一种遭受双端DoS攻击下脉冲切换系统控制方法及系统

本发明属于网络化控制与信息物理系统安全控制，具体涉及一种在传感器至控制器通道和控制器至执行器通道于同一拒绝服务（denial-of-service，dos）攻击激活区间内同时被阻断时，对非线性脉冲切换系统进行因果非周期采样、事件触发状态更新、恢复强制触发、执行器侧本地安全切换和脉冲校正的控制方法及系统。

背景技术：

1、非线性脉冲切换系统同时具有连续状态演化、运行模态切换和离散脉冲跳变等特征，可用于描述航天器姿态调整、电力电子变换、多模态电路和机器人多工况运行等混杂动态过程。在网络化控制架构中，传感器通过传感器至控制器通道上传系统状态和运行模态，控制器通过控制器至执行器通道下发控制指令。该架构能够降低布线复杂度并支持远程控制，但其闭环运行依赖通信网络的可用性，因而容易受到拒绝服务攻击影响。

2、现有事件触发控制通常采用连续监测或周期采样方式。连续监测需要持续计算触发条件，增加传感器侧计算负担；固定周期采样虽然降低了连续监测需求，但难以根据运行模态、实际驻留时间和网络负载动态调整采样频率，容易造成冗余采样。部分非周期采样方案还需要预先确定较长时间范围内的采样序列，或者对各采样间隔施加相同约束，不利于在线调度和采样资源的灵活配置。

3、当传感器至控制器通道和控制器至执行器通道在同一拒绝服务攻击激活区间内同时被阻断时，控制器无法获得新的状态和运行模态，执行器亦无法接收新的控制指令。若通信恢复后仍等待普通事件触发条件自然满足，控制器可能在较长时间内继续使用攻击前的旧状态。现有方案还常在数学模型中直接将攻击期间的控制输入设为零，但在控制器至执行器通道被阻断的情况下，控制器生成的置零指令无法通过该通道传送至执行器，因而需要在执行器侧建立可独立运行的保持和安全切换机制。

4、此外，拒绝服务攻击区间可能跨越被控对象的模态切换时刻，使被控对象已进入新的运行模态而控制器仍保存攻击前的模态信息，形成被控对象模态与控制器模态不一致的异步运行状态。现有技术尚缺少一种能够统一处理非周期采样在线生成、双通道同时阻断、执行器侧安全保持、通信恢复强制更新以及模态异步问题的控制方案。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：在双端拒绝服务攻击条件下，克服固定周期采样造成的冗余采样、非周期采样依赖未来切换信息、控制器状态和执行器输入不能及时更新、正常稀疏触发导致超时误判、通信恢复后状态更新滞后以及攻击跨越模态切换引起的模态异步等问题，并在稳定性分析中避免普通模态切换倍率与攻击频率倍率重复计入。

2、技术方案

3、为解决上述技术问题，本发明提供一种双端拒绝服务攻击下非线性脉冲切换系统的非周期事件触发脉冲控制方法，主要包括如下技术措施：

4、第一，建立包含连续动态、模态切换和脉冲跳变的非线性脉冲切换系统模型，分别设置被控对象运行模态和控制器存储模态，并以最近一次成功传输的脉冲执行前状态作为控制器可用状态；当候选采样时刻与模态切换时刻重合时，按照先更新运行模态、再采集状态并进行触发判定、最后执行脉冲的顺序运行。

5、第二，针对各运行模态分别配置有限的不等长采样间隔序列，自当前模态切换时刻起逐项累加生成候选采样时刻，候选采样时刻的在线生成不调用尚未发生的下一模态切换时刻；发生模态切换时，取消原运行模态下尚未到达的候选采样时刻，并自新的模态切换时刻重新生成。

6、第三，在传感器侧仅于候选采样时刻计算事件触发函数，根据当前状态能量、最近一次成功触发状态对应的允许能量包络和外部输入影响判断是否触发；当满足触发条件且两条业务通道均可用时，上传脉冲执行前状态和当前运行模态，由控制器更新控制信息并由执行器执行事件触发脉冲。

7、第四，使两条业务通道在同一拒绝服务攻击激活区间内同时被阻断，并在攻击结束后同时恢复；同时设置独立通信确认侧信道。攻击期间，传感器继续进行本地触发判定，控制器保持最近一次成功接收的状态和模态，执行器侧自攻击起始时刻计时，在超时前保持最近有效控制指令、超时后切换至预设安全输入或本地安全控制律；通信恢复后，在首个通信仍可用的候选采样时刻执行恢复强制触发，以同步更新状态、模态和控制指令。

8、第五，采用插值方法构造在采样子区间边界连续的模态相关多lyapunov函数，并结合模态相关平均驻留时间、正常事件脉冲、恢复脉冲以及拒绝服务攻击频率和累计持续时间约束离线确定控制参数；将普通模态切换和正常事件脉冲计入通信可用区间综合率，将攻击期间的模态切换和安全输入计入攻击区间综合率，仅将攻击状态切换和恢复强制触发产生的一次性倍率按攻击频率计入，以避免重复计数。

9、有益效果

10、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

11、通过按运行模态预存有限采样间隔序列并逐项在线生成候选采样时刻，无需存储无限采样序列，也无需预知下一模态切换时刻，便于在线实现；

12、通过仅对首个采样间隔施加不大于对应最小驻留时间的约束，其余采样间隔可根据运行模态、网络负载和控制需求配置，提高采样调度的灵活性并减少冗余采样；

13、通过为全部采样间隔设置统一的正下界，使相邻候选采样时刻和相邻事件触发时刻均具有正的最小间隔，从机制上排除zeno行为；

14、通过检测双通道通信确认信号的0至1恢复沿，并在恢复后的首个通信可用候选采样时刻强制触发，缩短攻击结束至控制器状态更新之间的等待时间；

15、通过在执行器侧设置零阶保持器、攻击起始检测器、超时计时器和安全切换器，使正常稀疏触发期间持续保持最近有效控制指令，并仅在检测到攻击后启动超时计时，避免将正常的长事件间隔误判为通信故障；

16、通过分别设置被控对象运行模态和控制器模态，能够描述并处理攻击跨越模态切换时的模态异步运行状态；

17、通过构造插值型模态相关多lyapunov函数，并将普通模态切换效应与攻击频率效应分别核算，降低稳定性参数核验中的重复计数和不必要保守性；

18、通过恢复强制触发、反馈更新和脉冲校正协同执行，提高双端攻击结束后的状态恢复速度和闭环运行可靠性。

1.一种双端拒绝服务攻击下非线性脉冲切换系统的非周期事件触发脉冲控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述插值型模态相关多lyapunov函数由相邻局部lyapunov函数按照当前时刻在对应采样子区间内所占的时间比例进行线性插值得到，插值权重在每一采样子区间内由0连续变化至1，使所述插值型模态相关多lyapunov函数在相邻采样子区间边界保持连续；所述插值型模态相关多lyapunov函数满足正定性条件、连续动态衰减或增长条件、模态切换条件和事件触发脉冲条件，并结合稳定模态的慢模态相关平均驻留时间约束、不稳定模态的快模态相关平均驻留时间约束以及拒绝服务攻击频率和累计持续时间约束，使所述闭环非线性脉冲切换系统满足输入到状态稳定性。

3.一种双端拒绝服务攻击下非线性脉冲切换系统的非周期事件触发脉冲控制系统，其特征在于，包括：

4.一种电子设备，其特征在于，包括一个或多个处理器以及与所述一个或多个处理器关联的存储器，所述存储器用于存储程序指令，所述程序指令在被所述一个或多个处理器读取执行时，实现权利要求1或2所述的双端拒绝服务攻击下非线性脉冲切换系统的非周期事件触发脉冲控制方法。

5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1或2所述的双端拒绝服务攻击下非线性脉冲切换系统的非周期事件触发脉冲控制方法。