执行器被攻击下不确定信息物理融合系统的超螺旋控制

文章研究了具有外界干扰和执行器被虚假数据注入攻击的不确定信息物理融合系统的安全控制问题。为防御攻击,提出一种基于超螺旋的安全控制策略。首先,设计了一种积分型滑模函数,分析了滑模动态的稳定性;其次,通过使用线性矩阵不等式技术求解出滑模参数,并基于求解出的参数设计出超螺旋控制器,同时证明了闭环系统可以在有限时间内收敛;最后,通过一个仿真实例验证了所提算法的有效性。

考虑信息物理融合系统的韧性电网风险研究现状及发展趋势可视化分析

为探究韧性电网信息物理融合系统风险研究现状及发展趋势,基于中国知网(CNKI)和Web of Science(WoS)数据库2011—2023年的文献数据,利用CiteSpace对该领域研究的研究热点、前沿及演化趋势进行可视化分析。研究结果表明:国内研究形成以“风险预警与控制”和“电力系统智能化建设”为主题的研究热点,国外研究形成以“信息物理融合”和“连锁故障演化”为主题的研究热点;“智能电网的信息物理耦合”和“信息网络攻击风险分析”是国内研究的前沿方向,“信息物理融合系统安全状态估计”和“风险防控模型”是国外研究的前沿方向;国内研究可分为安全性理论研究期、信息物理攻击风险研究期和故障防御恢复研究期3个时间阶段,国外研究可分为信息物理融合研究期和信息物理安全应用期2个时间阶段;后续研究应加强改进电力信息物理融合系统建模、完善电力信息物理融合系统规划、推进电力信息物理融合系统应用,推进数字化韧性电网稳定运行。研究结果可为韧性电网风险识别和风险预警研究提供一定参考。

基于Logistic回归的韧性城市电网信息物理融合系统风险源辨识

针对韧性城市电网信息物理融合系统风险源的系统性量化问题,提出基于Logistic回归的风险源辨识模型。通过分析韧性城市电网信息物理融合系统风险产生位置,从物理层、信息层、耦合层和外部环境4个方面选取潜在风险源。根据风险源和风险事件的映射关系,借助Logistic回归分析对风险源进行筛选,构建韧性城市电网信息物理融合系统风险源体系,得出对风险事件有显著影响的主要风险源。

传输时延环境下医疗信息物理融合系统设计

医疗信息在资源融合过程中具有时延性,为了提高信息的利用与共享效果,设计了传输时延环境下医疗信息物理融合系统。通过构建信息物理融合系统的基础架构,利用AADL建立具有一般性的含有时延特征的采集模块、处理模块和融合模块,提高医疗信息资源融合效率。构建动力学模型,归一化处理医疗信息数据,根据Modelica建模语言完善系统局部稳定性,获得准确的融合结果。实验结果表明所设计系统的资源融合效果较好,资源融合时间较短,物理融合准确率较高,医疗信息利用率较高,可以实现医疗信息的高效利用与共享。

电力信息物理融合系统的建模分析与控制研究框架

传统的电力系统研究与信息系统研究在理论和方法上基本都是割裂的,故在现有的理论和方法框架下难以系统而深入地分析信息系统对电力系统分析与控制的影响。实现智能电网的关键之一就在于怎样将前沿的计算、通信、传感技术与电力系统紧密而有机地结合起来,而信息物理融合系统(CPS)的目标正是将物理系统和信息系统融合为新型工业系统。在此背景下,将CPS概念与电力系统特点相结合,提出电力CPS架构;利用微分代数方程组、有穷自动机、随机过程、排队论等数学工具,建立其稳态与动态模型,阐述相应的分析方法,并进一步提出电力CPS可靠性和安全性研究方向。最后,基于网络延时和丢失补偿提出了多种控制方法相结合的混合控制策略。

信息物理融合系统综合安全威胁与防御研究

信息物理融合系统(Cyber-physical system, CPS)是计算单元与物理对象在网络空间中高度集成交互形成的智能系统.信息系统与物理系统的融合在提升系统性能的同时,信息系统的信息安全威胁(Security)与物理系统的工程安全问题(Safety)相互影响,产生了新的综合安全问题,引入严重的安全隐患.本文介绍了CPS的概念与安全现状,给出了CPS综合安全的定义;在对现有安全事件进行分析的基础上,提出了CPS的综合安全威胁模型;从时间关联性和空间关联性的角度,对现有CPS攻击和防御方法进行了分类和总结,并探讨CPS综合安全的研究方向.

信息物理深度融合背景下综合能源系统可靠性分析评述

信息物理系统的深度融合使得综合能源系统在国内外得到迅速发展,以实现低碳高效的社会目标。考虑到不同能源系统之间、能源网络与信息网络之间的耦合关系以及多重不确定因素对综合能源系统的影响,首先概述了信息物理系统融合背景下开展综合能源系统可靠性评估的必要性。其次,指出综合能源系统中能源物理元件以及需求侧用能行为相应的等效多状态时变可靠性模型,并对综合能源物理系统、信息系统、信息物理融合系统的可靠性分析模型及方法进行广泛综述。此外,考虑信息系统与能源物理系统的相关关系,提出综合能源信息物理系统可靠性评估框架。最后,进一步指出新形势下综合能源系统可靠性研究的重点研究方向。

信息物理融合系统的特性、架构及研究挑战

近年来,信息物理融合系统(CPS)已成为国内外学术界和科技界研究的重要方向,被认为是继计算机、互联网之后世界信息技术的第三次浪潮。CPS是一个多维、异构、深度融合的开放式系统,涉及计算机、通信、控制等多个学科的知识,由于各个学科领域在研究理论和方法上存在明显不同,所以给CPS的应用研究带来了极大的挑战。基于此背景,从整体的角度对CPS进行综合阐述,首先介绍CPS的定义、主要特性以及国内外的应用研究现状,之后阐述CPS的典型组成架构、抽象框架以及CPS节点的主要构成,最后以电力、能源行业的CPS应用研究为主线,从系统理论基础、建模、仿真、设计开发以及其核心组成部分(计算、通信、控制)等多个方面论述了目前CPS研究过程中所面临的主要挑战和初步解决方案。

信息-物理融合系统若干关键问题综述

信息-物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)集成了计算系统与物理系统,并通过嵌入式计算机与网络实现了两者之间的协作和融合,将对人们的生产和生活方式产生重要影响.CPS是一个全新的研究领域,利用现有基础理论和技术设计CPS时面临着众多问题.介绍了CPS的概念、特点和体系结构,分析了与嵌入式系统、网络的关联,从计算系统、网络系统和控制系统3个方面概括了CPS设计面临的主要挑战,并着重探讨了当前一些可用于CPS设计的理论和技术以及CPS研究的最新进展,指出CPS当前的发展应以解决系统抽象层次设计、系统建模、体系结构设计、数据传输和管理、子系统集成方面的问题作为其下一步发展主要的研究方向,并提出了一些可行的解决办法,可为相关研究提供参考.

电力系统信息物理融合建模与综合安全评估:驱动力与研究构想

智能电网与能源互联网都是典型的信息物理融合系统(cyber-physical system,CPS),信息环节的可靠性问题可能导致物理系统的运行风险。为了对其系统及信息故障进行分析评估,文中在分析了对电力系统进行信息物理融合建模与评估的必要性去驱动力后,提出了一种CPS融合建模构想。该方法将CPS系统抽象为一个有向拓扑图,模型将物理系统和信息系统中的状态量统一抽象为"数据节点",将信息处理、信息传输等环节抽象为"信息支路"。在此基础上,系统的信息-能量流可通过矩阵运算的方式快速简单地进行量化计算,与一般的迭代计算和仿真方法相比,该方法可有效提升计算速率。最后,对信息物理系统的综合安全评估技术体系进行了展望。

信息物理融合系统

信息物理融合系统(Cyber-physical system,CPS)是计算、通信和物理过程高度集成的系统,通过在物理设备中嵌入感知、通信和计算能力,实现对外部环境的分布式感知、可靠数据传输、智能信息处理,并通过反馈机制实现对物理过程的实时控制.分析了CPS的基本概念和特征,对CPS的体系架构、中间件系统、实时性、安全和隐私等关键技术的现有研究成果进行综述,并提出了相应的研究思路;然后介绍了一些现有的CPS原型系统和实例,体现出CPS的优越性;最后对CPS和传感器网络(Wireless sensor network,WSN)、物联网(The internet of things,IOT)、网络控制系统(Networked control systems,NCSs)进行了对比分析,总结了CPS现有研究中存在的问题,并展望了CPS的发展方向.

智能交通信息物理融合云控制系统

针对现代智能交通信息物理融合路网建设中的对象种类复杂、采集数据量大、传输及计算需求高以及实时调度控制能力弱等问题,基于云控制系统理论,以现代智能交通控制网络为研究对象,设计了智能交通信息物理融合云控制系统方案,包括智能交通边缘控制技术和智能交通网络虚拟化技术.基于智能交通流大数据,在云控制管理中心服务器上利用深度学习和超限学习机等智能学习方法对采集的交通流数据进行训练预测计算,能够预测城市道路的短时交通流和拥堵状况.进一步在云端利用智能优化调度算法得到实时的交通流调控策略,用于解决拥堵路段交通流分配难题,提高智能交通控制系统动态运行性能.仿真结果表明了本文方法的有效性.

一种信息-物理融合系统体系结构

信息-物理融合系统(cyber-physical system,CPS)是当今最前沿的交叉研究领域之一,它被普遍认为是计算机信息处理技术史上的下一次革命,将会改变人与现实物理世界之间的交互方式,具有广泛的应用前景.CPS是一种分布式且深度嵌入式的实时系统,实时性是CPS的一个极重要特征和性能要求.研究了CPS体系结构,提出了一种CPS系统模型,并且从实时任务调度和实时网络两个方面,提出了解决系统实时性保证问题的初步方案,为进一步的研究工作奠定了基础.

信息物理融合系统理论与应用专刊序言

信息物理融合系统(Cyber physical systems,CPS)是集控制、通信与计算于一体的智能系统.CPS在智能感知和信息通信的基础上,通过信息计算和物理过程的相互影响实现计算、通信和控制的深度融合和实时交互,以安全、可靠、高效和实时的方式检测及控制物理系统,实现全系统的自治和协作.

精准农业信息物理融合系统的事件模型研究

信息物理融合系统(CPS)具有严格的实时性和空间约束,根据其事件驱动性,对CPS时空事件模型进行了描述,并依据精准农业的特点对CPS体系结构中的组成部件(物理世界、传感器、计算(控制)单元、执行器、计时器)建立了时空事件模型,并以精准农业大棚的洒水事件闭环过程为例对每一部件进行了分析,证明这些事件模型可以用于精准农业中的基本事件。

信息物理融合系统研究综述

信息物理融合系统(Cyber-physical systems,CPS)是多维异构的计算单元和物理对象在网络环境中高度集成交互的新型智能复杂系统,具有实时、鲁棒、自治、高效和高性能等特点.本文首先介绍了CPS的概念和特征,综述了CPS的当前发展状况与应用前景;其次,对CPS的系统构成进行了简要分析,讨论了CPS与相关技术的区别与联系;最后,对CPS技术发展所面临的主要挑战及可能的研究方向进行了总结与展望.

电力信息物理融合系统的网络-物理协同攻击

随着智能电网的发展及智能设备不断引入电力信息物理融合系统(CPPS)中,CPPS面临一种新的攻击方式--网络-物理协同攻击(CCPAS)。这种攻击方式既隐蔽又可引发连锁故障,易造成大规模停电事故。首先,阐述CPPS遭受CCPAS的基本形式,在直流潮流模型下构建考虑状态估计约束的CCPAS模型。然后,探讨CCPAS的机理,以攻击者的角度分析规避状态估计监测后最大范围的攻击,分析CCPAS情景下CPPS的脆弱线路。最后,以IEEE 14、118节点系统为例,通过仿真计算验证模型的有效性、适用性,对比分析考虑状态估计约束后物理攻击的限制。

基于攻击者视角的电力信息物理融合系统脆弱性分析

基于攻击者视角分析电力信息物理融合系统的脆弱性有助于决策者辨识系统脆弱环节和潜在威胁,为开展针对性防御奠定基础。结合复杂网络理论,建立了考虑信息物理交互的电力信息物理融合系统一体化模型;在直流潮流模型下,研究了信息层元件失效对物理层故障传播的影响;从攻击者角度,建立了4种攻击模式,从物理层和信息层结构与功能属性出发,建立了更为全面的融合系统脆弱性指标,并对2种信息网拓扑结构下融合系统的脆弱性进行了分析。仿真结果表明,物理层负载水平和信息层拓扑结构是影响融合系统脆弱性的重要因素;相比随机攻击,蓄意攻击下融合系统更脆弱,协同攻击下尤为脆弱;高加权介数和高加权度数信息节点对维持信息层功能起关键作用;信息物理协同破坏效应严重恶化了系统的性能。

基于信息物理融合系统的智能制造架构研究

信息物理融合系统(Cyber Physical System,CPS)的特征和功能为离散制造的智能化生产和竞争力的提高提供了有效的思路和途径。本文在现有物联网的基础上,基于CPS概念并结合现有离散制造业的特点,构造离散型制造信息物理融合系统的基本架构,并对该架构和相应功能模块进行了分析。最后,从离散型制造CPS基础理论和系统模型、系统优化调度与自治机制、安全性、可靠性、系统的可验证性等几个方面阐述了离散型制造CPS所面临的挑战。

信息物理融合系统及其应用

信息物理融合系统是一类将感控、计算和通信与物理对象在网络环境中高度集成的新型智能复杂系统,可以实现系统的实时性、自治性、鲁棒性和高性能等。介绍了CPS的基本概念、发展现状和系统架构,分析了CPS与嵌入式系统、无线传感器网络和物联网的联系与区别;重点研究了CPS在电力、交通、医疗和航空航天等领域的应用研究现状及面临的突出问题;对CPS的研究方向进行了总结与展望。