基于Round-Robin协议的多速率网络化系统的抗离群值递归安全滤波方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Round

【技术实现步骤摘要】
基于Round
‑
Robin协议的多速率网络化系统的抗离群值递归安全滤波方法


[0001]本专利技术涉及无线传输网络控制
，主要涉及一种基于Round
‑
Robin协议的多速率网络化系统的抗离群值递归安全滤波方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信网络的发展，如何保证多速率网络化系统在网络攻击以及有限的网络带宽导致的通信容量受限问题下的滤波性能，是一个值得深入研究的问题。随机网络攻击是当下研究的热点之一。由于通信网络的开放性，攻击者在网络传输过程中发起的随机恶意攻击可能会篡改测量信号。在现有的各种网络攻击的安全威胁中，欺骗攻击被认为是最普遍且最危险的，攻击者任意注入虚假数据，导致滤波性能退化和系统不稳定。
[0003]同时，有限的带宽限制将导致信道拥塞，近些年来，减轻通信负担的一种有效方法是部署通信协议来协调测量数据的传输顺序。其中，Round
‑
Robin协议被认为是静态且应用最广泛的调度协议，其主要思想是，每个传感器节点以固定的循环顺序平均分配给通信信道。因此Round
‑
Robin协议用于避免数据冲突，并在传感器到滤波器信道中调度传感器数据的传输顺序。
[0004]此外，作为统计和数据分析领域的焦点的测量离群值问题，引起了安全过滤/控制领域研究人员的持续关注。考虑到可能的网络攻击或任何其他突然的环境变化，单个传感器的测量数据往往会遭受不同的概率的测量衰减，测量离群值的出现可能会导致滤波器退化甚至损坏。因此，研究基于Round
‑
Robin协议的受测量衰减和网络攻击的多速率网络化系统的抗离群值递归安全滤波是一个具有挑战性的问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种基于Round
‑
Robin协议的多速率网络化系统的抗离群值递归安全滤波方法，在考虑测量衰减和网络攻击的情况下，利用提升技术，将多速率网络化系统转化为单速率网络化系统，并结合饱和函数设计抗离群值滤波器，可以有效增强滤波性能。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种基于Round
‑
Robin协议的多速率网络化系统的抗离群值递归安全滤波方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1、建立受测量衰减的多速率网络化系统模型；
[0009]步骤S2、基于欺骗攻击对网络传输数据的影响，建立网络攻击模型；
[0010]步骤S3、引入Round
‑
Robin协议调度传感器数据的传输顺序，并获取增广测量输出；
[0011]步骤S4、将多速率网络化系统转换为单速率网络化系统；
[0012]步骤S5、考虑测量衰减和网络攻击并引入饱和函数，基于Round
‑
Robin协议设计抗
离群值滤波器；
[0013]步骤S6、求解矩阵差分方程，获取滤波器的误差协方差上界，并对上界求偏导，选取滤波器增益，最小化滤波误差协方差上界；
[0014]步骤S7、给出保证滤波误差动态均方指数有界的充分条件。
[0015]进一步地，所述步骤S1中多速率网络化系统模型建立如下：
[0016][0017]其中是系统状态，是传感器的测量输出，是方差为Q(T
k
)>0的零均值过程噪声，A(T
k
),B(T
k
),C
i
(t
k
),D
i
(t
k
)是适当维数的时变矩阵，是第i个传感器的测量衰减系数，其在(s
i
,1)(0<s
i
<1)区间上均匀分布；是方差为V
i
(T
k
)>0的零均值测量噪声；系统状态更新周期为传感器采样周期为且H＝gh，g是已知正整数；随机变量w(T
k
)和v
i
(t
k
)相互独立。
[0018]进一步地，所述步骤S2中网络攻击模型建立如下：
[0019]考虑网络通道中欺骗攻击的影响，传输中实际信号为：
[0020][0021]其中是测量输出y
i
(t
k
)经过网络中实际的传输信号，μ(t
k
)是取值为{0,1}的随机变量，且概率分布满足：且是已知常数；代表注入的信号，按以下形式生成：ζ
i
(t
k
)＝
‑
y
i
(t
k
)+η
i
(t
k
)；其中的方差为E
i
(t
k
)>0且满足‖η
i
(t
k
)‖≤η，且η是已知正常数。
[0022]进一步地，所述步骤S3中引入Round
‑
Robin协议获取增广测量输出，具体如下：
[0023]设定t
k
时刻被授予传输权限的传感器为δ(t
k
)，根据Round
‑
Robin协议的选取规则δ(t
k
)＝1+mod(k
‑
1,n)，且δ(t0)＝n；实际接收来自传感器i的测量表示如下：
[0024][0025]其中γ(
·
,
·
)是克罗内克函数；是测量输出y
i
(t
k
)经过网络中实际的传输信号；设定基于Round
‑
Robin协议得到增广测量输出如下：
[0026][0027]其中，
[0028][0029]进一步地，所述步骤S4中采用提升技术将多速率系统转换为单速率系统，具体如下：
[0030][0031]其中，
[0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039]x(t
k
‑1+h)表示x(t
k
‑1)经过一个系统状态更新周期后的系统状态；w(t
k
)表示以为采样周期的过程噪声；C(t
k
)是系统方程中适当维数的矩阵；表示矩阵A(t
k+1
‑
mh)到矩阵A(t
k+1
‑
gh)的累积，H＝gh，g是已知正整数；B(t
k
)是系统方程中适当维数的矩阵。
[0040]进一步地，所述步骤S5中抗离群值滤波器设计方法如下：
[0041]设定则增广系统模型描述如下：
[0042][0043]其中，
[0044][0045][0046][0047]引入饱和函数，设计抗离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Round
‑
Robin协议的多速率网络化系统的抗离群值递归安全滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、建立受测量衰减的多速率网络化系统模型；步骤S2、基于欺骗攻击对网络传输数据的影响，建立网络攻击模型；步骤S3、引入Round
‑
Robin协议调度传感器数据的传输顺序，并获取增广测量输出；步骤S4、将多速率网络化系统转换为单速率网络化系统；步骤S5、考虑测量衰减和网络攻击并引入饱和函数，基于Round
‑
Robin协议设计抗离群值滤波器；步骤S6、求解矩阵差分方程，获取滤波器的误差协方差上界，并对上界求偏导，选取滤波器增益，最小化滤波误差协方差上界；步骤S7、给出保证滤波误差动态均方指数有界的充分条件。2.根据权利要求1所述的一种基于Round
‑
Robin协议的多速率网络化系统的抗离群值递归安全滤波方法，其特征在于，所述步骤S1中多速率网络化系统模型建立如下：其中是系统状态，是传感器的测量输出，是方差为Q(T
k
)>0的零均值过程噪声，A(T
k
),B(T
k
),C
i
(t
k
),D
i
(t
k
)是适当维数的时变矩阵，是第i个传感器的测量衰减系数，其在(s
i
,1)(0<s
i
<1)区间上均匀分布；是方差为V
i
(T
k
)>0的零均值测量噪声；系统状态更新周期为传感器采样周期为且H＝gh，g是已知正整数；随机变量w(T
k
)和v
i
(t
k
)相互独立。3.根据权利要求1所述的一种基于Round
‑
Robin协议的多速率网络化系统的抗离群值递归安全滤波方法，其特征在于，所述步骤S2中网络攻击模型建立如下：其中，是测量输出y
i
(t
k
)经过网络中实际的传输信号，μ(t
k
)是取值为{0,1}的随机变量，且概率分布满足：且是已知常数；代表注入的信号，按以下形式生成：ζ
i
(t
k
)＝
‑
y
i
(t
k
)+η
i
(t
k
)；其中的方差为E
i
(t
k
)>0且满足‖η
i
(t
k
)‖≤η，且η是已知正常数。4.根据权利要求1所述的一种基于Round
‑
Robin协议的多速率网络化系统的抗离群值递归安全滤波方法，其特征在于，所述步骤S3中引入Round
‑
Robin协议获取增广测量输出，具体如下：设定t
k
时刻被授予传输权限的传感器为...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹杰，刘金良，龚恩宇，申冬琴，张洋，陈志杰，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：