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电气工程与系统科学 > 系统与控制

arXiv:2506.02725 (eess)
[提交于 2025年6月3日 ]

标题: 马尔可夫衰落信道上的递归隐私保护估计

标题: Recursive Privacy-Preserving Estimation Over Markov Fading Channels

Authors:Jie Huang, Fanlin Jia, Xiao He
摘要: 在工业应用中,移动机械、车辆和人员的存在,增加了无线信道的动态特性。这种时间变异性导致信道衰落,可以通过马尔可夫衰落信道(MFC)有效建模。本文研究了在存在窃听者的情况下,系统通过MFC进行通信时的安全状态估计问题。目标是使远程授权用户能够准确估计动态系统的状态,同时考虑传感器数据包可能被窃听信道截获的情况。为了防止信息泄露,提出了一种新的协同设计方案,结合了隐私保护机制与状态估计算法。为实现我们的编码方案,基于合法用户先前接收到的加权重构创新量引入了非线性映射。针对该编码方案,设计了一个递归隐私保护滤波算法以实现精确估计。讨论了合法用户端估计误差动力学的有界性,并分析了窃听者估计误差的发散性,这证明了我们协同设计方案在确保保密性方面的有效性。此外,还提供了三储罐系统的仿真例子,以验证我们隐私保护估计方法的有效性和可行性。
摘要: In industrial applications, the presence of moving machinery, vehicles, and personnel, contributes to the dynamic nature of the wireless channel. This time variability induces channel fading, which can be effectively modeled using a Markov fading channel (MFC). In this paper, we investigate the problem of secure state estimation for systems that communicate over a MFC in the presence of an eavesdropper. The objective is to enable a remote authorized user to accurately estimate the states of a dynamic system, while considering the potential interception of the sensor's packet through a wiretap channel. To prevent information leakage, a novel co-design strategy is established, which combines a privacy-preserving mechanism with a state estimator. To implement our encoding scheme, a nonlinear mapping of the innovation is introduced based on the weighted reconstructed innovation previously received by the legitimate user. Corresponding to this encoding scheme, we design a recursive privacy-preserving filtering algorithm to achieve accurate estimation. The boundedness of estimation error dynamics at the legitimate user's side is discussed and the divergence of the eavesdropper's estimation error is analyzed, which demonstrates the effectiveness of our co-design strategy in ensuring secrecy. Furthermore, a simulation example of a three-tank system is provided to demonstrate the effectiveness and feasibility of our privacy-preserving estimation method.
评论: 12页,5幅图
主题: 系统与控制 (eess.SY)
引用方式: arXiv:2506.02725 [eess.SY]
  (或者 arXiv:2506.02725v1 [eess.SY] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.02725
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Jie Huang [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 6 月 3 日 10:33:49 UTC (358 KB)
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