基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法及系统，实施步骤包括：确定节点依赖关系，收集正常运行下的历史数据，根据历史数据中的动态测量值、控制信息值分别确定其分布函数值及依赖度量值的正常值；基于分布函数值计算每一个当前的动态测量值对其存在物理‑物理依赖关系的动态测量值的第一依赖度量值，以及每一个当前的控制信息值对其存在信息‑物理依赖关系的动态测量值的第二依赖度量值，分别判断和正常值的偏差是否大于预设阈值进行异常状态检测；系统为前述方法对应的系统。本发明专利技术仅依赖于测量数据和控制信号，适用性强，通用性好，具有更强的抵御欺骗能力，具有很高的检测效果，能够检测大多数系统异常。

【技术实现步骤摘要】
基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法及系统
本专利技术涉及大规模复杂信息物理系统安全检测应用领域，具体涉及一种基于节点依赖关系的网络化CPS(Cyber-PhysicalSystem,网络化信息物理系统)异常检测方法及系统，用于针对网络化CPS实现异常检测。
技术介绍
网络化CPS(Cyber-PhysicalSystem,网络化信息物理系统)是信息系统与物理系统紧密耦合形成的大规模复杂系统，通过集成先进的感知、计算、通信、控制等信息技术和自动控制技术，构建了物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统，实现系统内资源配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化，如智能交通系统、智能电网系统和智能工厂。网络化CPS不同的物理组件接收信息系统内多个控制器的命令操控，并返回测量的感知数据到信息系统内的状态评估器，网络化CPS内的控制器基于状态评估器对当前不同组件的状态评估，进一步作出决定去控制物理系统内的组件。在网络化CPS中，每个控制器和物理组件能被看成一个节点，系统共有两类节点：信息节点和物理节点。如信息系统内的可编程逻辑控制器(Progr本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法，其特征在于实施步骤包括：1)确定被检测的网络化CPS中的节点依赖关系，所述节点依赖关系包括物理‑物理依赖关系以及信息‑物理依赖关系，所述物理‑物理依赖关系具体是指两个物理节点中一个物理节点的动态测量值会直接或者间接影响另一个物理节点的动态测量值；所述信息‑物理依赖关系具体是指物理节点的动态测量值会直接或者间接影响信息节点的控制信息值；2)收集被检测的网络化CPS正常运行下的历史数据，包括信息节点输出的控制信息值、物理节点反馈的动态测量值；3)根据历史数据中的物理节点反馈的动态测量值，确定物理节点反馈的动态测量值的分布函数值，基于历史数据中的动...

【技术特征摘要】
1.一种基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法，其特征在于实施步骤包括：1)确定被检测的网络化CPS中的节点依赖关系，所述节点依赖关系包括物理-物理依赖关系以及信息-物理依赖关系，所述物理-物理依赖关系具体是指两个物理节点中一个物理节点的动态测量值会直接或者间接影响另一个物理节点的动态测量值；所述信息-物理依赖关系具体是指物理节点的动态测量值会直接或者间接影响信息节点的控制信息值；2)收集被检测的网络化CPS正常运行下的历史数据，包括信息节点输出的控制信息值、物理节点反馈的动态测量值；3)根据历史数据中的物理节点反馈的动态测量值，确定物理节点反馈的动态测量值的分布函数值，基于历史数据中的动态测量值的分布函数值计算每一个物理节点的动态测量值对其存在物理-物理依赖关系的另一个物理节点的动态测量值的第一依赖度量值，并将所有第一依赖度量值的均值作为第一依赖度量值的正常值；根据历史数据中的物理节点反馈的动态测量值，确定信息节点输出的控制信息值的分布函数值，基于历史数据中的控制信息值的分布函数值计算每一个信息节点的控制信息值对其存在信息-物理依赖关系的物理节点的动态测量值的第二依赖度量值，并将所有第二依赖度量值的均值作为第二依赖度量值的正常值；4)采集被检测的网络化CPS当前运行数据，包括信息节点当前输出的控制信息值、物理节点当前反馈的动态测量值；基于动态测量值的分布函数值计算每一个物理节点当前的动态测量值对其存在物理-物理依赖关系的另一个物理节点的动态测量值的第一依赖度量值；基于控制信息值的分布函数值计算每一个信息节点当前的控制信息值对其存在信息-物理依赖关系的物理节点的动态测量值的第二依赖度量值；5)进行异常状态检测，如果任意当前动态测量值的第一依赖度量值与第一依赖度量值的正常值之间的偏差大于第一预设检测阈值，或者任意当前控制信息值的第二依赖度量值与第二依赖度量值的正常值之间的偏差大于第二预设检测阈值，则判定被检测的网络化CPS当前处于异常状态；否则判定被检测的网络化CPS当前处于正常状态。2.根据权利要求1所述的基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法，其特征在于，步骤3)中确定物理节点反馈的动态测量值的分布函数值具体是指基于核密度估计来计算物理节点反馈的动态测量值的估算概率密度，并将获得的估算概率密度作为该物理节点反馈的动态测量值的分布函数值。3.根据权利要求2所述的基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法，其特征在于，所述基于核密度估计来计算物理节点反馈的动态测量值的估算概率密度的函数表达式如式(1)所示；式(1)中，p(yi)是指某个物理节点反馈的动态测量值yi的估算概率密度，N表示历史数据中动态测量值yi的独立测量次数，h为平滑参数，为动态测量值yi的第d次独立测量值，d为测量次数，K是核函数，核函数为非负函数且积分为1。4.根据权利要求1所述的基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法，其特征在于，步骤3)中确定信息节点输出的控制信息值的分布函数值具体是指基于核密度估计来计算信息节点输出的控制信息值的估算概率密度，并将获得的估算概率密度作为该信息节点输出的控制信息值的分布函数值。5.根据权利要求4所述的基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法，其特征在于，所述基于核密度估计来计算信息节点输出的控制信息值的估算概率密度的函数表达式如式(2)所示；式(2)中，p(xk)是指某个信息节点输出的控制信息值xk的估算概率密度，M表示历史数据中信息节点输出的控制信息值xk的独立测量次数，h为平滑参数，为控制信息值xk的第d次独立测量值，d为测量次数，K是核函数，核函数为非负函数且积分为1。6.根据权利要求1所述的基于节点依赖关系的网络化CPS异...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱培栋，刘小雪，郭敏捷，荀鹏，陈英，刘欣，熊荫乔，冯璐，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43