Electric Vehicle (EV) charging infrastructure faces escalating cybersecurity threats that can severely compromise operational efficiency and grid stability. Existing forecasting techniques are limited by the lack of combined robust anomaly mitigation solutions and data privacy preservation. Therefore, this paper addresses these challenges by proposing a novel anomaly-resilient federated learning framework that simultaneously preserves data privacy, detects cyber-attacks, and maintains trustworthy demand prediction accuracy under adversarial conditions. The proposed framework integrates three key innovations: LSTM autoencoder-based distributed anomaly detection deployed at each federated client, interpolation-based anomalous data mitigation to preserve temporal continuity, and federated Long Short-Term Memory (LSTM) networks that enable collaborative learning without centralized data aggregation. The framework is validated on real-world EV charging infrastructure datasets combined with real-world DDoS attack datasets, providing robust validation of the proposed approach under realistic threat scenarios. Experimental results demonstrate that the federated approach achieves superior performance compared to centralized models, with 15.2% improvement in R2 accuracy while maintaining data locality. The integrated cyber-attack detection and mitigation system produces trustworthy datasets that enhance prediction reliability, recovering 47.9% of attack-induced performance degradation while maintaining exceptional precision (91.3%) and minimal false positive rates (1.21%). The proposed architecture enables enhanced EV infrastructure planning, privacy-preserving collaborative forecasting, cybersecurity resilience, and rapid recovery from malicious threats across distributed charging networks.


翻译:电动汽车(EV)充电基础设施面临日益严峻的网络安全威胁,这些威胁可能严重损害运营效率和电网稳定性。现有预测技术因缺乏兼具鲁棒异常缓解方案与数据隐私保护的综合性方法而受限。为此,本文通过提出一种新颖的异常弹性联邦学习框架来应对这些挑战,该框架在对抗条件下同时实现数据隐私保护、网络攻击检测以及可信需求预测精度的维持。所提框架融合了三大关键创新:部署于各联邦客户端的基于LSTM自编码器的分布式异常检测、用于保持时间连续性的基于插值的异常数据缓解,以及无需集中式数据聚合即可实现协同学习的联邦长短期记忆(LSTM)网络。该框架在真实电动汽车充电基础设施数据集与真实分布式拒绝服务(DDoS)攻击数据集相结合的场景下进行了验证,为所提方法在现实威胁情境中的鲁棒性提供了有力证明。实验结果表明,相较于集中式模型,联邦方法在保持数据本地化的同时实现了更优性能,R2精度提升15.2%。集成的网络攻击检测与缓解系统生成了可信数据集,提升了预测可靠性,恢复了47.9%由攻击导致的性能下降,同时保持了优异的精确度(91.3%)与极低的误报率(1.21%)。所提架构有助于增强电动汽车基础设施规划、隐私保护的协同预测、网络安全韧性,并支持分布式充电网络在遭受恶意威胁后实现快速恢复。

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