CN115981268A - 一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于信息物理系统的安全控制领域,具体涉及一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,包括:构建拒绝服务攻击模型和不确定非线性信息物理系统模型;根据模型引入坐标变换并利用反步法设计虚拟控制器;利用坐标变换中的变量设置事件触发机制;根据事件触发机制和虚拟控制器设计自适应控制器和参数自适应律;采用基于事件触发机制的自适应控制算法对拒绝服务攻击在系统中造成阻止信号传输的影响进行处理,克服了攻击下来自传感器的采样状态不连续而导致虚拟控制器不可导困难,解决了现有结果针对攻击下线性系统或是相对简单的非线性系统提出的安全控制方法无法应用于不确定非线性系统问题。
Description
技术领域
本发明属于信息物理系统的安全控制领域,具体涉及一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法。
背景技术
信息物理系统是集成计算、通信与控制于一体的新一代智能系统。然而,由于使用更加开放共享的通信网络,CPS易遭受外界恶意网络攻击的入侵。作为一种典型的网络攻击,拒绝服务攻击通过占用通信资源,以阻止测量或控制信号传输,导致系统物理空间性能下降、服务中断,甚至是系统故障。
目前对拒绝服务攻击下CPS的安全控制方法已经取得较为丰富的成果,比如专利CN109491249A针对具有领导者的多智能体系统存在拒绝服务攻击的情况,提出确定一致性事件触发控制器的方法。专利CN111045334A利用估计的系统状态,设计主动防御的弹性滑模控制器,以及专利CN113014605A提出的量化控制方法用于抵御拒绝服务攻击对系统造成的破坏。但是上述方法针对的对象为线性系统,所提控制方法难以应用到高阶非线性系统(尤其是严格反馈不确定非线性系统)。而自适应控制作为处理非线性系统的有效方法之一,它所依据关于模型的先验知识比较少,已经变成一种非常流行的控制方法,能大大降低复杂系统分析和控制难度。因此利用自适应算法对非线性系统设计有效控制策略来减轻或抵消恶意DoS攻击的影响,防止严重性能退化和损失具有十分重要的意义。
然而具有参数不确定性的严格反馈非线性系统在DoS攻击下的自适应控制存在以下问题:首先,作为处理严格反馈非线性系统的常用手段,反步法技术的核心就是要在每一步中设计可导虚拟控制器,然而DoS攻击会阻碍传感器到控制器通道的信息传递,导致控制器接收到的采样状态不连续,这样设计出的虚拟控制器会不可导;其次,在DoS攻击下闭环稳定性分析与参数估计是耦合的。
发明内容
为解决以上现有技术存在的问题,本发明提出了一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,该方法包括:构建拒绝服务攻击模型和不确定非线性信息物理系统模型;根据模型引入坐标变换并利用反步法设计虚拟控制器;利用坐标变换中的变量设置事件触发机制;根据事件触发机制和虚拟控制器设计自适应控制器和参数自适应律;采用设计的控制器和参数自适应律验证不确定非线性系统在拒绝服务攻击下的稳定性以及镇定误差趋于任意小。
优选的,构建拒绝服务攻击模型和不确定非线性信息物理系统模型的过程包括:
构建拒绝服务攻击模型包括:设置DoS攻击由关到开的时间序列χ0≥0,该时间序列表示从通讯正常到通讯中断的时间常数;设置第p次DoS攻击的时间间隔Hp:=χp∪[χp,χp+τp],其中τp∈R+表示第p次DoS攻击的持续时间,[χp+τp,χp+1]为第p次DoS攻击后停止攻击的时间间隔;获取时间域[τ,t]内正常通讯时间间隔集合Θ(τ,t)和通讯被打断的时间间隔集合Ξ(τ,t),根据正常通讯时间间隔集合和通讯被打断的时间间隔集合得到在时间间隔[τ,t]发生DoS开/关转换的数量;
不确定非线性信息物理系统模型的表达式为:
其中,为系统状态,为输入信号,为未知参数系统状态,为光滑非线性函数。
优选的,根据模型引入坐标变换并利用反步法设计虚拟控制器的过程包括:
步骤1、获取不确定非线性信息物理系统模型的连续状态信息,采用连续的状态信息替代被拒绝服务攻击模型攻击破坏的信息,得到坐标变化;
z1=x1
zi=xi-αi-1,i=2,...n
步骤2、设置李亚普诺函数,根据坐标变化和李亚普诺函数设计虚拟控制器。
进一步的,根据坐标变化和李亚普诺函数设计虚拟控制器的过程包括:
步骤21、根据坐标变化设置第1个Lyapunov候选函数并对V1求导,根据求导后的Lyapunov候选函数设计第1个虚拟控制器α1=-γz1;将第1个虚拟控制器的表达式代入Lyapunov候选函数的倒导数中,得到 的表达式为:
步骤22、设计第i个虚拟控制器,其中2≤i≤n-1;
步骤23、重复步骤22,直到所有的虚拟器设计完成。
进一步的,设计第i个虚拟控制器的过程包括:
步骤221、对第i个虚拟控制误差求导,其求导的表达式为:
步骤222、根据第i个虚拟控制误差的导数设计第i个虚拟控制器;其表达式为:
步骤223、选择第i个Lyapunov候选函数为计算候选函数对时间的倒数,将虚拟控制器αi代入该导数,其表达式为
优选的,利用坐标变换中的变量设置事件触发机制包括:
利用坐标变换中的变量定义事件触发误差ej,其计算公式为:
其中,表示在自适应事件触发控制中状态信息更新的离散时间,zk(tj)表示在变量zk在tj时刻的值;
根据事件触发误差设计事件触发机制为:
tj+1=inf{t>tj:ej≥σ||z1}
|||z||1=|z1(t)|+…+|zn(t)|
其中,inf表示最大下确界,σ为小于1的正常数。
优选的,设计自适应控制器和参数自适应律的过程包括不存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律以及存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律设计过程。
进一步的,不存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律设置过程包括:
步骤1:设置李雅普诺夫函数,并对李雅普诺夫函数求导;
步骤2:根据求导的李雅普诺夫函数获得无攻击下的误差变量;
步骤3:根据误差变量设计无攻击下的自适应控制器和参数自适应律。
进一步的,存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律过程包括:
步骤1:设置李雅普诺夫函数,并对李雅普诺夫函数求导;
步骤2:根据求导的李雅普诺夫函数获得攻击下的误差变量;
步骤3:设置转换信号和对拒绝服攻击频率和持续时间的能量限制,根据攻击下的误差变量,设计拒绝服务攻击下的自适应控制器和参数自适应律。
本发明的有益效果
采用基于事件触发机制的自适应控制算法对拒绝服务攻击在系统中造成阻止信号传输的影响进行处理,克服了攻击下来自传感器的采样状态不连续而导致虚拟控制器不可导困难,解决了现有结果针对攻击下线性系统或是相对简单的非线性系统提出的安全控制方法无法应用于不确定非线性系统问题,从而使得不确定非线性系统在恶意攻击下仍能保证镇定误差趋于任意小。
附图说明
图1为本发明的拒绝服务攻击的时间序列示意图;
图2为本发明的拒绝服务攻击下基于事件触发的系统框架结构图;
图3为本发明的DoS攻击和事件触发时刻图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,该方法包括:构建拒绝服务攻击模型和不确定非线性信息物理系统模型;根据模型引入坐标变换并利用反步法设计虚拟控制器;利用坐标变换中的变量设置事件触发机制;根据事件触发机制和虚拟控制器设计自适应控制器和参数自适应律;采用设计的控制器和参数自适应律验证不确定非线性系统在拒绝服务攻击下的稳定性以及镇定误差趋于任意小。
一种不确定非线性系统下的自适应事件触发控制器的设计方法的具体实施方式,步骤如下:
步骤1,建立拒绝服务攻击模型和不确定非线性信息物理系统模型。
拒绝服务攻击的目的是间歇性地阻塞系统通信通道。当传感器到控制器以及控制器到执行器的通道都被DoS同时阻塞,导致传感器和执行器只能接收到被DoS破坏后的最近时刻信息。如图1所示,设χ0≥0表示DoS攻击由关到开的时间序列,即表示从通讯正常到通讯中断的时间常数。设置Hp:=χp∪[χp,χp+τp]表示第p次DoS攻击的时间间隔,其中τp∈R+表示第p次DoS攻击的持续时间,[χp+τp,χp+1]为第p次DoS攻击后停止攻击的时间间隔,是连续两次攻击的恢复时间间隔,βp=χp+1-(χp+τp)为停止攻击的持续时间。
考虑某个时间点τ,且t≥τ,定义:
Θ(τ,t):=[τ,t]\Ξ(τ,t)
其中Θ(τ,t)和Ξ(τ,t)分别表示在[τ,t]时间域内正常通讯和通讯被打断的时间间隔的集合。假设存在常数η∈R+和τD∈R+使得:
其中n(τ,t)表示在时间间隔[τ,t]发生DoS开/关转换的数量。对t≥τ,存在常数和T≥1满足:
不确定非线性信息物理系统模型的表达式为:
其中,为系统状态,为输入信号,为用于描述系统的未知参数。表示已知的光滑非线性函数。存在一个已知参数使得未知参数θ满足假设φ(x)是一类C1函数,它具有以下Lipschitz性质:
其中是一个已知的参数。
步骤2,根据模型引入坐标变换并利用反步法设计虚拟控制器。具体的,为了通过反步法设计控制器来抵消攻击带来的扰动,首先需要解决攻击阻碍传感器到控制器通道信息传递导致的虚拟控制器不可导问题。用连续的状态替代被攻击破坏的信息来设计虚拟控制器,为自适应控制器的设计奠定基础。
首先引入下面的坐标变化:
z1=x1
zi=xi-αi-1,i=2,...n
其中αi-1(i=2,...n)为虚拟控制器。
对坐标变化和设置的李亚普诺函数求导并设计虚拟控制器。具体的,包括以下步骤:
第一步,对变量z1求导可得:
根据坐标变化选择第一步中的Lyapunov候选函数为并对V1求导,根据求导后的Lyapunov候选函数设计第1个虚拟控制器,其表达式为:
α1=-γz1
其中γ>1为设计的正常数。将虚拟控制器α1=-γz1代入对z1的导数中,有:
将上式中的结果代入V1的导数中可得:
其中,z1表示第1个虚拟控制误差,xi表示系统状态,zi表示第i个虚拟控制误差,αi-1表示需要设计的n-1个虚拟控制器,n表示系统阶数。
第i(2≤i≤n-1)步:首先对第i个虚拟控制误差求导,其求导的表达式为:
其中,zi-1表示第i-1个虚拟控制误差,zi表示第i个虚拟控制误差,表示虚拟控制器αi-1对状态xk的偏导,xk+1表示系统状态。
根据第i个虚拟控制误差的导数设计第i个虚拟控制器,其表达式为:
在这一步中选择的Lyapunov候选函数为其对时间的导数,将虚拟控制器αi代入该导数为:
第n步:调用不确定非线性系统的关系式,对虚拟控制器误差zn求导可得:
其中,u表示输入信号,θ表示未知参数,φ(.)表示已知的光滑非线性函数。
根据虚拟控制器误差zn求导公式定义变量:
其中是对θ的估计,并且估计误差
根据估计误差选择最后一步中的Lyapunov函数为:
其中δ为正的设计参数。
对最后一步中的Lyapunov函数Vn求导可得:
∈=znφ(x)
其中,表示对求导。
同时,根据上述表达式可知xi,i=1,...,n和均是关于zi的线性组合,即:
xi=ci,1z1+…+ci,izi
其中ci,i和bn,i是依赖于控制参数γ的可计算的常数。
步骤3,利用坐标变换中的变量设置事件触发机制。具体的,该机制用于决定是否将当前采样数据通过通信网络传输,以节省资源和更好地使用计算能力。
如图2所示,在自适应事件触发控制中,状态信息仅在离散时间更新,记为其中t0=0为最初的采样时刻。在为状态设计触发条件之前,首先定义一个事件触发误差ej作为在没有DoS的情况下,当前系统状态与最近一个采样周期的状态之间的差值。
其中,∈表示属于,表示在自适应事件触发控制中状态信息更新的离散时间,N0表示0和正整数集合,t0=0为最初的采样时刻。zk(tj)表示在变量zk在tj时刻的值。
事件触发机制设置为:
tj+1=inf{t>tj:ej≥σ||z||1}
||z||1=|z1(t)|+…+|zn(t)|
其中,σ<1是需要设计的是正常数,inf表示最大下确界。
步骤4,根据事件触发机制和虚拟控制器设计自适应控制器和参数自适应律。其中,包括不存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律设置过程和存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律过程。
不存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律设置过程包括:
步骤一:设置合理的李雅普诺夫函数并对李雅普诺夫函数求导;
在反步法中最后一步中,选择合适的Lyapunov函数为:
其中δ为正的设计参数。
调用不确定非线性系统的关系式,对虚拟控制器误差zn求导可得:
定义变量:
其中是对θ的估计,并且估计误差
那么将上述关系式带入对Vn求导可得:
其中∈=znφ(x)。
步骤二:根据求导的李雅普诺夫函数获得无攻击下的误差变量;具体过程包括:根据当前系统状态与最近一个采样周期的状态之间的差值ej和事件触发机制||z||1,可以得到:
其中,表示变量在tj时刻的值,bm表示max{|bn,1|,...,|bn,n|},φ(x)表示光滑非线性函数,表示在tj时刻的值,和均表示参数,cm表示其中
根据∈的定义可以得到以下误差变量的结果:
其中,∈表示∈=znφ(x),∈(tj)表示∈在tj时刻的值。
步骤三:由误差变量设计无攻击下的自适应控制器和参数自适应律。
根据步骤二中的误差变量,设计的无攻击下自适应控制器和参数自适应律如下所示:
其中,u表示控制输入,表示变量在tj时刻的值,表示的导数,δ-1表示参数δ的倒数,Proj表示标准投影算子。
在本实施例中,存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律的设计过程包括:
步骤一:设置李雅普诺夫函数并对李雅普诺夫函数求导;
在反步法中最后一步中,选择合适的Lyapunov函数为:
其中δ为正的设计参数。
调用不确定非线性系统的关系式,对虚拟控制器误差zn求导可得:
定义变量:
其中是对θ的估计,并且估计误差那么将上述关系式带入对Vn求导可得:
步骤二:根据攻击模型重新分配时间间隔,在该时间间隔下基于求导的李雅普诺夫函数获得攻击时的误差变量;
如图3所示,根据拒绝服务攻击模型重新分配时间间隔。
具体过程包括一个给定的时间间隔[τ,t]可以按是否满足ej<σ||z||1划分为和两个部分划分,其中
Zm:={υm}∪[υm,υm+κm]
其中为非负正实数的时间序列,{κm}m∈N为正实数的时间序列,当不满足ej<σ||z||1为反之满足该不等式即存在于在该时间间隔下,首先是事件触发条件的误差变量为:
根据和||z||1的定义,利用事件触发条件的不等式可以得到以下误差变量:
同理,根据∈和||z||1的定义,利用事件触发条件的不等式同样可以得到:
其中,表示与相关的误差变量,表示与∈相关的误差变量。
步骤三:设置转换信号和对拒绝服攻击频率和持续时间的能量限制,根据攻击下的误差变量,设计拒绝服务攻击下的自适应控制器和参数自适应律。
设置转换信号j(t),其表达式为
其中,表示空集,sup表示最小上确界,j表示属于0和正整数中的元素,N0表示0和正整数集合,tj表示在自适应事件触发控制中状态信息更新的离散时间,Θ(0,t)表示正常通讯时间间隔集合;
设置DoS攻击频率和持续时间的限制如下:在满足假设条件中η,κ,τD以及T使得以下不等式成立:
再根据求得的攻击下误差变量,当存在DoS攻击时,应用于被攻击对象的控制输入和参数自适应律设计为:
步骤5:通过设计的控制器和参数自适应律以验证不确定非线性系统在拒绝服务攻击下的稳定性以及镇定误差趋于任意小。
步骤51:根据设计的无攻击下控制器和参数自适应律获得李雅普诺夫函数不等式。
那么调用无攻击下的控制器和参数自适应律到中,可以得到:
其中ι1、和Ψ1均为中间参数,其计算公式如下所示:
其中,γ的取值范围为γ>max{ι1,1}。注意以下不等式都被调用:|zn|≤||z||1,且
接下来对不等式两边同时微分,有:
步骤52:根据分配的时间间隔获取攻击下李雅普诺夫函数不等式。
在分配的时间间隔下,将设计的攻击下控制器和自适应律代入李雅普诺夫函数的导数有:
其中,γ、ι2、σ、n以及Ψ2均表示中间参数。其中,γ、ι2以及的表达式分别为:
γ>max{ι1,ι2,1}
Ψ2为大于0的任意常数。于是对的不等式进行解微分,有:
步骤53:利用分配的时间间隔,基于无DoS攻击时李雅普诺夫函数不等式和存在DoS攻击时所获得李雅普诺夫函数不等式得到更新的李雅普诺夫函数不等式,从而验证不确定非线性系统在拒绝服务攻击下的稳定性以及镇定误差趋于任意小。
在不存在DoS攻击影响的时间间隔有如下不等式成立:
其中,表示中间参数。
再考虑存在DoS攻击的时间域t∈[υm,υm+κm),有:
在DoS攻击的频率和持续时间在满足能力限制下,存在以下不等式成立:
其中以及均表示中间参数。
同时根据攻击下的时间间隔获得以下关系式:
那么所获得的更新后李雅普诺夫函数不等式为:
基于可以进一步得到:
根据不等式可知,|x1|会收敛到一个可调紧凑集合Ez1内,其表达式为:
其中,ι为任意小正常数。由紧集可知|x1|可以通过调节参数和为任意小,且根据前面分析的结果可知参数和的界限可以由参数γ和δ决定。因此可以得出结论:在DoS攻击下闭环系统是稳定的,所有信号都是有界的且系统镇定误差x1将收敛到零的任意小邻域内。
以上所举实施例,对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明,所应理解的是,以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,其特征在于,包括:构建拒绝服务攻击模型和不确定非线性信息物理系统模型;根据模型引入坐标变换并利用反步法设计虚拟控制器;利用坐标变换中的变量设置事件触发机制;根据事件触发机制和虚拟控制器设计自适应控制器和参数自适应律;采用设计的控制器和参数自适应律验证不确定非线性系统在拒绝服务攻击下的稳定性以及镇定误差趋于任意小。
2.根据权利要求1所述的一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,其特征在于,构建拒绝服务攻击模型和不确定非线性信息物理系统模型的过程包括:
构建拒绝服务攻击模型包括:设置DoS攻击由关到开的时间序列该时间序列表示从通讯正常到通讯中断的时间常数;设置第p次DoS攻击的时间间隔Hp:=χp∪[χp,χp+τp],其中τp∈R+表示第p次DoS攻击的持续时间,[χp+τp,χp+1]为第p次DoS攻击后停止攻击的时间间隔;获取时间域[τ,t]内正常通讯时间间隔集合Θ(τ,t)和通讯被打断的时间间隔集合Ξ(τ,t),根据正常通讯时间间隔集合和通讯被打断的时间间隔集合得到在时间间隔[τ,t]发生DoS开/关转换的数量;
不确定非线性信息物理系统模型的表达式为:
其中,为系统状态,为输入信号,为未知参数系统状态,n表示系统阶数,表示全体实数集合,表示n维实欧氏空间,为光滑非线性函数。
3.根据权利要求1所述的一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,其特征在于,根据模型引入坐标变换并利用反步法设计虚拟控制器的过程包括:
步骤1、获取不确定非线性信息物理系统模型的连续状态信息,采用连续的状态信息替代被拒绝服务攻击模型攻击破坏的信息,得到坐标变化;
z1=x1
zi=xi-αi-1,i=2,...n
其中,z1表示第1个虚拟控制误差,xi表示系统状态,zi表示第i个虚拟控制误差,αi-1表示需要设计的第n-1个虚拟控制器,n表示系统阶数;
步骤2、设置李亚普诺函数,根据坐标变化和李亚普诺函数设计虚拟控制器。
4.根据权利要求3所述的一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,其特征在于,根据坐标变化和李亚普诺函数设计虚拟控制器的过程包括:
步骤21、根据坐标变化设置第1个Lyapunov候选函数并对V1求导,根据求导后的Lyapunov候选函数设计第1个虚拟控制器为α1=-γz1;将第1个虚拟控制器的表达式代入Lyapunov候选函数的导数中,得到 的表达式为:
其中,γ为大于1的常数,z1表示第1个虚拟控制误差,z2表示第2个虚拟控制误差,表示对第1个Lyapunov候选函数求导;
步骤22、设计第i个虚拟控制器,其中2≤i≤n-1;
步骤23、重复步骤22,直到所有的虚拟器设计完成。
5.根据权利要求4所述的一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,其特征在于,设计第i个虚拟控制器的过程包括:
步骤221、对第i个虚拟控制误差求导,其求导的表达式为:
其中,zi-1表示第i-1个虚拟控制误差,zi表示第i个虚拟控制误差,表示虚拟控制器αi-1对状态xk的偏导,xk+1表示系统状态;
步骤222、根据第i个虚拟控制误差的导数设计第i个虚拟控制器;其表达式为:
步骤223、选择第i个Lyapunov候选函数为计算候选函数对时间的导数,将虚拟控制器αi代入该导数,其表达式为
其中,表示对Vi的求导。
6.根据权利要求1所述的一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,其特征在于,利用坐标变换中的变量设置事件触发机制包括:
利用坐标变换中的变量定义事件触发误差ej,其计算公式为:
其中,tj表示在自适应事件触发控制中状态信息更新的离散时间,zk(tj)表示在变量zk在tj时刻的值;
根据事件触发误差设计事件触发机制为:
tj+1=inf{t>tj:ej≥σ||z||1}
||z||1=|z1(t)|+…+|zn(t)|
其中,inf表示最大下确界,σ为小于1的正常数。
7.根据权利要求1所述的一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,其特征在于,设计自适应控制器和参数自适应律的过程包括不存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律设计过程和存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律设计过程。
8.根据权利要求7所述的一种不确定非线性系统下的自适应事件触发控制器的设计方法,其特征在于,不存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律设置过程包括:
步骤1:设置李雅普诺夫函数,并对李雅普诺夫函数求导;
步骤2:根据求导的李雅普诺夫函数获得无攻击下的误差变量;
步骤3:根据误差变量设计无攻击下的自适应控制器和参数自适应律。
9.根据权利要求5所述的一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,其特征在于,存在DoS攻击时的自适应控制器和参数自适应律过程包括:
步骤1:设置李雅普诺夫函数,并对李雅普诺夫函数求导;
步骤2:根据攻击模型重新分配时间间隔,在该时间间隔下基于求导的李雅普诺夫函数获得攻击时的误差变量;
步骤3:设置转换信号和对拒绝服攻击频率和持续时间的能量限制,根据攻击下的误差变量,设计拒绝服务攻击下的自适应控制器和参数自适应律。
10.根据权利要求1所述的一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法,其特征在于,采用设计的控制器和参数自适应律验证不确定非线性系统在拒绝服务攻击下的稳定性以及镇定误差趋于任意小包括:
步骤1:根据设计的无攻击下控制器和参数自适应律获得李雅普诺夫函数不等式;
步骤2:根据分配的时间间隔获取攻击下李雅普诺夫函数不等式;
步骤3:基于DoS攻击时和无攻击时获取的李雅普诺夫函数不等式进一步更新李雅普诺夫函数不等式,从而验证不确定非线性系统在拒绝服务攻击下的稳定性以及镇定误差趋于任意小。
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8307430B1 (en) * | 2007-01-30 | 2012-11-06 | Riorey, Inc. | Method and system for UDP flood attack detection |
CN107168069A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-09-15 | 重庆大学 | 一种受扰动和未知方向非线性系统的零误差跟踪控制方法 |
CN111562794A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-08-21 | 中南大学 | 执行器故障和输入量化的航天器姿态控制方法 |
CN112995154A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 南京理工大学 | 一种受非周期性DoS攻击的复杂网络同步控制方法 |
CN113467332A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-01 | 南京市初仁智能科技有限公司 | 拒绝服务攻击下信息物理系统的事件触发控制器设计方法 |
CN114063457A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-02-18 | 南京师范大学 | 一种机械臂系统的事件触发容错控制方法 |
CN114415633A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-29 | 云境商务智能研究院南京有限公司 | 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 |
CN114721271A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-08 | 辽宁工业大学 | 一种基于汽车巡航系统的模糊自适应固定时间事件触发控制方法 |
CN115022031A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-09-06 | 重庆邮电大学 | 解决fdi攻击对多智能体系统影响的安全一致性控制方法 |
CN115314251A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-11-08 | 北京科技大学 | 随机跳变信息物理系统的弹性事件触发控制方法及装置 |
-
2022
- 2022-11-29 CN CN202211506357.8A patent/CN115981268B/zh active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8307430B1 (en) * | 2007-01-30 | 2012-11-06 | Riorey, Inc. | Method and system for UDP flood attack detection |
CN107168069A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-09-15 | 重庆大学 | 一种受扰动和未知方向非线性系统的零误差跟踪控制方法 |
CN111562794A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-08-21 | 中南大学 | 执行器故障和输入量化的航天器姿态控制方法 |
CN112995154A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 南京理工大学 | 一种受非周期性DoS攻击的复杂网络同步控制方法 |
CN113467332A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-01 | 南京市初仁智能科技有限公司 | 拒绝服务攻击下信息物理系统的事件触发控制器设计方法 |
CN114063457A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-02-18 | 南京师范大学 | 一种机械臂系统的事件触发容错控制方法 |
CN114415633A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-29 | 云境商务智能研究院南京有限公司 | 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 |
CN114721271A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-08 | 辽宁工业大学 | 一种基于汽车巡航系统的模糊自适应固定时间事件触发控制方法 |
CN115022031A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-09-06 | 重庆邮电大学 | 解决fdi攻击对多智能体系统影响的安全一致性控制方法 |
CN115314251A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-11-08 | 北京科技大学 | 随机跳变信息物理系统的弹性事件触发控制方法及装置 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
姜晓燕: "DoS攻击下带有故障的网络化系统的跟踪控制", 中国优秀硕士学位论文全文数据库, no. 09, pages 140 - 65 * |
曹然等: "拒绝服务攻击下的Euler-Lagrange系统的安全控制", 空间控制技术与应用, vol. 44, no. 05, pages 76 - 80 * |
陈勇等: "执行器被攻击下不确定信息物理融合系统的超螺旋控制", 西华大学学报(自然科学版), vol. 39, no. 04, pages 1 - 8 * |
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