本發(fā)明涉及切換系統(tǒng)控制領(lǐng)域，特別涉及一種dos攻擊下切換系統(tǒng)的彈性記憶事件觸發(fā)控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)切換系統(tǒng)的研究得到了廣泛關(guān)注，如無(wú)人地面車(chē)輛、智能電網(wǎng)、水分配系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)切換系統(tǒng)由傳統(tǒng)的切換系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)組成。網(wǎng)絡(luò)切換系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)特方面是能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通道在傳感器、控制器和執(zhí)行器之間共享采樣信息。但隨著從網(wǎng)絡(luò)傳感器中收集到的信息量的增加，網(wǎng)絡(luò)切換系統(tǒng)需要大量的計(jì)算資源來(lái)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，這就導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)控制器性能不足問(wèn)題。

2、由于云控制器設(shè)置在云端，其開(kāi)放性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通道上存在一些惡意攻擊。在眾多類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)攻擊中，拒絕服務(wù)（dos）攻擊尤其有害，因?yàn)槠浒l(fā)起者無(wú)需對(duì)切換系統(tǒng)有深入了解。dos攻擊會(huì)切斷云控制器與系統(tǒng)的聯(lián)系，導(dǎo)致系統(tǒng)收斂速度慢，系統(tǒng)抖振嚴(yán)重甚至?xí)环€(wěn)定。另外云控制切換系統(tǒng)也面臨著通信資源有限的問(wèn)題。合適的事件觸發(fā)方案可以有效減少數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)。

3、現(xiàn)如今針對(duì)上述問(wèn)題，提出了不同的觸發(fā)技術(shù)。例如有周期性事件觸發(fā)；動(dòng)態(tài)事件觸發(fā)；時(shí)間觸發(fā)；自適應(yīng)觸發(fā)等。但是上述觸發(fā)技術(shù)都是基于當(dāng)前信號(hào)與最新釋放信號(hào)之間的誤差進(jìn)行觸發(fā)判斷。如果誤差較大，新數(shù)據(jù)包更可能會(huì)釋放，反之不會(huì)釋放。這就造成了誤差小但狀態(tài)值大的數(shù)據(jù)釋放不了，無(wú)法縮短系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)程。

4、隨著對(duì)控制性能的要求越來(lái)越高，人們對(duì)如何減少收斂時(shí)間和系統(tǒng)抖振振幅方面進(jìn)行更深入的研究。因此，在保證系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定的前提下，高效的設(shè)計(jì)觸發(fā)機(jī)制與控制器來(lái)提高系統(tǒng)的控制性能是具有挑戰(zhàn)的任務(wù)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種dos攻擊下切換系統(tǒng)的彈性記憶事件觸發(fā)控制系統(tǒng)及方法，以達(dá)到既節(jié)約了大量的網(wǎng)絡(luò)資源又保證了很好的控制性能的目的。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種dos攻擊下切換系統(tǒng)的彈性記憶事件觸發(fā)控制系統(tǒng)，包括切換系統(tǒng)、采樣器、帶緩存器的事件觸發(fā)器、本地控制器、邊緣云和攻擊檢測(cè)器；

4、所述切換系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)與對(duì)應(yīng)的切換指令組成；

5、所述采樣器用于對(duì)切換系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)綆Ь彺嫫鞯氖录|發(fā)器；

6、所述帶緩存器的事件觸發(fā)器用于判斷采樣數(shù)據(jù)能否釋放，緩存器用來(lái)儲(chǔ)存滿(mǎn)足事件觸發(fā)條件的觸發(fā)數(shù)據(jù)；

7、所述本地控制器用于對(duì)切換系統(tǒng)進(jìn)行控制，保證系統(tǒng)沒(méi)有大幅度的抖振振幅；

8、所述邊緣云由帶緩存器的云控制器和切換辨識(shí)器組成；切換辨識(shí)器用于根據(jù)觸發(fā)數(shù)據(jù)識(shí)別切換系統(tǒng)不同模態(tài)之間的切換發(fā)生和系統(tǒng)模態(tài)，從而選擇對(duì)應(yīng)的云控制器，所述云控制器用于對(duì)切換系統(tǒng)進(jìn)行控制，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定；

9、所述攻擊檢測(cè)器用于檢測(cè)是否存在dos攻擊，當(dāng)沒(méi)有檢測(cè)到dos攻擊時(shí)調(diào)度云控制器；當(dāng)檢測(cè)到dos攻擊時(shí)，停止對(duì)事件觸發(fā)條件的檢測(cè)，調(diào)度本地控制器。

10、一種dos攻擊下切換系統(tǒng)的彈性記憶事件觸發(fā)控制方法，采用如上所述的控制系統(tǒng)，包括如下步驟：

11、步驟1，基于彈性記憶事件觸發(fā)機(jī)制下網(wǎng)絡(luò)化閉環(huán)控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸過(guò)程，建立切換系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；

12、步驟2，構(gòu)建dos攻擊模型，基于dos攻擊檢測(cè)方法構(gòu)建彈性記憶事件觸發(fā)機(jī)制和云/本地控制器模型；

13、步驟3，結(jié)合切換系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、彈性記憶事件觸發(fā)機(jī)制和云/本地控制器模型，建立切換系統(tǒng)閉環(huán)控制動(dòng)力學(xué)模型；

14、步驟4，對(duì)切換系統(tǒng)的閉環(huán)控制動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得到切換系統(tǒng)閉環(huán)控制動(dòng)力學(xué)模型的穩(wěn)定性條件；

15、步驟5，利用求解器求解所述切換系統(tǒng)閉環(huán)控制動(dòng)力學(xué)模型的穩(wěn)定性條件，獲得dos攻擊下切換系統(tǒng)的事件觸發(fā)控制參數(shù)。

16、上述方案中，步驟1中，建立的切換系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型如下：

17、；

18、其中，是隨時(shí)間t變化的狀態(tài)向量，是隨時(shí)間t變化的狀態(tài)向量的導(dǎo)數(shù)，是隨時(shí)間t變化的控制輸入；，是切換系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)，是切換指令。

19、上述方案中，步驟2中，建立的dos攻擊模型如下：

20、；

21、其中，為檢測(cè)到的第n次dos攻擊的結(jié)束時(shí)間，，為理想情況下第n次dos攻擊發(fā)生時(shí)刻，為第n次dos攻擊持續(xù)時(shí)間，為攻擊檢測(cè)器最大檢測(cè)時(shí)間，表示檢測(cè)到的dos攻擊區(qū)間，表示檢測(cè)到的dos攻擊休眠區(qū)間，為攻擊檢測(cè)器最小檢測(cè)時(shí)間。

22、上述方案中，步驟2中，dos攻擊檢測(cè)方法如下：

23、首先，記錄和存儲(chǔ)無(wú)dos攻擊時(shí)的數(shù)據(jù)流量平均值q；隨后，在正常操作期間，將觀察到的數(shù)據(jù)流量值與q進(jìn)行比較，比較結(jié)果作為攻擊檢測(cè)器的輸出，它也用于開(kāi)啟或關(guān)閉事件觸發(fā)器，其定義如下：

24、；

25、其中，攻擊檢測(cè)器的輸出，表示dos攻擊發(fā)生；攻擊檢測(cè)器的輸出，表示未發(fā)生dos攻擊。

26、上述方案中，步驟2中，建立的彈性記憶事件觸發(fā)機(jī)制如下：

27、；

28、當(dāng)發(fā)生dos時(shí)，攻擊檢測(cè)器輸出信號(hào)，這時(shí)事件觸發(fā)機(jī)制立即停止工作；一旦檢測(cè)到dos攻擊結(jié)束，事件觸發(fā)器會(huì)在dos攻擊結(jié)束點(diǎn)處強(qiáng)制釋放數(shù)據(jù)；

29、沒(méi)有dos攻擊時(shí)，攻擊檢測(cè)器輸出信號(hào)，如果事件觸發(fā)條件成立，則可以成功釋放最新的采樣數(shù)據(jù)；

30、其中，為采樣誤差，為的轉(zhuǎn)置，為歷史輸出信號(hào)，為緩存器中最多存儲(chǔ)的記憶項(xiàng)個(gè)數(shù)，是釋放數(shù)據(jù)的權(quán)重，滿(mǎn)足歷史信號(hào)的權(quán)重加和值為1，即，為最新采樣時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)向量；為緩存器中存儲(chǔ)個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)向量的平均值，為的轉(zhuǎn)置，為第個(gè)觸發(fā)時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)向量，?為觸發(fā)矩陣，是第個(gè)觸發(fā)時(shí)刻時(shí)的切換指令，f為觸發(fā)參數(shù)，為檢測(cè)到的第n次dos攻擊的結(jié)束時(shí)間。

31、上述方案中，步驟2中，建立的云/本地控制器模型如下：

32、；

33、其中，為控制輸入，不發(fā)生dos攻擊時(shí)，攻擊檢測(cè)器輸出信號(hào)，調(diào)用云控制器，它為歷史輸出信號(hào)r取不同值時(shí)的加和值，為云控制器增益，為第個(gè)觸發(fā)時(shí)刻時(shí)的切換指令，為歷史輸出信號(hào)，為緩存器中最多存儲(chǔ)的記憶項(xiàng)個(gè)數(shù)，是釋放數(shù)據(jù)的權(quán)重，滿(mǎn)足歷史信號(hào)的權(quán)重加和值為1，即，為第個(gè)觸發(fā)時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)向量；當(dāng)緩存器中最多存儲(chǔ)的記憶項(xiàng)個(gè)數(shù)時(shí)，云控制器是一個(gè)無(wú)記憶控制器；

34、當(dāng)發(fā)生dos攻擊時(shí)，攻擊檢測(cè)器輸出信號(hào)，調(diào)用本地控制器，為本地控制器增益，它是p個(gè)子系統(tǒng)的本地控制器增益的加和，為第i個(gè)子系統(tǒng)的本地控制器增益，為隨時(shí)間t變化的系統(tǒng)狀態(tài)向量。

35、上述方案中，步驟3中，所述切換系統(tǒng)閉環(huán)控制動(dòng)力學(xué)模型分為三種狀態(tài)：

36、異步控制狀態(tài)下的切換系統(tǒng)閉環(huán)控制動(dòng)力學(xué)模型：

37、；

38、同步控制狀態(tài)下的切換系統(tǒng)閉環(huán)控制動(dòng)力學(xué)模型：

39、；

40、dos攻擊狀態(tài)下的切換系統(tǒng)閉環(huán)控制動(dòng)力學(xué)模型：

41、；

42、其中，是采樣誤差，是隨時(shí)間t變化的狀態(tài)向量，是隨時(shí)間t變化的狀態(tài)向量的導(dǎo)數(shù)，為歷史輸出信號(hào)，為緩存器中最多存儲(chǔ)的記憶項(xiàng)個(gè)數(shù)，是釋放數(shù)據(jù)的權(quán)重，滿(mǎn)足歷史信號(hào)的權(quán)重加和值為1，即；為異步云控制矩陣，，和為第i個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)，為歷史輸出信號(hào)為r時(shí)第j個(gè)子系統(tǒng)的云控制器增益；為同步云控制矩陣，，為歷史輸出信號(hào)為r時(shí)第i個(gè)子系統(tǒng)的云控制器增益；為本地控制矩陣，，為本地控制器增益，它是p個(gè)子系統(tǒng)的本地控制器增益的加和，為第i個(gè)子系統(tǒng)的本地控制器增益。

43、上述方案中，步驟4中，所述切換系統(tǒng)閉環(huán)控制動(dòng)力學(xué)模型的穩(wěn)定性條件為：

44、；

45、其中，為異步云控制代數(shù)矩陣，，異步云控制系數(shù)，下標(biāo)0代表沒(méi)有dos攻擊時(shí)攻擊檢測(cè)器輸出信號(hào)，為歷史輸出信號(hào)，為緩存器中最多存儲(chǔ)的記憶項(xiàng)個(gè)數(shù)，是釋放數(shù)據(jù)的權(quán)重，滿(mǎn)足歷史信號(hào)的權(quán)重加和值為1，即；為云控制器代數(shù)增益，為矩陣的轉(zhuǎn)置，，為歷史輸出信號(hào)為r時(shí)第j個(gè)子系統(tǒng)的云控制器增益；為沒(méi)有dos攻擊時(shí)第j個(gè)子系統(tǒng)的矩陣pj0的逆矩陣，f為事件觸發(fā)參數(shù)，為事件觸發(fā)代數(shù)矩陣，，為第j個(gè)子系統(tǒng)的事件觸發(fā)矩陣；為第i個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)ai的轉(zhuǎn)置，為第i個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)bi的轉(zhuǎn)置；

46、；

47、其中，為同步云控制代數(shù)矩陣，，同步云控制系數(shù)，下標(biāo)0代表沒(méi)有dos攻擊時(shí)攻擊檢測(cè)器輸出信號(hào)，為歷史輸出信號(hào)，為緩存器中最多存儲(chǔ)的記憶項(xiàng)個(gè)數(shù)，是釋放數(shù)據(jù)的權(quán)重，滿(mǎn)足歷史信號(hào)的權(quán)重加和值為1，即；為云控制器代數(shù)增益，為矩陣的轉(zhuǎn)置，，為歷史輸出信號(hào)為r時(shí)第i個(gè)子系統(tǒng)的云控制器增益；為沒(méi)有dos攻擊時(shí)第i個(gè)子系統(tǒng)的矩陣pi0的逆矩陣，f為事件觸發(fā)參數(shù)，為事件觸發(fā)代數(shù)矩陣，，為第i個(gè)子系統(tǒng)的觸發(fā)矩陣；為第i個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)ai的轉(zhuǎn)置，為第i個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)bi的轉(zhuǎn)置；

48、；

49、其中，為本地控制代數(shù)矩陣，，本地控制系數(shù)，下標(biāo)1代表有dos攻擊時(shí)攻擊檢測(cè)器輸出信號(hào)，為本地控制器代數(shù)增益，它是p個(gè)子系統(tǒng)的本地控制器代數(shù)增益的加和，為第i個(gè)子系統(tǒng)的本地控制器代數(shù)增益，，ki為第i個(gè)子系統(tǒng)的本地控制器增益，為發(fā)生dos攻擊時(shí)第i個(gè)子系統(tǒng)的矩陣pi1的逆矩陣，為第i個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)ai的轉(zhuǎn)置，為第i個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)bi的轉(zhuǎn)置；

50、；

51、；

52、；

53、；

54、；

55、其中，為沒(méi)有dos攻擊時(shí)第j個(gè)子系統(tǒng)的矩陣的逆矩陣，為沒(méi)有dos攻擊時(shí)第i個(gè)子系統(tǒng)的矩陣的逆矩陣，為發(fā)生dos攻擊時(shí)第j個(gè)子系統(tǒng)的矩陣的逆矩陣，為發(fā)生dos攻擊時(shí)第i個(gè)子系統(tǒng)的矩陣的逆矩陣，系統(tǒng)切換點(diǎn)的過(guò)渡參數(shù)，dos攻擊區(qū)間向dos攻擊休眠區(qū)間的過(guò)渡參數(shù)>0，dos攻擊休眠區(qū)間向dos攻擊區(qū)間的過(guò)渡參數(shù)>0，過(guò)渡參數(shù)乘積；同步云控制系數(shù)，異步云控制系數(shù)，本地控制系數(shù)，為最大異步時(shí)間，和為dos攻擊參數(shù)，為切換系統(tǒng)的平均駐留時(shí)間。

56、上述方案中，步驟5中，所述切換系統(tǒng)的事件觸發(fā)控制參數(shù)如下：

57、云控制器增益：；

58、本地控制器增益：；

59、事件觸發(fā)矩陣：；

60、其中，為歷史輸出信號(hào)為r時(shí)第i個(gè)子系統(tǒng)的云控制器代數(shù)增益，為不發(fā)生dos攻擊時(shí)第i個(gè)子系統(tǒng)的矩陣；為p個(gè)子系統(tǒng)的本地控制器增益的加和，為第i個(gè)子系統(tǒng)的本地控制器代數(shù)增益，為發(fā)生dos攻擊時(shí)第i個(gè)子系統(tǒng)的矩陣，為第i個(gè)子系統(tǒng)的事件觸發(fā)代數(shù)矩陣。

61、通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的dos攻擊下切換系統(tǒng)的彈性記憶事件觸發(fā)控制系統(tǒng)及方法具有如下有益效果：

62、1.?邊緣云有低時(shí)延性，可以提供大量的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，通過(guò)將計(jì)算遷移到云中，控制系統(tǒng)可以降低其能源成本。所以本發(fā)明采用一種帶有緩存器的云控制器，與其它網(wǎng)絡(luò)控制器不同的是，云控制器增益不僅與子系統(tǒng)數(shù)目有關(guān)，還和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)有關(guān)；

63、2.?本發(fā)明設(shè)計(jì)了本地控制器和基于攻擊檢測(cè)器輸出信號(hào)云/本地控制器的調(diào)度機(jī)制。該機(jī)制在沒(méi)有dos攻擊時(shí)，調(diào)度云控制器；發(fā)生dos攻擊時(shí)，調(diào)度本地控制器，從而保證了系統(tǒng)更好地控制性能；

64、3.?本發(fā)明采用了彈性記憶事件觸發(fā)方案，可以使誤差小但狀態(tài)值大的系統(tǒng)數(shù)據(jù)被釋放，從而大大縮短瞬態(tài)響應(yīng)。由于彈性記憶事件觸發(fā)方案可以通過(guò)調(diào)整權(quán)重系數(shù)增大觸發(fā)參數(shù)，從而使系統(tǒng)既節(jié)約了大量的網(wǎng)絡(luò)資源有保證了很好的控制性能。