Commande Résiliente des réseaux Scale-Free

par Ujjwal Pratap

Projet de thèse en Automatique - productique

Sous la direction de Carlos Canudas de wit, Federica Garin et de Henrik Sandberg.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS) , en partenariat avec Grenoble Images Parole Signal Automatique (laboratoire) et de Systèmes Commandés en Réseaux (NECS) (equipe de recherche) depuis le 22-02-2019 .


  • Résumé

    Les vulnérabilités des systèmes en réseau incluent des défauts non seulement des composantes locales du système (capteurs ou actionneurs), mais aussi des interconnexions par communications distantes. Ces défauts peuvent être soit des défaillances aléatoires intrinsèques, soit des attaques externes mal intentionnées. Par exemple, dans un réseau de route intelligente, des défaillances intrinsèques peuvent des pannes concernant quelques feux tricolores ou quelques capteurs, ou bien une route fermée à l'accès pour des travaux ; un exemple d'attaque externe est une attaque de `deception' (tromperie), où un point d'accès le long de la route est piraté et de fausses données sont injectés en remplacement des vraies mesures de certains capteurs, par exemple dans le but d'aggraver une congestion en empêchant le système de gérer correctement les flux de trafic les plus chargés. Un système de commande en boucle fermée est résilient lorsqu'il arrive à préserver un fonctionnement normal, ou au moins à maintenir la dégradation à un niveau acceptable, malgré plusieurs risques, aussi bien de défaillances intrinsèques que d'attaques mal intentionnées, y compris des attaques capables d'exploiter une connaissance totale ou partielle de la dynamique du système. Deux objectifs majeurs de cette thèse seront la détection et la mitigation des conséquences des défaillances et des attaques. La commande résiliente des systèmes cyber-physiques est un sujet de recherche récent et en plein essor. La plupart de la littérature concerne des systèmes linéaires, en particulier pour des réseaux de distribution électrique. Le projet Scale-Free Back propose d'étudier les problèmes de commande résiliente qui se présentent dans les réseaux de trafic routier, et plus en général dans les systèmes en réseau complexes. Ce travail s'appuiera sur des résultats obtenus dans le projet Scale-Free Back, où la complexité de la commande de grands systèmes en réseau est abordée en contrôlant des variables agrégées (par exemple, la densité de voitures en moyenne dans des zones du réseau), avec la possibilité d'agrégations variables (qui évoluent dans le temps, en fonction de l'état du système). Plus précisément, il est proposé : 1) de développer des outils de diagnostic pour détecter des anomalies et révéler de attaques cyber-physiques ; 2) de définir des métriques mesurant le niveau de sûreté dans les réseaux avec agrégations variables ; 3) de revisiter les outils classiques de commande optimale, pour atténuer les conséquences d'attaques cyberphysiques visant les noeuds les plus faibles du réseau.

  • Titre traduit

    Resilient Control in Scale-Free Networks


  • Résumé

    Vulnerabilities in network systems involve faults and disruptions not only of some system components (sensors and actuators), but also of the communication interconnections. Such faults might be either random intrinsic malfunctions, or malicious external attacks. For example, in an intelligent road infrastructure, intrinsic faults might be the breakdown of some traffic lights, some closed roads for repair work, or failures of some sensors, while an example of external attack is a deception attack, where some roadside access point is shunted, so as to compromise data integrity (injection of fake signals replacing the sensor measurements) and possibly create a congestion compromising the system. Resilient closed-loop control must preserve correct functioning, or at least a graceful degradation, under a variety of possible risks, including malicious attacks exploiting some partial or total knowledge of the system dynamics. Finding means of detecting and mitigating failures and attacks are the two main goals of this work. Resilient control of cyber-physical systems is a recent topic attracting a growing attention. Most current literature concerns linear network systems, in particular for electrical powerdistribution networks. Scale-FreeBack proposes to investigate the resilient control issues arising in traffic networks, and more in general in complex network systems. This work will build upon previous results from the Scale-FreeBack project, where the complexity of controlling large network systems is tackled by controlling aggregated variables (e.g., average densities of some local zones of the traffic network), possibly with evolutionary (i.e., time-varying and state-dependent) aggregations. More specifically, it is proposed: 1) to develop diagnostic tools for detecting anomalies and revealing cyberphysical attacks, 2) to define security metrics for evolutionary networks, and 3) to revisit the optimal control design to attenuate the consequences of possible cyber-physical attacks affecting the most vulnerable nodes.