Event-triggered secure control design of multi-agent systems under false data ınjection attacks
Sahte veri enjeksiyonu saldırıları altında çok etmenli sistemler için olay tetiklemeli güvenli kontrol tasarımı
- Tez No: 998982
- Danışmanlar: DOÇ. DR. LEVENT UCUN, DOÇ. DR. JANSET DAŞDEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, sensör ölçümlerini hedef alan sahte veri enjeksiyon saldırıları altında çalışan merkezi yapıda çok etmenli sistemler için dayanıklı ve kaynak açısından verimli bir güvenli kontrol yaklaşımı geliştirilmiştir. Çalışma, hem doğrusal hem de doğrusal olmayan sistem dinamiklerini ele almakta; özellikle doğrusal olmayan sistemlerde zamanla değişen giriş gecikmelerini dikkate almaktadır. Önerilen yapı, model tabanlı bir gözleyici ile öğrenme tabanlı bir yapay sinir ağından oluşan hibrit bir gözleyiciyi entegre ederek sensör saldırılarını gerçek zamanlı olarak tespit ve telafi etmektedir. İlk aşamada, doğrusallaştırılmış sistem dinamikleri temel alınarak yapay sinir ağı ağırlıklarının genişletilmiş Kalman filtresi aracılığıyla uyarlamalı biçimde güncellendiği bir yapı sunulmuştur. Bu yapıda, olay güdümlü bir mekanizma kullanılarak saldırı tespit sistemi yalnızca belirli tetikleme koşulu sağlandığında devreye alınmakta, böylece hesaplama yükü azaltılmaktadır. İkinci aşamada ise, kapalı çevrim kararlılığını korurken kontrol güncellemelerini azaltmayı amaçlayan bir yapı geliştirilmiştir. Bu yapıda, yapay sinir ağı ağırlıkları Lyapunov tabanlı uyarlama yasaları ile güncellenmekte ve duruma bağlı olay-tetiklemeli bir kontrol stratejisi uygulanmaktadır. Bu yapıda kontrol girdisi yalnızca belirlenen tetikleme koşulu sağlandığında güncellenmektedir. Olay-tetiklemeli mekanizmanın tetikleme koşulunu belirleyen eşik değeri, kararlılık analizi kapsamında türetilen doğrusal matris eşitsizliği koşulları ile belirlenmektedir. Son aşamada yaklaşım, zamanla değişen giriş gecikmelerine maruz kalan doğrusal olmayan sistemlere genişletilmiş ve bu kapsamda hem gecikme etkileri hem de siber saldırılar gerçek zamanlı olarak telafi edilmektedir. Önerilen yöntem, ani, yavaş gelişen ve üçgen biçimli farklı FDI saldırı senaryolarına maruz bırakılan her biri iki serbestlik dereceli robot manipülatörler üzerinde gerçekleştirilen simülasyonlarla doğrulanmıştır. Simülasyon sonuçları, hibrit gözleyicinin anomalileri doğru bir şekilde tespit ettiğini, olay tetiklemeli kontrol stratejisinin ise kontrol sinyali güncellemelerini doğrusal sistem modelinde \%97'den fazla, doğrusal olmayan modelde ise yaklaşık \%90 oranında azalttığını göstermektedir. Genel olarak önerilen yöntem, hesaplama verimliliğinin ve anomali gideriminin kritik olduğu siber-fiziksel sistemler için güvenli ve gerçek zamanlı bir kontrol çözümü sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis develops a resilient and resource-efficient secure control framework for a centralized multi-agent system (MAS) operating under false data injection (FDI) attacks targeting sensor measurements. The research addresses both linear and nonlinear system dynamics, specifically accounting for time-varying input delays in the nonlinear domain. The proposed architecture integrates a hybrid observer—comprising a model-based observer and a learning-based neural network (NN)—to detect and compensate for sensor attacks in real time. Initially, based on linearized system dynamics, a scheme is introduced in which NN weights are adaptively updated via an extended Kalman filter (EKF), and an event-driven mechanism activates the attack detection and mitigation module only when an attack is identified, thereby improving computational efficiency. To further reduce control updates while preserving closed-loop stability, a state-dependent event-triggered control (ETC) strategy is incorporated, in which NN weights are updated using Lyapunov-based adaptive laws. The control input is adjusted only when a triggering condition is violated, enabling selective interventions without compromising system performance. The triggering threshold used in the ETC mechanism is also obtained from linear matrix inequality (LMI) conditions. The approach is expanded to nonlinear systems subject to time-varying input delays, effectively compensating for both delay effects and cyber-attacks in real time. The proposed framework is validated through simulations on a centralized multi-agent system composed of two-degree-of-freedom (2-DOF) robot manipulators subjected to distinct FDI scenarios—abrupt, incipient, and triangle-shaped attacks. Simulation results confirm that the hybrid observer accurately detects anomalies, while the ETC strategy reduces control signal updates by more than 97% in linear scenarios and approximately 90% in nonlinear cases without compromising stability or performance. Overall, the proposed method provides a secure, resource-aware real-time control solution for cyber-physical systems where computational efficiency and anomaly mitigation are critical.
Benzer Tezler
- Wide-area measurement-based early prediction and corrective control for transient stability in power systems
Güç sistemlerinde geçici hal kararlılığı için geniş alan ölçümlerine dayalı erken kestirim ve düzeltici kontrol
MOHAMMED S.M. MAHDI
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VEYSEL MURAT İSTEMİHAN GENÇ
- Self-healing authentication using hybrid ratcheting protocol (HRP)
Hibrit mandallama protokolü (HMP) kullanarak kendi kendini onarımlı kimlik doğrulama
ASHKAN MOBAYEN KHIABANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Ticaret ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVCAN KAHRAMAN
- Yay tahrikli bir darbe deney cihazının tasarımı, geliştirilmesi ve verimliliğinin araştırılması
Spring-actuated impact test device: Design, development, and efficiency assessment
MESUT KÜÇÜK
Doktora
Türkçe
2025
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ SARI
- Yan kanal saldırılarının derin öğrenme tabanlı analizi
Deep learning-based analysis of sidechannel attacks
SENA ASLIBAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNAL ÇAVUŞOĞLU