Performance Degradation Estimation Mechanisms for Networked Control Systems Under DoS Attacks and Its Application to Autonomous Ground Vehicle

计算机科学 控制理论(社会学) 数据丢失 实时计算 数学优化 控制(管理) 计算机网络 人工智能 数学
作者
Xiao Cai,Kaibo Shi,Kun She,Shouming Zhong,Yeng Chai Soh,Yue Yu
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-11 被引量:8
标识
DOI:10.1109/tcyb.2023.3286878
摘要

This article examines the mechanisms by which aperiodic denial-of-service (DoS) attacks can exploit vulnerabilities in the TCP/IP transport protocol and its three-way handshake during communication data transmission to hack and cause data loss in networked control systems (NCSs). Such data loss caused by DoS attacks can eventually lead to system performance degradation and impose network resource constraints on the system. Therefore, estimating system performance degradation is of practical importance. By formulating the problem as an ellipsoid-constrained performance error estimation (PEE) problem, we can estimate the system performance degradation caused by DoS attacks. We propose a new Lyapunov-Krasovskii function (LKF) using the fractional weight segmentation method (FWSM) to examine the sampling interval and introduce a relaxed, positive definite constraint to optimize the control algorithm. We also propose a relaxed, positive definite constraint that reduces the initial constraints to optimize the control algorithm. Next, we introduce an alternate direction algorithm (ADA) to solve the optimal trigger threshold and design an integral-based event-triggered controller (IETC) to estimate the error performance of NCSs with limited network resources. Finally, we verify the effectiveness and feasibility of the proposed method using the Simulink joint platform autonomous ground vehicle (AGV) model.
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