一种针对网络物理系统的网络攻击弹性约束跟踪控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种针对网络物理系统的网络攻击弹性约束跟踪控制方法，属于网络安全领域；该算法针对具有不确定性和可能被网络攻击的网络物理系统，通过一个创造性的控制器设计，验证被控系统对网络攻击输入和其他欺骗或混合威胁攻击的弹性；提出了一个非合作博弈和两个Stackelberg竞争的三种博弈规则来选择最优控制涉及参数，并证明最优选择在这三种规则中是唯一的。采用本发明专利技术方法可以使网络物理系统具有抵御网络攻击输入和其他欺骗或混合威胁攻击的能力。胁攻击的能力。胁攻击的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种针对网络物理系统的网络攻击弹性约束跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及网络安全技术
，具体为一种针对网络物理系统的网络攻击弹性约束跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]网络物理系统(CPS)是一种机制，这种机制是基于计算机算法的控制或监控，整个系统与网络整合在一起，网络物理系统通常被称为大规模、地理分散、复杂和异构的物联网。近年来，各种类型的网络物理系统的发展和部署呈指数式增长，给日常生活的方方面面都带来了巨大的影响，例如，在电网、运输系统、医疗保健设备和家用电器等方面。许多这样的系统被部署在关键的基础设施、生命支持设备，或者对我们日常生活极其重要的地方。
[0003]在物联网中跨网络部署的CPS应用程序的多样性，使其容易受到不同级别系统之间的网络攻击和物理攻击，特别是在智能制造过程中的消息传输方面。这样便在CPS应用程序引入了安全隐患，导致程序变得失控，并且伤害到依赖该程序的人。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种针对网络物理系统的网络攻击弹性约束跟踪控制方法，以解决
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种针对网络物理系统的网络攻击弹性约束跟踪控制方法，步骤1：建立网络物理系统模型，考虑网络物理系统受到一组优先级未知的网络攻击：
[0006][0007]式中：t∈R是时间，q(t)∈R
n
是坐标，是速度，是加速度，是不确定参数，是未知的网络攻击输入，δ(t)∈R是由于欺骗和/或混合威胁攻击造成的不确定攻击因子，τ(t)∈R
n
是控制输入。集合∑和Υ
a
是紧凑的，分别代表σ和v
a
可能所属的区域。此外，M(q，σ，t)是惯性矩阵，是科里奥利/离心力，g(q，σ，t)是引力，是网络攻击输入矩阵。矩阵/向量M(q，σ，t)，，g(q，σ，t)和具有适当的维数。函数M(
·
)，C(
·
)，g(
·
)，B
a
(
·
)是连续的；
[0008]提出了以下约束条件。
[0009][0010]其中是的第i个成分，A
li
(
·
)和c
l
(
·
)都是C1，m≤n。它们是约束条件的一阶形式。每个约束可能是完整的或非完整的。约束条件可以用矩阵形式表示
[0011][0012]其中A＝[A
li
]m
×
n
，c＝[c
1 c2ꢀ…ꢀ
c
m
]T
[0013]步骤2：设计具有弹性约束的自适应鲁棒控制器：
[0014][0015]式中：表示约束跟随误差表示约束跟随误差以0表示M的“标称”部分，函数是连续的，P∈R
m
×
m
，P＞0，κ＞0是一个标量设计参数；
[0016][0017]式中：是一个标量设计参数，是一个已知函数；
[0018]具有弹性约束的自适应鲁棒控制器为：
[0019][0020]考虑网络物理系统，控制器使系统具有以下性能：
[0021](101)一致有界性：对于任意r＞0，存在一个d(r)＜∞，使得如果那么对于所有t≥t0，
[0022](102)一致的最终有界性：对于任何r＞0且存在一个d＞0，使得对于任何当其中
[0023]步骤3：分析约束跟踪性能中的弹性：
[0024]当t≥t0时，均匀有界性保证了误差β后的约束被限制在区域d(r)内。统一的最终有界性性能保证了误差β足够小，即在有限时间之后在之后在的区域内。d(r)和都与R相关。对于所有σ∈∑，v
a
∈Υ
a
，如果存在一个区域Q使则被控系统对攻击因子δ和网络攻击输入具有弹性；
[0025]步骤4：控制器设计参数的博弈最优选择：
[0026]提出了一个非合作博弈和两个Stackelberg竞争的三种博弈规则来选择最优控制涉及参数；
[0027]进一步的，在步骤1中所提到的约束条件有两种解释方法，首先，约束可能是被动的，也就是说环境或结构是为了使系统服从约束而提供约束力的；第二，约束可能很活跃，也就是说系统的控制输入提供所需的力，以满足约束；
[0028]进一步的，采用第二种约束方法，并将约束对t求导：
[0029][0030]进一步的，约束条件的二阶形式可以改写为：
[0031][0032]其中l＝1，
…
，m；
[0033][0034]其中b＝[b
1 b2ꢀ…ꢀ
b
m
]T
；
[0035]进一步的，在步骤2中建立具有弹性约束的自适应鲁棒控制器之前，首先需要进行不确定性分解和网络攻击输入矩阵分解；
[0036]进一步的对不确定性分解进行解释，我们首先提出以下假设；
[0037]假设1.对于每个(q，t)∈R
n
×
R，σ∈∑，M(q，σ，t)＞0，这个假设在大多数应用中都是有效的；我们现在在设计控制τ时考虑到不确定性。让以表示“标称”部分，函数是连续的。
[0038]令令
[0039]于是我们可以得到
[0040]ΔD(q，σ，t)＝D(q，t)E(q，σ，t)
[0041]假设2：对于每个(q，t)∈R
n
×
R，A(q，t)是满秩的。这意味着A(q，t)A
T
(q，t)是可逆的。
[0042]假设3：在假设2的基础下，对于给定的P∈R
m
×
m
，P＞0，令
[0043][0044]存在一个常数ρ
E
＞
‑
1，它可能是未知的，使得对于所有(q，t)∈R
n
×
R，
[0045][0046]这里λ
m
(
·
)是矩阵的特征值。
[0047]由于不确定界∑是未知的，常数ρ
E
是未知的。当没有不确定性时，是未知的。当没有不确定性时，E＝0，W＝0，因此可以选择ρ
E
＝0。因此，通过连续性，该假设将不确定性的影响强加到M与之间的可能偏差的某个阈值内，这是单向的。
[0048]进一步的对网络攻击输入矩阵分解进行解释，我们提出对网络攻击输入矩阵B
a
的分解，网络攻击通过B
a
来影响CPS。在假设2保证(AD)(AD)
T
可逆的前提下，令
[0049][0050]这里
[0051][0052][0053]定理1：根据假设2，那么对于任何不确定度v
[0054][0055]证明：我们有
[0056][0057]这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对网络物理系统的网络攻击弹性约束跟踪控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：建立网络物理系统模型，考虑网络物理系统受到一组优先级未知的网络攻击：式中：t∈R是时间，q(t)∈R
n
是坐标，是速度，是加速度，是不确定参数，是未知的网络攻击输入，δ(t)∈R是由于欺骗和/或混合威胁攻击造成的不确定攻击因子，τ(t)∈R
n
是控制输入，集合Σ和Υ
a
是紧凑的，分别代表σ和v
a
可能所属的区域，此外，M(q,σ,t)是惯性矩阵，是科里奥利/离心力，g(q,σ,t)是引力，是网络攻击输入矩阵，矩阵/向量M(q,σ,t)，，g(q,σ,t)和具有适当的维数，函数M(
·
)，C(
·
)，g(
·
)，B
a
(
·
)是连续的；提出了以下约束条件：其中是的第i个成分，A
li
(
·
)和c
l
(
·
)都是C1,m≤n，它们是约束条件的一阶形式，每个约束可能是完整的或非完整的，约束条件用矩阵形式表示：其中A＝[A
li
]
m
×
n
,c＝[c
1 c2…
c
m
]
T
；步骤2：设计具有弹性约束的自适应鲁棒控制器：式中：表示约束跟随误差表示约束跟随误差以以表示M的“标称”部分，函数是连续的，P∈R
m
×
m
,P>0，κ>0是一个标量设计参数；式中：是一个标量设计参数，Π(
·
):是一个已知函数；具有弹性约束的自适应鲁棒控制器为：考虑网络物理系统，控制器使系统具有以下性能：(101)一致有界性：对于任意r...

【专利技术属性】
技术研发人员：张猛，吴平志，张明星，何意，
申请(专利权)人：合肥中科深谷科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：