多网络攻击下基于动态事件触发机制的安全跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多网络攻击下基于动态事件触发机制的安全跟踪控制方法，首先建立离散系统模型和参考模型，引入动态事件触发机制，同时考虑到通信网络中随机发生的拒绝服务攻击和欺骗攻击的影响，建立综合网络攻击模型，在动态事件触发机制和多重网络攻击下建立跟踪控制器模型和误差系统模型。在建立的模型基础上，利用李雅普诺夫稳定性理论获得保证误差系统渐近稳定和H

【技术实现步骤摘要】
多网络攻击下基于动态事件触发机制的安全跟踪控制方法


[0001]本专利技术属于网络控制
，尤其涉及一种多网络攻击下基于动态事件触发机制的安全跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]网络控制系统因其潜在的广泛应用受到格外关注，例如在电网、民用基础设施、自动驾驶汽车和传感器网络等方面的应用。与传统的点对点连接的控制系统相比，网络控制系统具有方便安装维护和信息共享、成本低等优点。网络的引入使得通信资源变得越来越珍贵，如何解决资源受限问题，给控制系统的分析带来了挑战。
[0003]在网络控制系统分析中另外一个必须考虑的重要因素是网络安全问题。网络的利用和未受保护的无线网络上的数据传输不可避免地会受到攻击者的关注。当前威胁网络安全的攻击主要有拒绝服务攻击和欺骗攻击。拒绝服务攻击是攻击者试图堵塞数据传输通道，导致数据在特定时刻无法到达控制器。欺骗攻击发生时，当前传输的数据会被伪造的数据包篡改，破坏数据的真实性。需要指出的是，网络信息安全得不到保障，将严重制约网络控制系统的发展。
[0004]因此，研究拒绝服务攻击和欺骗攻击下基于动态事件触发机制的网络控制系统的安全跟踪控制是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种多网络攻击下基于动态事件触发机制的安全跟踪控制方法,以解决资源受限和网络信息安全的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]一种多网络攻击下基于动态事件触发机制的安全跟踪控制方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、建立离散系统模型和参考模型；
[0009]所述离散系统模型如下：
[0010]x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Dω(k)
[0011]其中，x(k)∈R
n
为状态向量，u(k)∈R
m
为控制输入，ω(k)为外部扰动；A,B,D为合适维度的已知常数矩阵；R
n
为n维向量空间，R
m
为m维向量空间，n和m属于自然数集N；
[0012]所述参考模型如下：
[0013]x
r
(k+1)＝A
r
x
r
(k)+B
r
r(k)
[0014]其中，x
r
(k)∈R
p
是参考模型的状态向量，r(k)∈R
q
是参考输入上界,A
r
和B
r
为常数矩阵；R
p
为p维向量空间，R
q
为q维向量空间，p和q属于自然数集N；
[0015]步骤2、引入动态事件触发机制，来解决资源约束问题；
[0016]不满足如下条件的数据包被认为是不必要的数据将被触发机制丢弃；当满足如下条件时，采样数据被释放到网络当中且被传输到跟踪控制器：
[0017][0018]其中e(k)是跟踪误差，e(k
t
)是最近传输时刻的采样数据，e
T
(k)，是相应的转置矩阵；k是当前采样时刻，k
t
是最近传输时刻，k
t+1
为下一传输时刻；θ和σ为已知正标量；N为自然数集；
[0019]在动态事件触发机制下，跟踪控制器的输入被描述为：
[0020]u(k)＝Ke(k
t
)；
[0021]其中K为待设计的跟踪控制器增益；
[0022]步骤3、考虑拒绝服务攻击和欺骗攻击对网络传输数据造成的影响，建立综合网络攻击模型；
[0023]步骤4、基于多网络攻击和动态事件触发机制，设计网络控制系统跟踪控制器和跟踪误差模型；
[0024]步骤5、基于李雅普诺夫稳定性理论，得到确保误差系统渐进稳定的充分性条件；
[0025]步骤6、求解线性矩阵不等式，获取跟踪控制器增益。
[0026]进一步的，所述步骤2中正时变阈值函数ε(k)定义如下：
[0027][0028]其中λ∈(0,1)为给定常数，ε(k+1)为k+1时刻阈值；正时变阈值函数ε(k)根据跟踪误差动态调整，当跟踪误差e(k)趋于稳定时，采样条件k
t+1
被满足的次数下降，变化很小的数据将不会被传输。
[0029]进一步的，步骤3具体包括以下步骤：
[0030]步骤3.1、考虑网络通道中欺骗攻击的影响，跟踪控制器的实际输入变为：
[0031][0032]其中β
k
为伯努利分布变量；β
k
＝0表示欺骗攻击活跃，实际控制器输入被欺骗攻击替换为h(e(k
t
))；β
k
＝1表示欺骗攻击休眠，实际控制器输入为真实值h(e(k
t
))为欺骗攻击的信号满足：
[0033]h
T
(e(k
t
))h(e(k
t
))≤e
T
(k
t
)G
T
Ge(k
t
)
[0034]G为已知常数矩阵；
[0035]步骤3.2、考虑拒绝服务攻击的影响时，
[0036][0037]此公式提供了随机出现的多重攻击的综合公式，其中，为双重攻击下的控制器输入，α
k
为伯努利分布变量；α
k
＝0时表示拒绝服务攻击活跃，通信信道被拒绝服务攻击阻断，此时控制器输入为0；α
k
＝1表示拒绝服务攻击休眠，实际控制器输入为真实值
[0038]随机变量α
k
和β
k
为相互独立的伯努利随机变量取{0,1}上的值，并满足如下概率分布
[0039][0040][0041]为拒绝服务攻击休眠的概率，为欺骗攻击休眠的概率，其中为欺骗攻击休眠的概率，其中
[0042]若α
k
β
k
＝0，表示系统受到攻击，其中α
k
＝0是只发生拒绝服务攻击的情况，β
k
＝0是只发生欺骗攻击的情况，实际控制器输入分别是h(e(k
t
))和0；当α
k
β
k
＝1时，网络不受攻击影响。
[0043]进一步的，所述步骤4具体包括以下步骤：
[0044]在经过动态事件触发机制、欺骗攻击和拒绝服务攻击之后，控制器输入的真实值变化为因此将u(k)表示为如下形式：
[0045][0046]同时系统模型x(k)表示为：
[0047][0048]定义跟踪误差为则跟踪误差系统模型如下：
[0049][0050]其中V
e(k)
＝(A
‑
A
r
)x
r
(k)+Dω(k)
‑
B
r
r(k本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多网络攻击下基于动态事件触发机制的安全跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立离散系统模型和参考模型；所述离散系统模型如下：x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Dω(k)其中，x(k)∈R
n
为状态向量，u(k)∈R
m
为控制输入，ω(k)为外部扰动；A，B，D为合适维度的已知常数矩阵；R
n
为n维向量空间，R
m
为m维向量空间，n和m属于自然数集N；所述参考模型如下：x
r
(k+1)＝A
r
x
r
(k)+B
r
r(k)其中，x
r
(k)∈R
p
是参考模型的状态向量，r(k)∈R
q
是参考输入上界,A
r
和B
r
为常数矩阵；R
p
为p维向量空间，R
q
为q维向量空间，p和q属于自然数集N；步骤2、引入动态事件触发机制，来解决资源约束问题；不满足如下条件的数据包被认为是不必要的数据将被触发机制丢弃；当满足如下条件时，采样数据被释放到网络当中且被传输到跟踪控制器：其中e(k)是跟踪误差，e(k
t
)是最近传输时刻的采样数据，e
T
(k)，是相应的转置矩阵；k是当前采样时刻，k
t
是最近传输时刻，k
t+1
为下一传输时刻；θ和σ为已知正标量；N为自然数集；在动态事件触发机制下，跟踪控制器的输入被描述为：u(k)＝Ke(k
t
)；其中K为待设计的跟踪控制器增益；步骤3、考虑拒绝服务攻击和欺骗攻击对网络传输数据造成的影响，建立综合网络攻击模型；步骤4、基于多网络攻击和动态事件触发机制，设计网络控制系统跟踪控制器和跟踪误差模型；步骤5、基于李雅普诺夫稳定性理论，得到确保误差系统渐进稳定的充分性条件；步骤6、求解线性矩阵不等式，获取跟踪控制器增益。2.根据权利要求1所述的多网络攻击下基于动态事件触发机制的安全跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤2中正时变阈值函数ε(k)定义如下：其中λ∈(0,1)为给定常数，ε(k+1)为k+1时刻阈值；正时变阈值函数ε(k)根据跟踪误差动态调整，当跟踪误差e(k)趋于稳定时，采样条件k
t+1
被满足的次数下降，变化很小的数据将不会被传输。3.根据权利要求2所述的多网络攻击下基于动态事件触发机制的安全跟踪控制方法，其特征在于，步骤3具体包括以下步骤：步骤3.1、考虑网络通道中欺骗攻击的影响，跟踪控制器的实际输入变为：
其中β
k
为伯努利分布变量；β
k
＝0表示欺骗攻击活跃，实际控制器输入被欺骗攻击替换为h(e(k
t
))；β
k
＝1表示欺骗攻击休眠，实际控制器输入为真实值h(e(k
t
))为欺骗攻击的信号满足：...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹杰，刘金良，董艳慧，申冬琴，陈志杰，孙熙铭，尹文尧，
申请(专利权)人：云境商务智能研究院南京有限公司，
类型：发明
国别省市：