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【6h】

拒絕服務(wù)攻擊下網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)動態(tài)帶寬分配策略的研究

 
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附表索引

第1章 緒論

1.1課題研究背景及意義

1.2 NCS安全問題概述

1.3 DoS攻擊場景及其對NCS的影響

1.4 DoS攻擊下NCS安全問題研究現(xiàn)狀

1.5相關(guān)引理

1.6 TrueTime 仿真工具

1.7本文主要研究內(nèi)容

第2章 DoS攻擊下NCS信道隊列流量模型及時間約束性型DoS攻擊

2.1引言

2.2 DoS攻擊下NCS信道隊列流量模型

2.3時間約束型DoS攻擊

2.4 DoS攻擊對NCS的影響

2.5 本章小結(jié)

第3章 DoS攻擊下NCS輸入到狀態(tài)穩(wěn)定

3.1引言

3.2問題描述

3.3 DoS攻擊以及DoS攻擊下NCS控制策略

3.4 控制目標

3.5 NCS輸入到狀態(tài)穩(wěn)定

3.6 輸入到狀態(tài)穩(wěn)定下NCS數(shù)據(jù)傳輸間隔

3.7 實例仿真

3.8 本章小結(jié)

第4章 DoS攻擊下NCS動態(tài)帶寬分配策略

4.1 引言

4.2 問題描述

4.3 NCS測量數(shù)據(jù)傳輸策略

4.4 NCS動態(tài)帶寬分配策略

4.5數(shù)值仿真分析

4.6本章小結(jié)

第5章 總結(jié)與展望

5.1全文工作總結(jié)

5.2未來工作展望

參考文獻

致謝

附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文目錄

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摘要

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Networked Control System，簡稱NCS）通過分布的、共享的、開放的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成控制閉環(huán)，使得其具有易拓展、易維護以及更加經(jīng)濟等特點。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的深度融合使得NCS不僅繼承了信息網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，同時擁有了信息網(wǎng)絡(luò)的局限性，如時延、丟包等。其分布式通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點及開放的鏈路使得其易成為被網(wǎng)絡(luò)攻擊的對象。近年來，由網(wǎng)絡(luò)攻擊引起的 NCS 安全事件頻發(fā)。因而，網(wǎng)絡(luò)攻擊引起的 NCS 安全問題成為目前 NCS 的新研究熱點問題。拒絕服務(wù)（Denial of Service，簡稱DoS）攻擊是當前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中出現(xiàn)最為頻繁、攻擊效果最為嚴重的資源耗盡型網(wǎng)絡(luò)攻擊，一旦發(fā)生將嚴重影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，甚至造成通信網(wǎng)絡(luò)的完全不可用。因此，DoS 攻擊下 NCS 安全問題是 NCS 安全亟需解決的學術(shù)以及實際問題。 本文針對DoS攻擊下NCS網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的動態(tài)分配問題進行了研究。首先，結(jié)合NCS通信信道特性以及兩類DoS攻擊對NCS通信信道的不同影響建立DoS攻擊時延和丟包隊列流量模型，并基于 PI 控制器仿真分析了兩類 DoS 攻擊隊列流量模型下NCS控制質(zhì)量的變化。 其次，通過分析DoS攻擊阻塞NCS通信信道的特點，給出了發(fā)生攻擊時NCS的控制策略?？紤]到 DoS攻擊發(fā)生時間、攻擊強度及頻率不確定的特點給出了時間約束型 DoS 攻擊的數(shù)學描述，并結(jié)合 NCS 網(wǎng)絡(luò)安全檢測手段的存在及攻擊能量受限等特點考慮了攻擊約束條件描述，具體體現(xiàn)在攻擊頻率及持續(xù)時間的約束描述。同時，基于 DoS 攻擊下 NCS 控制策略以及攻擊模式數(shù)學描述分析了攻擊下 NCS 系統(tǒng)狀態(tài)的演化規(guī)律，并得到拒絕服務(wù)攻擊下保證 NCS 輸入到狀態(tài)穩(wěn)定的充分條件。 最后，基于DoS攻擊信道流量模型II（DoS攻擊丟包流量模型）及保證 NCS輸入到狀態(tài)穩(wěn)定的充分條件考慮了拒絕服務(wù)攻擊下 NCS 動態(tài)帶寬分配問題。同時，提出了NCS動態(tài)帶寬分配下NCS采樣周期輔助選取算法以及NCS帶寬因子選取算法以適應(yīng)NCS帶寬需求的實時變化。結(jié)合所提帶寬分配策略及算法通過仿真驗證了動態(tài)帶寬分配策略在對抗DoS攻擊時相對于固定帶寬策略（等周期采樣）的優(yōu)勢。

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