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信息物理系统中组件的时间行为可组合研究综述

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小型微型计算机系统 2022年第12期43卷 2657-2666页

作者：陈博刘翀陈辉陈香兰李曦中国科学技术大学软件学院江苏苏州215123 华为信息技术有限公司深圳518000 中国科学技术大学计算机科学与技术学院合肥230027

组件的可组合性是组件化软件开发方法中的关键核心问题,尤其在针对具有安全关键属性的信息物理系统(Cyber Physical Systems,CPS)的开发过程中,如何建模、分析及验证系统中组件在时间行为上的可组合性,已成为保证系统正确性、安全性的... 详细信息

组件的可组合性是组件化软件开发方法中的关键核心问题,尤其在针对具有安全关键属性的信息物理系统(Cyber Physical Systems,CPS)的开发过程中,如何建模、分析及验证系统中组件在时间行为上的可组合性,已成为保证系统正确性、安全性的的关键.本文首先介绍了传统组件化软件开发的基本思想,包括组件定义、组件的组合操作,以及组件可组合性的形式化定义等内容.进一步的,重点阐述在具有安全关键的信息物理系统中组件时间行为建模与分析的主要研究进展,对时间行为可组合的形式化定义进行归纳,讨论几种典型的系统组件模型,并分析了3种可以提升组件时间行为可组合性、可预测性的编程范式.最后,探讨了组件在时间行为可组合问题上存在的挑战,并对未来发展方向做出了展望.

关键词：安全攸关系统信息物理系统组件化开发方法(CBD) 时间行为时间可组合

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信息物理系统的鲁棒攻击检测器设计

系统科学与数学 2023年第8期43卷 1982-1992页

作者：张雯阳唐明珠郭胜辉苏州科技大学电子与信息工程学院苏州215009

文章研究了信息物理系统物理层执行器的攻击检测问题.首先对整个信息物理系统建立一个动态模型,对于执行器存在的攻击信号,基于提出的假设条件,设计了一类攻击检测器.其次,利用Lyapunov稳定性理论分析系统的稳定性,使得观测器分别具有H... 详细信息

文章研究了信息物理系统物理层执行器的攻击检测问题.首先对整个信息物理系统建立一个动态模型,对于执行器存在的攻击信号,基于提出的假设条件,设计了一类攻击检测器.其次,利用Lyapunov稳定性理论分析系统的稳定性,使得观测器分别具有H∞与L2-L∞性能,并最终转化为线性矩阵不等式的形式以求解增益矩阵,再通过比较残差评价函数和系统动态阈值的大小来判断是否存在攻击.最终给出一个仿真实例验证所提方法的正确性和有效性.

关键词：信息物理系统攻击检测鲁棒性

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信息物理系统的攻击检测与安全状态估计

清华大学学报（自然科学版） 2021年第11期61卷 1234-1239页

作者：高洋任望吴润浦王卫苹伊胜伟韩白静中国信息安全测评中心北京100085 北京科技大学计算机与通信工程学院北京100083 四川大学电子信息学院成都610065

在工业4.0的时代背景下,信息物理系统(CPS)需要慎重考虑安全性、可控性问题。该文基于受到执行器攻击的信息物理系统模型,研究攻击检测与安全状态估计。针对攻击检测问题,设计了一种有限时间异常检测器,可确保系统受到的攻击在预设的有... 详细信息

在工业4.0的时代背景下,信息物理系统(CPS)需要慎重考虑安全性、可控性问题。该文基于受到执行器攻击的信息物理系统模型,研究攻击检测与安全状态估计。针对攻击检测问题,设计了一种有限时间异常检测器,可确保系统受到的攻击在预设的有限时间之内被准确检测出来。在此基础上设计了一种观测器对系统的状态进行安全估计。理论分析表明,该观测器可以保证在检测到攻击时立即调整系统,确保系统达到一个安全稳定的状态。最后,通过实验仿真验证了所提方法的有效性。

关键词：信息物理系统异常检测安全状态估计检测器观测器

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信息物理系统攻击威胁的防御策略综述

控制理论与应用 2024年

作者：文成林杨力湖州师范学院工学院湖州市工业系统智能感知与优化控制重点实验室湖州师范学院工学院广东石油化工学院自动化学院

信息物理系统是一种通过网络空间将物理对象和计算单元相连接的智能系统,其构建了“感知-传输-决策-控制”的一体化框架.由于信息物理系统应用于许多基础设施中,因此其安全问题引起了研究者的兴趣.首先阐述典型的信息物理系统建模方法,... 详细信息

信息物理系统是一种通过网络空间将物理对象和计算单元相连接的智能系统,其构建了“感知-传输-决策-控制”的一体化框架.由于信息物理系统应用于许多基础设施中,因此其安全问题引起了研究者的兴趣.首先阐述典型的信息物理系统建模方法,以满足性能分析的需求;然后从数学表示的角度构建三种代表性的网络攻击模型（DoS攻击，欺骗攻击以及重放攻击）,为防御方法的研究奠定基础;接着从特定防御方法和通用防御方法两个方面总结针对信息物理系统的防御手段及最新研究进展;最后从四个不同的角度指出现存问题,并且探讨了其未来的研究方向.

关键词：信息物理系统特定防御方法通用防御方法系统建模

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信息物理系统软件设计自动化专题前言

软件学报 2020年第6期31卷 1585-1586页

作者：卜磊陈铭松朱祺刘超计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学) 江苏南京210093 南京大学计算机科学与技术系江苏南京210093 软硬件协同设计技术与应用教育部工程研究中心(华东师范大学) 上海200241 华东师范大学软件工程学院上海200241 Department of Electrical and Computer Engineering Northwestern UniversityEvanstonUSA 北京航空航天大学计算机学院北京100191

为了更精确地认识与改造世界,新一代的嵌入式系统必须将计算世界与物理世界作为紧密交互的整体进行认知,实现集计算、通信与控制于一体的深度融合的理论体系与技术框架,即信息物理系统(cyber-physical systems,简称CPS).与传统嵌入式系... 详细信息

为了更精确地认识与改造世界,新一代的嵌入式系统必须将计算世界与物理世界作为紧密交互的整体进行认知,实现集计算、通信与控制于一体的深度融合的理论体系与技术框架,即信息物理系统(cyber-physical systems,简称CPS).与传统嵌入式系统不同,CPS充分考虑了计算部件与物理环境的深度融合,通过将设备智能化连接,实现物理环境系统与计算系统之间精确感知与高效协同.基于CPS理念设计出来的计算设备可以根据具体任务需求自适应地调整与配置计算逻辑,精确智能地获取外部物理环境信息并做出针对性的实时反应,完成安全可靠的控制服务,从而实现物理世界与信息世界的有机统一.

关键词：物理环境深度融合设计自动化设备智能化嵌入式系统计算设备信息物理系统技术框架

信息物理系统安全与隐私的理论、方法及应用专题序言

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控制工程 2022年第6期29卷 961-963页

作者：李渝哲赵振根刘坤刘皓任肖强吴均峰东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110004 南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016 北京理工大学自动化学院北京100081 沈阳航空航天大学自动化学院辽宁沈阳110136 上海大学机电工程与自动化学院上海200444 香港中文大学(深圳)数据科学学院广东深圳518172

近年来,随着控制、通信和计算机等信息领域技术的发展,融合了传感、网络和计算能力的信息物理系统受到了学术界和工业界的广泛关注,并在智能电网、智能交通、航空航天等复杂工业系统中得到了应用。信息物理系统在实现信息系统与物理系... 详细信息

近年来,随着控制、通信和计算机等信息领域技术的发展,融合了传感、网络和计算能力的信息物理系统受到了学术界和工业界的广泛关注,并在智能电网、智能交通、航空航天等复杂工业系统中得到了应用。信息物理系统在实现信息系统与物理系统深度融合和数据共享的同时,也面临着随之而来的安全与隐私问题。

关键词：安全与隐私数据共享信息系统信息物理系统复杂工业系统智能交通航空航天方法及应用

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信息物理系统中基于能量效率的干扰策略优化

无线电工程 2022年第8期52卷 1368-1374页

作者：甘瑞蒙王洋洋肖哲杜丹焦利彬中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081 通信网信息传输与分发技术重点实验室河北石家庄050081 陆军装备部驻石家庄地区第一军代室河北石家庄050081

信息物理系统(Cyber-Physical System,CPS)是通信网络将信息系统与物理系统无缝连接的高度复杂系统。由于无线通信信道的广播特性,传感器通过无线通信网络将观测数据发送到远程状态估计器时会遭遇拒绝服务(Denial-of-Service,DoS)袭击... 详细信息

信息物理系统(Cyber-Physical System,CPS)是通信网络将信息系统与物理系统无缝连接的高度复杂系统。由于无线通信信道的广播特性,传感器通过无线通信网络将观测数据发送到远程状态估计器时会遭遇拒绝服务(Denial-of-Service,DoS)袭击的干扰。针对通信范围有限的传感器在发送数据时需要基于中继的协作通信网络,从干扰者角度研究了基于终端估计误差的能量效率问题。通过建立基于信道选择和能量分配的混合整数规划模型,推导出目标函数的显性表达式,进一步通过提出最优干扰策略的必要条件设计出使能量效率最大化的算法,仿真实验验证了所提算法的有效性。

关键词：信息物理系统拒绝服务袭击能量效率信道选择

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“信息物理系统理论、方法及应用”专栏序言

控制与决策 2019年第11期34卷 2273-2276页

作者：郭戈张文安周彬东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室沈阳110004 浙江工业大学信息工程学院杭州310023 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

0引言信息物理系统(cyber-physical systems,CPS)是综合计算、通信和物理环境的复杂系统,通过计算、通信和控制技术的有机融合与深度协作,实现大型系统的实时感知、动态控制和信息服务.CPS是传统数字控制系统融合网络通信技术的新一代... 详细信息

0引言信息物理系统(cyber-physical systems,CPS)是综合计算、通信和物理环境的复杂系统,通过计算、通信和控制技术的有机融合与深度协作,实现大型系统的实时感知、动态控制和信息服务.CPS是传统数字控制系统融合网络通信技术的新一代分布式控制系统,其中的物理系统与信息系统高度融合,信息进程与物理进程可实时交换信息,以可靠、安全和协作的方式操作物理实体.CPS中的信息获取、通信、计算和控制等任务互相关联,其建模、分析和设计为相关领域尤其是控制科学与工程学科带来深刻变革.

关键词：信息物理系统数字控制系统物理环境分布式控制系统信息系统方法及应用信息获取实时交换

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信息物理系统技术综述

自动化学报 2019年第1期45卷 37-50页

作者：李洪阳魏慕恒黄洁邱伯华赵晔骆文城何晓何潇清华大学自动化系北京100084 中国船舶工业系统工程研究院北京100036 北方工业大学自动化系北京100144 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

信息物理系统(Cyber-physical system, CPS)将计算、通信与控制技术紧密结合,实现了计算资源与物理资源的结合与协调. CPS是当前自动化领域的前沿研究方向,已经引起了学术界和工业界的广泛关注.本文对CPS进行了简要介绍,根据技术的应用... 详细信息

信息物理系统(Cyber-physical system, CPS)将计算、通信与控制技术紧密结合,实现了计算资源与物理资源的结合与协调. CPS是当前自动化领域的前沿研究方向,已经引起了学术界和工业界的广泛关注.本文对CPS进行了简要介绍,根据技术的应用特点对CPS的现有研究成果进行了分类,综述了各个研究方向的意义和研究进展,给出了CPS的两个典型实际案例,探讨了CPS研究中亟待解决的问题以及未来可能的研究方向.

关键词：信息物理系统技术综述网络化三容水箱系统智能船舶运行与维护系统