM节省了更多的通信资源，因为它能够适应任意两个连续触发时刻之间的间隔大于预测范围的情况。

• 给出了闭环系统事件触发鲁棒NMPC和ISpS递归可行的充分条件。尽管存在DoS攻击和加性干扰，NMPC优化问题的最优值函数可以证明为ISpS-Lyapunov函数。

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