An application of linear algebra theory in networked control systems: stochastic cyber-attacks detection approach

计算机科学 转化(遗传学) 随机过程 信息物理系统 线性系统 过程微积分 异常检测 残余物 理论计算机科学 算法 数学 人工智能 生物化学 基因 统计 操作系统 数学分析 化学
作者
Yumei Li,Holger Voos,Mohamed Darouach,Changchun Hua
出处
期刊:Ima Journal of Mathematical Control and Information [Oxford University Press]
卷期号:33 (4): 1081-1102 被引量:7
标识
DOI:10.1093/imamci/dnv026
摘要

Based on the traditional linear algebra theory, this paper propose the attack detection schemes for networked control systems (NCSs) under single stochastic cyber-attack and multiple stochastic cyber-attacks aiming at multiple communication channels of NCSs, respectively. The focus is on designing an anomaly detector for NCSs under cyber-attacks. First, we construct a model of stochastic NCSs with stochastic cyber-attacks which satisfy the Markovian stochastic process. And we also introduced the stochastic attack models that NCSs are possibly exposed to. Next, based on the frequency-domain transformation technique and linear algebra theory, we propose the algebraic detection schemes for possible stochastic cyber-attacks. We transform the detector error dynamics into algebraic equations. By applying the presented approaches, residual information that is caused by different attacks is, respectively, obtained and anomalies on the control system are detected. In addition, sufficient and necessary conditions guaranteeing the detectability of the stochastic cyber-attacks are obtained. The presented detection approaches in this paper are simple, straightforward and easy to implement. The aim of this work is to use traditional mathematics tools to solve new problems that arise from the complex NCSs. Finally, two simulation examples are provided. The simulation results underline that the detection approaches are effective and feasible in practical application.

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