Graph Neural Network-Based Digital Twin for Cyber-Resilient and Predictive Teleoperation Systems

سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 157

فایل این مقاله در 13 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JADM-14-1_001

تاریخ نمایه سازی: 6 دی 1404

چکیده مقاله:

Teleoperation systems are increasingly deployed in critical applications such as robotic surgery, industrial automation, and hazardous environment exploration. However, these systems are highly susceptible to network-induced delays, cyber-attacks, and system uncertainties, which can degrade performance and compromise safety. This paper proposes a Graph Neural Network (GNN)-based Digital Twin (DT) framework to enhance the cyber-resilience and predictive control of teleoperation systems. The GNN-based anomaly detection mechanism accurately identifies cyber-attacks, such as false data injection (FDI) and denial-of-service (DoS) attacks, with a detection rate of ۲۴.۳% and a false alarm rate of only ۱.۸%, significantly outperforming conventional machine learning methods. Furthermore, the predictive digital twin model, integrated with model predictive control (MPC), effectively compensates for latency and dynamic uncertainties, reducing control errors by ۱۴.۱۲% compared to traditional PID controllers. Simulation results in a robotic teleoperation testbed demonstrate a ۲۴.۴% improvement in trajectory tracking accuracy under variable delay conditions, ensuring precise and stable operation.

نویسندگان

Sara Mahmoudi Rashid

Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • S. Ghandibidgoli and H. Mokhtari, "Automatic control and guidance of ...
  • F. Sabahi, "Stable Synchronization in Fuzzy Recurrent Neural Networks within ...
  • P. S. Tadepalli, D. Pullaguram, and M. Alam, "Cyber-Resilient Strategy ...
  • Ramesh, M., and R. Jayashree. "Adaptive E-Learning Environments: A Methodological ...
  • P. Rabiei and N. Ashrafi-Payaman, "Anomaly Detection in Dynamic Graph ...
  • G. Wu, H. Zhang, W. Wu, Y. Wang, and Z. ...
  • L. Rojas, Á. Peña, and J. Garcia, "AI-Driven Predictive Maintenance ...
  • M.-Z. Pan, J.-A. Li, Z. Li, K. Liang, T.-C. Su, ...
  • M. S. Abdelrahman, I. Kharchouf, H. M. Hussein, M. Esoofally, ...
  • S. Wang, X. Xiang, J. Zhang, Z. Liang, S. Li, ...
  • L. Xiao, H. Chen, S. Xu, Z. Lv, C. Wang, ...
  • I. Varlamis, Y. Himeur, C. Chronis, and C. Sardianos, "Blockchain ...
  • Q. Liu, L. Pan, X. Cao, J. Gan, X. Huang, ...
  • Y. Zhang, C. Du, Z. Chen, Z. Feng, and W. ...
  • N. Ehmann, M. Köhler, and F. Allgöwer, "Transient performance of ...
  • F. Zhao, F. Dörfler, A. Chiuso, and K. You, "Data-enabled ...
  • S. A. Aessa, S. W. Shneen, and M. K. Oudah, ...
  • Z. Liu, Y. Wang, Q. Wang, and M. Hu, "Vision ...
  • S. Pavani and H. Shwehta, "Hybrid Deep Learning for Financial ...
  • نمایش کامل مراجع