基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法及相关装置制造方法及图纸

基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法及相关装置，包括建立传感器子系统的事件触发局部估计器；建立拒绝服务攻击下的单传感器信息物理系统随机事件触发调度器；随机事件触发调度器判断传感器是否将原始测量观测数据发送给事件触发局部估计器；局部估计器根据估计算法处理局部估计得到局部估计和协方差矩阵；将局部估计和协方差矩阵送到融合中心得到全局估计和协方差矩阵。局估计和协方差矩阵。局估计和协方差矩阵。

【技术实现步骤摘要】
基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法及相关装置


[0001]本专利技术信息物理系统的安全
，特别涉及基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法及相关装置。

技术介绍

[0002]信息物理系统是一种由网络环境(通信、计算、控制)和物理进程在网络环境中高度集成交互所构成的新型智能系统，具有多样性、鲁棒性、高效和高性能等特点。基于信息物理系统具有将信息空间与物理现实深度融合的特性，信息物理系统涉及控制理论、计算机科学等多个学科，其被应用于社会的各个领域，如智能电网、公共交通、智能医疗、植入式医疗设备和工业控制系统等方面。与传统物理控制系统相比，信息物理系统引入了诸多信息系统的因素，但也因此面临着比传统网络系统更加复杂的安全问题。由于与互联网融合带来的开放性和灵活性，信息物理系统很容易受到来自黑客的多层面和多样化的网络攻击，造成巨大的人员伤亡和财产损失。
[0003]现有技术是在DoS攻击环境下针对对信息物理系统的状态估计。
[0004]缺陷：随着信息物理系统规模的扩张，信息物理系统的功耗和通信负担也呈指数增长，传统的时间触发机制已经无法适应。也就是说目前缺乏在遭受DoS攻击下对资源受限的信息物理系统的状态估计。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法及相关装置，以解决缺乏在遭受DoS攻击下对资源受限的信息物理系统的状态估计的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法，包括
[0008]根据事件触发机制带来的传感器信息和拒绝服务攻击带来的不规则信息，建立传感器子系统的事件触发局部估计器；
[0009]建立拒绝服务攻击下的单传感器信息物理系统随机事件触发调度器；
[0010]随机事件触发调度器判断传感器是否将测量观测数据发送给事件触发局部估计器；
[0011]判断结果为已发送的，事件触发局部估计器根据估计算法处理局部估计得到局部估计和协方差矩阵；将局部估计和协方差矩阵送到融合中心得到全局估计和协方差矩阵。
[0012]进一步的，随机事件触发调度器的建立：
[0013]建立如下线性时变系统
[0014][0015][0016]其中，k为时间，i∈[1,2
…
N]为传感器数，x
k
为系统状态向量，y
k
是由传感器观察得
到的系统观测向量，A
k
和是已知并且具有适当维度的系统矩阵，W
k
是零均值高斯白噪声，协方差为Q
k
，是测量噪声，协方差为表示该系统是否发生拒绝服务攻击，表示攻击者没有发动攻击，表示攻击者发动攻击；服从二元伯努利分布
[0017][0018]其中，β
i
∈[0,1]为常数标量，表示拒绝服务攻击在第i个传感器处的失败率；
[0019]首先计算出反映系统动态变化的测量创新为：
[0020][0021]状态x
k
的概率密度为高斯分布，设计随机事件触发机制，该机制是将随机变量与评估函数进行比较，以确定传感器是否将测量观测数据发送给事件触发局部估计器；
[0022][0023][0024]其中，为随机分布于[0，1]之间的变量，为事件触发条件的评价函数，Z是一个待预定义的正定系数矩阵；为决策变量。
[0025]进一步的，随机事件触发调度器中的判断具体为：
[0026]表示原始测量信息直接传输到远程估计器，表示通信网络上没有信息传输。
[0027]进一步的，融合中心估计在顺序融合估计框架中时：
[0028]步骤1：初始化估计器参数x0，P0，将系统时间k置为1，开始运行系统状态估计算法；
[0029]步骤2：传感器1得到当前时刻测量值
[0030]步骤3：将β1和从局部估计器1返回的传入事件触发器；
[0031]步骤4：根据事件触发器判断结果决定是否将测量值传入局部估计器，表示原始测量信息直接传输到远程估计器，表示通信信道上没有信息传输；
[0032]步骤5：局部估计器1根据估计算法处理局部估计得到局部估计和协方差矩阵
[0033]步骤6：局部估计器1的局部估计被当作局部估计器2的一步预测估计局部估计器2，协方差矩阵被当作局部估计器2的协方差矩阵送到局部估计器2；
[0034]步骤7：一直循环步骤2到步骤6直到局部估计器数为N，局部估计器N的局部估计
和协方差矩阵即全局估计和协方差矩阵
[0035]进一步的，融合中心估计在并行融合估计框架中时：
[0036]步骤1：初始化估计器参数x0，P0，将系统时间置为1，开始运行系统状态估计算法；
[0037]步骤2：各个传感器得到当前时刻测量值
[0038]步骤3：将β
i
和从局部估计器返回的传入事件触发器；
[0039]步骤4：根据事件触发器判断结果决定是否将测量值传入局部估计器，表示原始测量信息直接传输到远程估计器，表示通信信道上没有信息传输；
[0040]步骤5：局部估计器根据估计算法并行处理局部估计得到局部估计和协方差矩阵
[0041]步骤6：局部估计器的局部估计和协方差矩阵送到融合中心得到全局估计和协方差矩阵
[0042]进一步的，估计算法为：
[0043]时间更新方程:
[0044][0045][0046]度量更新方程:
[0047][0048][0049]增益矩阵为：
[0050][0051]其中，Z为预定义的正定系数矩阵，为：
[0052][0053]进一步的，基于CPS的随机事件触发安全状态估计系统，包括：
[0054]估计器建立模块，用于根据事件触发机制带来的传感器信息和拒绝服务攻击带来的不规则信息，建立传感器子系统的事件触发局部估计器；
[0055]调度器建立模块，用于建立拒绝服务攻击下的单传感器信息物理系统随机事件触发调度器；
[0056]判断模块，用于随机事件触发调度器判断传感器是否将测量观测数据发送给事件触发局部估计器；
[0057]融合中心计算模块，用于判断结果为已发送的，事件触发局部估计器根据估计算法处理局部估计得到局部估计和协方差矩阵；将局部估计和协方差矩阵送到融合中心得到
全局估计和协方差矩阵。
[0058]进一步的，一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法的步骤。
[0059]进一步的，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法的步骤。
[0060]与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法，其特征在于，包括根据事件触发机制带来的传感器信息和拒绝服务攻击带来的不规则信息，建立传感器子系统的事件触发局部估计器；建立拒绝服务攻击下的单传感器信息物理系统随机事件触发调度器；随机事件触发调度器判断传感器是否将原始测量观测数据发送给局部估计器；局部估计器根据估计算法处理局部估计得到局部估计和协方差矩阵；将局部估计和协方差矩阵送到融合中心得到全局估计和协方差矩阵。2.根据权利要求1所述的基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法，其特征在于，随机事件触发调度器的建立：建立如下线性时变系统x
k+1
＝A
k
x
k
+w
k
其中，k为时间，i∈[1,2
…
N]为传感器数，x
k
为系统状态向量，y
k
是由传感器观察得到的系统观测向量，A
k
和是已知并且具有适当维度的系统矩阵，W
k
是零均值高斯白噪声，协方差为Q
k
，是测量噪声，协方差为是测量噪声，协方差为表示该系统是否发生拒绝服务攻击，表示攻击者没有发动攻击，表示攻击者发动攻击；服从二元伯努利分布其中，β
i
∈[0,1]为常数标量，表示拒绝服务攻击在第i个传感器处的失败率；首先计算出反映系统动态变化的测量创新为：状态x
k
的概率密度为高斯分布，设计随机事件触发机制，该机制是将随机变量与评估函数进行比较，以确定传感器是否将测量观测数据发送给事件触发局部估计器；进行比较，以确定传感器是否将测量观测数据发送给事件触发局部估计器；其中，为随机分布于[0，1]之间的变量，为事件触发条件的评价函数，Z是一个待预定义的正定系数矩阵；为决策变量。3.根据权利要求2所述的基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法，其特征在于，随机事件触发调度器中的判断具体为：表示原始测量信息直接传输到远程估计器，表示通信网络上没有信息传输。4.根据权利要求2所述的基于CPS的随机事件触发安全状态估计方法，其特征在于，融合中心估计在顺序融合估计框架中时：
步骤1：初始化估计器参数x0，P0，将系统时间k置为1，开始运行系统状态估计算法；步骤2：传感器1得到当前时刻测量值步骤3：将β1和从局部估计器1返回的传入事件触发器；步骤4：根据事件触发...

【专利技术属性】
技术研发人员：金增旺，胡雪昂，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：