2015 Fiscal Year Research-status Report
事象駆動型量子化制御に基づく通信制御系の縮退運転アルゴリズム
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15K06134
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
澤田 賢治 電気通信大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (80550946)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 制御工学 / サイバーセキュリティ / サイバーフィジカルシステム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，ネットワーク化制御系におけるサイバーセキュリティ技術を制御工学から与えるものである．今年度の研究の方向性は主に2つである．
第一に，ネットワークの逼迫情状況を想定した性能劣化抑制手法を量子化制御から与えるものである．すなわち，サイバー攻撃時にネットワークの送信レートが低下し，アクチュエータ送信信号・センサー受信信号の解像度が劣化する状況に対処するものである．制御系設計方法として，状態フィードバック制御，動的量子化器制御，出力フィードバック制御を考慮したものを与えた．サンプル値制御とモデル追従制御を考慮することで，最低限保証したい制御性能を陽に考慮出来るようになった．制御系の複雑度も考慮し，動的制御器の低次元化にまで踏み込みんでいる．具体的には，低次元化により性能が劣化する場合と劣化しない場合の設計手法を凸最適化問題のクラスで与えている．
第二に，ネットワーク上のサイバー攻撃を制御対象側のアクチュエータ・センサ信号値から検出する方法である．既存のサイバー攻撃検知手法がネットワーク上の信号を使うのに対して，本研究ではネットワーク信号を使わない方法を与えている．外乱オブザーバに基づく方法と切換型リアプノフ関数に基づく方法を与え，実機実験で有効性を検証している．その上で，攻撃検知後に制御システムも防御モードに切り替える機構を組込コントローラ（Arduino）で実現している．
また，上記とは別に制御システムのソフトウェアの改ざん検出アルゴリズムについてもシステム理論から検討している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
制御システムのサイバー攻撃対策を縮退運転という形で与えるために，今年度は理論構築と実機実験を平行して進めることができている．理論構築では，サンプル値制御，モデル追従制御，量子化制御を融合深化することが出来ていて，学術的な新規性を高めることが出来た．また，実機実験では，サイバー攻撃の実体に沿った攻撃例（中間者攻撃）に対して，提案する縮退運転アルゴリズムが功を奏することを実機実験により与えることができた．この上に，制御ソフトウェアの改ざん検知に，既存のモデル検査手法を適用できることを明らかにした．以上により，本研究は当初の計画以上に進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究においては，ネットワーク化制御のライフサイクルに着目した縮退運転アルゴリズムの構築目指している．今年度の研究は，制御システムの離散的な振る舞い（立ち上げ，立ち下げ，休止，保守プロセス）と連続的な振る舞い（各プロセス内の定常制御）を別々に考慮している．実際の制御系では，ライフサイクルの切り替えを考慮してサイバー検知技術を構築する必要があり，次年度の課題となる．実機検証を通して，ライフサイクルに対応するための必要制御技術の検討やこれまで提案してきた手法の拡張を実現していく．
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| Causes of Carryover |
縮退運転実験のための模擬プラント構築において，研究初年度（今年度）の作り込み（ライフサイクル導入）を予定していたが，想定以上にアルゴリズム開発が進んだ．そのため，今年度は実験環境作り込みよりもアルゴリズム開発とそれを支える理論検証に優先し，開発した技術を積極的に発表することを選択した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度はアルゴリズム開発が進んだので，次年度は模擬プラントへのライフサイクル導入を優先する．また，模擬プラントの改造と同時にライクサイクルに着目した縮退運転アルゴリズムの開発を実施する．
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