CN113573317A - 网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法及装置 - Google Patents

网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法及装置 Download PDF

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CN113573317A CN202110864872.2A CN202110864872A CN113573317A CN 113573317 A CN113573317 A CN 113573317A CN 202110864872 A CN202110864872 A CN 202110864872A CN 113573317 A CN113573317 A CN 113573317A
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Abstract

本发明实施例涉及互联网技术领域，公开了一种网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法及装置，该方法包括：建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；根据弹性事件触发机制所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器。通过上述方式，本发明实施例能够保证卫星系统安全稳定运行的同时避免传输不必要的信号，减轻了通信网络的传输压力，节省了有限的网络带宽资源。

Description

网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及互联网技术领域，具体涉及一种网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法及装置。
背景技术
近年来，网络奇异系统的安全滤波问题备受关注。网络奇异系统中，利用通信网络对采集的动态信息以及各类滤波信号进行传输，随着网络开放程度的增加，就越容易遭受网络攻击。攻击者主要对网络进行欺骗攻击和拒绝服务攻击，其中，拒绝服务攻击出现的频率最高，其目的是占用通信通道，消耗网络带宽，从而阻断正常通信，甚至导致网络奇异系统不稳定。
网络奇异系统模型，比标准状态空间系统模型更能普遍和自然地描述实际的动力学系统，在航空航天领域得到了广泛应用。可以将网络奇异系统模型应用于实际的卫星系统，但也会面临通信资源短缺的难题。传统的时间触发机制已经不能满足节省通信资源的需求，控制器的设计对于应用场景也具有一定的局限性。为了提高通信资源的利用率，越来越多的学者们开始研究网络控制系统的稳定性问题，而网络奇异系统却很少有学者研究。随着无线网络的日益开放，网络奇异系统更容易受到拒绝服务攻击，可是目前几乎没有与网络奇异系统的安全滤波相关的成果。
卫星系统中，传统的周期采样会产生大量冗余信号，从而增加网络通信的压力，如何设计出既能维持卫星系统稳定性能，也能节省网络通信资源的滤波策略，是目前急需解决的难题。同时，随着卫星系统的规模不断扩大，卫星网络间的互联也在不断加强。网络互联能够提高卫星系统整体运行的经济性，而全阶滤波作为卫星系统安全稳定运行的一种重要滤波手段，从而成为研究的热点。在网络化卫星系统中，多个节点共用同一带宽资源，且易受周期拒绝服务攻击的影响，所以节省有限的网络带宽，避免拥堵，有效抵消攻击者的干扰也很有意义。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供了一种网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法及装置，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法，所述方法包括：建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器。
在一种可选的方式中，所述建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型，包括：确定所述卫星系统的动力学方程；根据所述动力学方程确定所述卫星系统的状态空间；根据所述状态空间建立网络奇异系统在卫星系统中的所述应用模型。
在一种可选的方式中，所述根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型，包括：根据周期拒绝服务攻击行为建立所述周期拒绝服务攻击模型；根据所述周期拒绝服务攻击模型确定滤波器的实际输入；建立所述滤波器模型并引入所述滤波器的实际输入。
在一种可选的方式中，所述根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型，包括：确定所述滤波器模型为：
Figure BDA0003186922080000021
其中，xf(t)表示滤波器状态向量，zf(t)表示估计信号，Af，Bf，Cf为具有预设维数的滤波器增益矩阵，Ef是奇异矩阵，
Figure BDA0003186922080000022
表示滤波器的实际输入；
Figure BDA0003186922080000023
D1，n表示无攻击区间，D2，n表示攻击区间，
Figure BDA0003186922080000024
{tk，nh}(t0，nh＝fn)是弹性事件触发机制产生的触发时间序列，fn＝nT，n∈N为周期数，T为攻击的作用周期，h表示采样周期。
在一种可选的方式中，所述根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型，包括：根据弹性事件触发机制，对事件区间进行分段获取分段函数；根据所述分段函数调整所述滤波器的实际输入；根据所述应用模型、所述滤波器模型以及调整后的所述滤波器的实际输入建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型。
在一种可选的方式中，所述根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器，包括：将所述滤波器增益矩阵应用到所述滤波器模型中，得到周期拒绝服务攻击下的所述全阶滤波器：
Figure BDA0003186922080000031
其中，
Figure BDA0003186922080000032
表示无攻击情况下的滤波器增益矩阵，
Figure BDA0003186922080000033
表示有攻击情况下的滤波器增益矩阵。
在一种可选的方式中，所述根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，包括：确定周期拒绝服务攻击的攻击参数；确定满足弹性触发条件的线性矩阵不等式；根据所述卫星系统模型、所述攻击参数以及所述线性矩阵不等式进行仿真，获取触发矩阵和所述滤波器增益矩阵。
根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计装置，所述装置包括：第一系统模型建立单元，用于建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；滤波器模型建立单元，用于根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；第二系统模型建立单元，用于要弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；全阶滤波器模型建立单元，用于根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法的步骤。
根据本发明实施例的又一方面，提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法的步骤。
本发明实施例通过建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器，能够保证卫星系统安全稳定运行的同时避免传输不必要的信号，减轻了通信网络的传输压力，节省了有限的网络带宽资源。
上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法的流程示意图；
图2示出了本发明实施例提供的网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法的滤波误差系统示意图；
图3示出了本发明实施例提供的网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法的弹性事件触发器示意图；
图4示出了本发明实施例提供的网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计装置的结构示意图；
图5示出了本发明实施例提供的计算设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了本发明实施例提供的网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法的流程示意图。该网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法应用于服务器端，如图1所示，网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法包括：
步骤S11：建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型。
在本发明实施例中，可选地，确定所述卫星系统的动力学方程；根据所述动力学方程确定所述卫星系统的状态空间；根据所述状态空间建立网络奇异系统在卫星系统中的所述应用模型。卫星系统主要由两个通过柔性连杆连接的刚体组成，该连接被建模为具有转矩常数k和粘性阻尼f的弹簧，用θ1(t)和θ2(t)分别表示主体和仪表模块的偏航角，用
Figure BDA0003186922080000054
表示扰动力矩，用J1和J2表示两个物体的转动惯量。因此，卫星系统的动力学方程如下：
Figure BDA0003186922080000051
当输出为仪表模块的偏航角θ2(t)时，上述方程定义卫星系统的状态空间表达式为：
Figure BDA0003186922080000052
为了便于滤波器的设计，定义状态变量
Figure BDA0003186922080000053
然后通过数学计算，可以得到奇异系统在卫星系统中的应用模型：
Figure BDA0003186922080000061
其中，
Figure BDA0003186922080000062
B＝[0 0 0 1]T，x(t)表示状态向量，y(t)表示测量输出，z(t)表示待估计的信号，
Figure BDA0003186922080000066
和v(t)都表示扰动信号。矩阵A，B，C，D，E和L是具有合适维数的常数矩阵，特别地，E是奇异矩阵。
步骤S12：根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型。
在本发明实施例中，如图2所示，拒绝服务攻击下的滤波误差系统框图包括连续时间控制的网络奇异系统、一组用来提供状态信号的传感器、弹性事件触发器、滤波器、攻击信号、无线网络通道和零阶保持器。本发明实施例假设网络中的数据是单包传输的，且在传输过程中不发生数据包丢失，也没有时延。其中，滤波器优选为全阶滤波器。图3中为弹性事件触发器的工作原理图，依据触发算法，判断当前采样信号是否满足触发条件，若满足，则将信号发送给全阶滤波器，否则不执行发送任务，从而节省有限的网络带宽资源。
在步骤S12中，可选地，根据周期拒绝服务攻击行为建立所述周期拒绝服务攻击模型。假设周期拒绝服务攻击表示一组能量有限且基于未知攻击策略的攻击信号，会占用有限的网络通道并阻断通信。建立周期拒绝服务攻击模型的表达式为：
Figure BDA0003186922080000063
其中，
Figure BDA0003186922080000064
表示无攻击区间，此时信号正常传输，
Figure BDA0003186922080000065
表示攻击区间，此时信号被阻断。fn代表第n次无攻击区间的开始位置，信号正常传输；dn代表无攻击区间的长度；fn+dn代表第n次攻击区间的开始位置，信号被阻断；fn+1代表第n次攻击结束，fn＝nT，fn+1＝(n+1)T，n∈N为周期数，T为攻击的作用周期。
进一步根据所述周期拒绝服务攻击模型确定滤波器的实际输入。当无线网络通道未受到拒绝服务攻击时，传感器中的信号y(tk，nh)(测量输出)能够被传输到滤波器，反之若受到拒绝服务攻击，传感器中的信号则无法被传输到滤波器。所以滤波器的实际输入为：
Figure BDA0003186922080000071
其中，
Figure BDA0003186922080000072
{tk，nh}(t0，nh＝fn)是弹性事件触发机制产生的触发时间序列，表示信号传输成功时刻的集合，h表示采样周期，
Figure BDA0003186922080000073
另外有k(n)＝sup{k∈N|tk，nh≤fn+dn}，sup表示最大值，其中包含隐含条件：tk(n)+1，nh＞fn+dn。
最后建立所述滤波器模型并引入所述滤波器的实际输入。确定所述滤波器模型为：
Figure BDA0003186922080000074
其中，xf(t)表示滤波器状态向量，zf(t)表示估计信号，Af，Bf，Cf为具有预设维数的滤波器增益矩阵，Ef是奇异矩阵，
Figure BDA0003186922080000075
表示滤波器的实际输入。
步骤S13：根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型。
在本发明实施例中，在周期拒绝服务攻击的影响下，为了减少有限网络带宽的使用，弹性事件触发器会根据下列触发条件来判断是否将当前信号传递给滤波器：
Figure BDA0003186922080000076
其中，
Figure BDA0003186922080000077
k表示第n个攻击周期中发生的触发次数，η∈(0，1)是待设计的触发参数，U是待设计的正定加权矩阵，为触发矩阵，且
Figure BDA0003186922080000078
表示两个连续触发时刻间的采样时刻，tk h表示最新的事件触发时刻。该触发条件只与当前采样信号以及前一次触发信号有关，当满足触发条件时，弹性事件触发器将当前接收到的采样信号传递给滤波器，并通过滤波器更新一次滤波信号。
在步骤S13中，可选地，根据弹性事件触发机制，对事件区间进行分段获取分段函数；根据所述分段函数调整所述滤波器的实际输入；根据所述应用模型、所述滤波器模型以及调整后的所述滤波器的实际输入建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型。可以划分事件区间
Figure BDA0003186922080000081
其中，k∈T(n)，
Figure BDA0003186922080000082
Figure BDA0003186922080000083
此时，定义两个分段函数：
Figure BDA0003186922080000084
Figure BDA0003186922080000085
根据分段函数调整所述滤波器的实际输入后，可知，y(tk，nh)＝y(t-sk，n(t))+ek，n(t)，t∈Ωk，n∩D1，n。
综上，结合网络奇异系统在卫星系统中的应用模型、滤波器模型和滤波器的实际输入
Figure BDA00031869220800000812
且定义
Figure BDA0003186922080000086
Figure BDA0003186922080000087
以及e(t)＝z(t)-zf(t)，最终得到周期拒绝服务攻击下基于滤波误差网络奇异系统的卫星系统模型为：
Figure BDA0003186922080000088
其中，
Figure BDA0003186922080000089
Figure BDA00031869220800000810
Ψ(t)表示ξ(t)的初始函数且误差矢量ek，n(t)满足下列关系式：
Figure BDA00031869220800000811
步骤S14：根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器。
在本发明实施例中，可选地，确定周期拒绝服务攻击的攻击参数；确定满足弹性触发条件的线性矩阵不等式；根据所述卫星系统模型、所述攻击参数以及所述线性矩阵不等式进行仿真，获取触发矩阵和所述滤波器增益矩阵。给定攻击参数πi∈R≥0，以及αi＞0，0＜η＜1，h＞0，γ＞0，μi＞1。若存在弹性事件触发滤波器，能够使周期拒绝服务攻击下的滤波误差网络奇异系统保持全局指数稳定，则存在正定对称矩阵Pi1＞0，Wi＞0，
Figure BDA0003186922080000091
Qi＞0，Ri＞0，Zi＞0，
Figure BDA0003186922080000092
U＞0和具有合适维数的矩阵
Figure BDA0003186922080000093
Figure BDA0003186922080000094
i∈{1，2}，使得Pi1-Wi＞0，并且满足下列线性矩阵不等式：
Figure BDA0003186922080000095
Figure BDA0003186922080000096
Figure BDA0003186922080000097
Figure BDA0003186922080000098
Qi-μ3-iQ3-i≤0，
Ri-μ3-iR3-i≤0，
Zi-μ3-iZ3-i≤0，其中，
Figure BDA0003186922080000099
Figure BDA0003186922080000101
Figure BDA0003186922080000102
*表示矩阵中与之对应的转置项，然后，根据预先设定好的参数及推导出的线性矩阵不等式，并利用matlab进行仿真，得到待求解的滤波器增益矩阵
Figure BDA0003186922080000103
Figure BDA0003186922080000104
和事件触发矩阵U。
将所述滤波器增益矩阵应用到所述滤波器模型中，得到周期拒绝服务攻击下的所述全阶滤波器：
Figure BDA0003186922080000105
其中，
Figure BDA0003186922080000106
表示无攻击情况下的滤波器增益矩阵，
Figure BDA0003186922080000107
表示有攻击情况下的滤波器增益矩阵。根据前面已得出的滤波器增益矩阵，完成全阶滤波器的设计。本发明实施例针对奇异系统的网络安全问题，将其应用于实际的卫星系统，建立周期拒绝攻击下的卫星系统模型，引入一种弹性事件触发机制，并设计出可以维持系统安全运行的滤波器。当采样信号被拒绝服务攻击拦截时，滤波器切换成攻击区间内的系统模型；采样器将每次来自于卫星系统的信号传递给弹性事件触发器，并依据相应的触发算法，判断接收到的信号是否满足触发条件，若满足，则将当前信号发送给滤波器，否则不执行发送任务，运用弹性滤波可以有效保证系统的安全稳定性，从而在保证卫星系统安全稳定运行的同时也避免传输不必要的信号，减轻了通信网络的传输压力，节省了有限的网络带宽资源，更是抵消了周期拒绝服务攻击对于系统性能的影响。
本发明实施例通过建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器，能够保证卫星系统安全稳定运行的同时避免传输不必要的信号，减轻了通信网络的传输压力，节省了有限的网络带宽资源。
图4示出了本发明实施例的网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计装置的结构示意图。如图4所示，该网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计装置包括：第一系统模型建立单元401、滤波器模型建立单元402、第二系统模型建立单元403以及全阶滤波器模型建立单元404。其中：
第一系统模型建立单元401用于建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；滤波器模型建立单元402用于根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；第二系统模型建立单元403用于根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；全阶滤波器模型建立单元404用于根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器。
在一种可选的方式中，第一系统模型建立单元401用于：确定所述卫星系统的动力学方程；根据所述动力学方程确定所述卫星系统的状态空间；根据所述状态空间建立网络奇异系统在卫星系统中的所述应用模型。
在一种可选的方式中，滤波器模型建立单元402用于：根据周期拒绝服务攻击行为建立所述周期拒绝服务攻击模型；根据所述周期拒绝服务攻击模型确定滤波器的实际输入；建立所述滤波器模型并引入所述滤波器的实际输入。
在一种可选的方式中，滤波器模型建立单元402用于：确定所述滤波器模型为：
Figure BDA0003186922080000121
其中，xf(t)表示滤波器状态向量，zf(t)表示估计信号，Af，Bf，Cf为具有预设维数的滤波器增益矩阵，Ef是奇异矩阵，
Figure BDA0003186922080000122
表示滤波器的实际输入，
Figure BDA0003186922080000123
D1，n表示无攻击区间，D2，n表示攻击区间，
Figure BDA0003186922080000124
是弹性事件触发机制产生的触发时间序列，fn＝nT，n∈N为周期数，T为攻击的作用周期，h表示采样周期。
在一种可选的方式中，第二系统模型建立单元403用于：根据弹性事件触发机制，对事件区间进行分段获取分段函数；根据所述分段函数调整所述滤波器的实际输入；根据所述应用模型、所述滤波器模型以及调整后的所述滤波器的实际输入建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型。
在一种可选的方式中，全阶滤波器模型建立单元404用于：将所述滤波器增益矩阵应用到所述滤波器模型中，得到周期拒绝服务攻击下的所述全阶滤波器：
Figure BDA0003186922080000125
其中，
Figure BDA0003186922080000126
表示无攻击情况下的滤波器增益矩阵，
Figure BDA0003186922080000127
表示有攻击情况下的滤波器增益矩阵。
在一种可选的方式中，全阶滤波器模型建立单元404用于：确定周期拒绝服务攻击的攻击参数；确定满足弹性触发条件的线性矩阵不等式；根据所述卫星系统模型、所述攻击参数以及所述线性矩阵不等式进行仿真，获取触发矩阵和所述滤波器增益矩阵。
本发明实施例通过建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器，能够保证卫星系统安全稳定运行的同时避免传输不必要的信号，减轻了通信网络的传输压力，节省了有限的网络带宽资源。
本发明实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有至少一可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法。
可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；
根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；
根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；
根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
确定所述卫星系统的动力学方程；
根据所述动力学方程确定所述卫星系统的状态空间；
根据所述状态空间建立网络奇异系统在卫星系统中的所述应用模型。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
根据周期拒绝服务攻击行为建立所述周期拒绝服务攻击模型；
根据所述周期拒绝服务攻击模型确定滤波器的实际输入；
建立所述滤波器模型并引入所述滤波器的实际输入。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
确定所述滤波器模型为：
Figure BDA0003186922080000131
其中，xf(t)表示滤波器状态向量，zf(t)表示估计信号，Af，Bf，Cf为具有预设维数的滤波器增益矩阵，Ef是奇异矩阵，
Figure BDA0003186922080000141
表示滤波器的实际输入，
Figure BDA0003186922080000142
D1，n表示无攻击区间，D2，n表示攻击区间，
Figure BDA0003186922080000143
是弹性事件触发机制产生的触发时间序列，fn＝nT，n∈N为周期数，T为攻击的作用周期，h表示采样周期。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
根据弹性事件触发机制，对事件区间进行分段获取分段函数；
根据所述分段函数调整所述滤波器的实际输入；
根据所述应用模型、所述滤波器模型以及调整后的所述滤波器的实际输入建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
将所述滤波器增益矩阵应用到所述滤波器模型中，得到周期拒绝服务攻击下的所述全阶滤波器：
Figure BDA0003186922080000144
其中，
Figure BDA0003186922080000145
表示无攻击情况下的滤波器增益矩阵，
Figure BDA0003186922080000146
表示有攻击情况下的滤波器增益矩阵。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
确定周期拒绝服务攻击的攻击参数；
确定满足弹性触发条件的线性矩阵不等式；
根据所述卫星系统模型、所述攻击参数以及所述线性矩阵不等式进行仿真，获取触发矩阵和所述滤波器增益矩阵。
本发明实施例通过建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器，能够保证卫星系统安全稳定运行的同时避免传输不必要的信号，减轻了通信网络的传输压力，节省了有限的网络带宽资源。
本发明实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行上述任意方法实施例中的网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法。
可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；
根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；
根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；
根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
确定所述卫星系统的动力学方程；
根据所述动力学方程确定所述卫星系统的状态空间；
根据所述状态空间建立网络奇异系统在卫星系统中的所述应用模型。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
根据周期拒绝服务攻击行为建立所述周期拒绝服务攻击模型；
根据所述周期拒绝服务攻击模型确定滤波器的实际输入；
建立所述滤波器模型并引入所述滤波器的实际输入。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
确定所述滤波器模型为：
Figure BDA0003186922080000151
其中，xf(t)表示滤波器状态向量，zf(t)表示估计信号，Af，Bf，Cf为具有预设维数的滤波器增益矩阵，Ef是奇异矩阵，
Figure BDA0003186922080000161
表示滤波器的实际输入，
Figure BDA0003186922080000162
D1，n表示无攻击区间，D2，n表示攻击区间，
Figure BDA0003186922080000163
是弹性事件触发机制产生的触发时间序列，fn＝nT，n∈N为周期数，T为攻击的作用周期，h表示采样周期。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
根据弹性事件触发机制，对事件区间进行分段获取分段函数；
根据所述分段函数调整所述滤波器的实际输入；
根据所述应用模型、所述滤波器模型以及调整后的所述滤波器的实际输入建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
将所述滤波器增益矩阵应用到所述滤波器模型中，得到周期拒绝服务攻击下的所述全阶滤波器：
Figure BDA0003186922080000164
其中，
Figure BDA0003186922080000165
表示无攻击情况下的滤波器增益矩阵，
Figure BDA0003186922080000166
表示有攻击情况下的滤波器增益矩阵。
在一种可选的方式中，所述可执行指令使所述处理器执行以下操作：
确定周期拒绝服务攻击的攻击参数；
确定满足弹性触发条件的线性矩阵不等式；
根据所述卫星系统模型、所述攻击参数以及所述线性矩阵不等式进行仿真，获取触发矩阵和所述滤波器增益矩阵。
本发明实施例通过建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器，能够保证卫星系统安全稳定运行的同时避免传输不必要的信号，减轻了通信网络的传输压力，节省了有限的网络带宽资源。
图5示出了本发明实施例提供的计算设备的结构示意图，本发明具体实施例并不对设备的具体实现做限定。
如图5所示，该计算设备可以包括：处理器(processor)502、通信接口(Communications Interface)504、存储器(memory)506、以及通信总线508。
其中：处理器502、通信接口504、以及存储器506通过通信总线508完成相互间的通信。通信接口504，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器502，用于执行程序510，具体可以执行上述网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法实施例中的相关步骤。
具体地，程序510可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。
处理器502可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或各个集成电路。设备包括的一个或各个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或各个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或各个CPU以及一个或各个ASIC。
存储器506，用于存放程序510。存储器506可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
程序510具体可以用于使得处理器502执行以下操作：
建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；
根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；
根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；
根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器。
在一种可选的方式中，所述程序510使所述处理器执行以下操作：
确定所述卫星系统的动力学方程；
根据所述动力学方程确定所述卫星系统的状态空间；
根据所述状态空间建立网络奇异系统在卫星系统中的所述应用模型。
在一种可选的方式中，所述程序510使所述处理器执行以下操作：
根据周期拒绝服务攻击行为建立所述周期拒绝服务攻击模型；
根据所述周期拒绝服务攻击模型确定滤波器的实际输入；
建立所述滤波器模型并引入所述滤波器的实际输入。
在一种可选的方式中，所述程序510使所述处理器执行以下操作：
确定所述滤波器模型为：
Figure BDA0003186922080000181
其中，xf(t)表示滤波器状态向量，zf(t)表示估计信号，Af，Bf，Cf为具有预设维数的滤波器增益矩阵，Ef是奇异矩阵，
Figure BDA0003186922080000182
表示滤波器的实际输入，
Figure BDA0003186922080000183
D1，n表示无攻击区间，D2，n表示攻击区间，
Figure BDA0003186922080000184
是弹性事件触发机制产生的触发时间序列，fn＝nT，n∈N为周期数，T为攻击的作用周期，h表示采样周期。
在一种可选的方式中，所述程序510使所述处理器执行以下操作：
根据弹性事件触发机制，对事件区间进行分段获取分段函数；
根据所述分段函数调整所述滤波器的实际输入；
根据所述应用模型、所述滤波器模型以及调整后的所述滤波器的实际输入建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型。
在一种可选的方式中，所述程序510使所述处理器执行以下操作：
将所述滤波器增益矩阵应用到所述滤波器模型中，得到周期拒绝服务攻击下的所述全阶滤波器：
Figure BDA0003186922080000185
其中，
Figure BDA0003186922080000191
表示无攻击情况下的滤波器增益矩阵，
Figure BDA0003186922080000192
表示有攻击情况下的滤波器增益矩阵。
在一种可选的方式中，所述程序510使所述处理器执行以下操作：
确定周期拒绝服务攻击的攻击参数；
确定满足弹性触发条件的线性矩阵不等式；
根据所述卫星系统模型、所述攻击参数以及所述线性矩阵不等式进行仿真，获取触发矩阵和所述滤波器增益矩阵。
本发明实施例通过建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器，能够保证卫星系统安全稳定运行的同时避免传输不必要的信号，减轻了通信网络的传输压力，节省了有限的网络带宽资源。
在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。

Claims (10)

1.一种网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法，其特征在于，所述方法包括：
建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；
根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；
根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；
根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型，包括：
确定所述卫星系统的动力学方程；
根据所述动力学方程确定所述卫星系统的状态空间；
根据所述状态空间建立网络奇异系统在卫星系统中的所述应用模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型，包括：
根据周期拒绝服务攻击行为建立所述周期拒绝服务攻击模型；
根据所述周期拒绝服务攻击模型确定滤波器的实际输入；
建立所述滤波器模型并引入所述滤波器的实际输入。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型，包括：
确定所述滤波器模型为：
Figure FDA0003186922070000011
其中，xf(t)表示滤波器状态向量，zf(t)表示估计信号，Af，Bf，Cf为具有预设维数的滤波器增益矩阵，Ef是奇异矩阵，
Figure FDA0003186922070000012
表示滤波器的实际输入；
Figure FDA0003186922070000013
D1，n表示无攻击区间，D2，n表示攻击区间，
Figure FDA0003186922070000021
是弹性事件触发机制产生的触发时间序列，fn＝nT，n∈N为周期数，T为攻击的作用周期，h表示采样周期。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型，包括：
根据弹性事件触发机制，对事件区间进行分段获取分段函数；
根据所述分段函数调整所述滤波器的实际输入；
根据所述应用模型、所述滤波器模型以及调整后的所述滤波器的实际输入建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器，包括：
将所述滤波器增益矩阵应用到所述滤波器模型中，得到周期拒绝服务攻击下的所述全阶滤波器：
Figure FDA0003186922070000022
其中，
Figure FDA0003186922070000023
表示无攻击情况下的滤波器增益矩阵，
Figure FDA0003186922070000024
表示有攻击情况下的滤波器增益矩阵。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，包括：
确定周期拒绝服务攻击的攻击参数；
确定满足弹性触发条件的线性矩阵不等式；
根据所述卫星系统模型、所述攻击参数以及所述线性矩阵不等式进行仿真，获取触发矩阵和所述滤波器增益矩阵。
8.一种网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计装置，其特征在于，所述装置包括：
第一系统模型建立单元，用于建立网络奇异系统在卫星系统中的应用模型；
滤波器模型建立单元，用于根据周期拒绝服务攻击模型，建立滤波器模型；
第二系统模型建立单元，用于根据弹性事件触发机制、所述应用模型以及所述滤波器模型建立周期拒绝服务攻击下基于网络奇异系统的卫星系统模型；
全阶滤波器模型建立单元，用于根据所述卫星系统模型应用线性矩阵不等式技术获取滤波器增益矩阵，并根据所述滤波器增益矩阵设计周期拒绝服务攻击下的全阶滤波器。
9.一种计算设备，其特征在于，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行根据权利要求1-7任一项所述网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法的步骤。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行根据权利要求1-7任一项所述网络奇异系统在卫星系统中的滤波器设计方法的步骤。
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