混合攻击下多智能体系统的冲动同步控制

《IEEE Systems Journal》：Impulsive Synchronization Control for Multiagent Systems Under Hybrid Attacks

该研究针对多智能体系统在DoS和虚假数据注入（FDI）混合攻击下的安全脉冲一致性控制问题，分别分析两种攻击下的系统稳定性，并提出三种脉冲控制器。通过五跟随者MAS的仿真实验验证了所提控制器的有效性。

　　

摘要：

本文研究了在各种网络攻击下多智能体系统（MASs）的安全脉冲共识机制。由于虚假数据注入（FDI）攻击与拒绝服务（DoS）攻击之间的耦合，研究MASs的安全脉冲控制面临重大挑战。本文分别分析了MASs在DoS攻击和FDI攻击下的稳定性，并提出了MASs在DoS攻击下几乎能够达成共识的充分条件，以及在FDI攻击下确保均方有界同步的适当条件。此外，通过考虑这两种网络攻击的耦合效应，本文还提出了在混合攻击下实现系统同步的适当条件。文章设计了针对FDI、DoS和混合攻击的脉冲控制器，以实现安全脉冲控制。最后，以一个包含五个追随者的MAS为例，通过仿真实验验证了所设计的三种脉冲控制器的有效性。

引言

随着下一代人工智能技术的快速发展，多智能体系统（MASs）的应用领域不断扩展，涵盖了无人机（UAVs）[1]、[2]、系统控制[3]、[4]、编队控制[5] [6]以及多个民用领域。因此，MASs受到了研究人员的广泛关注。在无人机领域，已经开发出了容错协作控制方法，以应对在拒绝服务（DoS）攻击下，涉及多个无人机和无人地面车辆的二阶非线性异构MASs所面临的挑战[1]。在电力系统中，采用了交替方向乘子法（ADMM）来优化多智能体分布式网络中的点对点（P2P）能量交易，确保符合技术规范并提高网络可靠性[3]。在编队控制领域，提出了模糊自适应弹性编队控制策略，以实现在DoS攻击下状态不可测量的非线性MASs的鲁棒编队控制[5]。通常，MAS中的每个智能体会与其相邻智能体共享信息，以实现特定的全局协议，这一过程被称为共识[7]、[8]、[9]。共识协议是MASs的基础协议，它使系统内的所有智能体能够在一定时间内达成一致状态，从而实现协调控制和协作工作。在领导者-追随者共识模型[10]、[11]中，领导者的状态会影响追随者的行为，通过适当的控制策略，整个系统可以被引导达到期望的目标状态。作为常用的共识状态，领导者-追随者共识吸引了大量研究人员的关注。以往的研究探讨了在不同网络攻击下确保领导者-追随者共识的各种策略。例如，有研究探讨了在DoS攻击下前馈非线性MAS的领导者-追随者共识控制问题[12]；另一项研究利用脉冲控制框架，研究了MAS在面临欺骗攻击时达成领导者-追随者共识所需的条件[13]；最近的研究还利用事件触发控制策略推导出了实现领导者-追随者共识的新条件和控制增益[14]，进一步推动了这一领域的发展。这些研究共同展示了通过创新控制策略，在各种网络攻击下确保MASs达成领导者-追随者共识的进展。