[发明专利]无人艇集群分布式安全控制方法

权利要求书

1.一种无人艇集群分布式安全控制方法，其特征在于，包括：

将无人艇集群系统的波浪扰动模型、复合故障模型与DoS攻击模型进行关联建模，形成综合模型；

根据综合模型建立无人艇集群的非周期性DoS攻击模型；以及

根据非周期性DoS攻击模型划分的DoS攻击激活和休眠阶段，在无人艇集群的基线控制与分布式安全控制之间切换，并且在DoS攻击休眠阶段进行基于事件触发的无人艇集群可更新控制；

形成综合模型和非周期性DoS攻击模型包括：

构建无人艇开放和/或动态海洋场景下波浪扰动和/或波浪突变和/或缓变执行器复合故障和/或非周期性DoS攻击的关联模型；

根据非周期性DoS攻击导致通讯拓扑链路全中断或保持连通的相异激活和休眠结果，建立无人艇非周期性DoS攻击模型；以及

引入DoS攻击频率以及平均驻留时间指标，构建无人艇集群抗攻击目标下对非周期性DoS攻击的指标约束条件；

根据非周期性DoS攻击模型划分的DoS攻击激活和休眠阶段，使得无人艇集群实施基线控制及分布式安全控制之间的切换，以及在DoS攻击休眠阶段进行基于事件触发的无人艇集群可更新控制包括：

从受非周期性DoS激活攻击影响下无人艇的基线安全控制器切换至受非周期性DoS休眠攻击影响下无人艇的分布式安全控制器；

基线安全控制器包含估计补偿信息，其负反馈作用为容错控制中补偿故障负面影响提供额外和正面信息，实施物理层执行器复合故障进行有效抵消的容错目标，以及网络层非周期性DoS攻击激活阶段的抗攻击目标；以及

分布式安全控制器包含估计补偿信息、以及基于最新成功触发时刻完成信息交互的分布式状态信息；

所述分布式状态信息仅需在最新成功触发时刻完成交互，实施物理层执行器复合故障进行有效抵消的容错目标，以及网络层非周期性DoS攻击休眠阶段的抗攻击目标；

根据非周期性DoS攻击模型划分的DoS攻击激活和休眠阶段，使得无人艇集群实施基线控制及分布式安全控制之间的切换，以及在DoS攻击休眠阶段进行基于事件触发的无人艇集群可更新控制还包括：

通过基于事件触发的无人艇集群可更新控制，进行低复杂度的基于事件的分布式安全控制机制，以减少无人艇集群系统中通信拓扑的带宽占用并减轻网络物理威胁的影响，设置事件触发阈值上界以消除循环重复触发行为；

第i个无人艇的摇摆、偏航、滚转运动方程中引入波浪扰动ω_i(t)＝[ω_ψi(t)ω_φi(t)]^T以及指数型突变和缓变执行器复合故障得到无人艇“波浪扰动-复合故障”动态方程表示如下：

建立非周期性DoS攻击模型，将非周期性DoS攻击建模为激活和休眠状态；

针对非周期性DoS攻击给定三类指标，分别为DoS攻击数量N_Γ(t₀,t)，DoS攻击频率以及在DoS攻击总激活时间间隔Γ^a(t₀,t)内的平均驻留时间指标τ_a0，其中分别表示为DoS激活攻击和DoS休眠攻击的数量；

定义非周期性DoS攻击总激活和总休眠时间间隔，定义为非周期性DoS攻击总激活时间间隔，即在时间间隔内信息交互被中断，其中t₀为初始时刻，t为终止时刻，∪为并集，∩为交集，为第r个DoS攻击激活时间间隔，r为自然数，其中为非周期性DoS攻击在[t0,t]间隔的激活序列，且为非周期性时变间隔；

在非周期性DoS攻击总激活时间间隔内无法利用邻接无人艇的信息实现分布式抗攻击安全控制；

定义Γ^d(t₀,t)＝[t₀,t]\Γ^a(t₀,t)为非周期性DoS攻击总休眠时间间隔，即在时间间隔内信息交互被允许，且连通拓扑结构不改变，\为余集；

在非周期性DoS攻击总休眠时间间隔内能够利用邻接无人艇的信息实现分布式抗攻击安全控制；

针对非周期性DoS攻击建模，设置DoS攻击数量、DoS攻击频率以及平均驻留时间，定义为DoS攻击数量，其中分别表示为DoS激活攻击和DoS休眠攻击的数量；定义为DoS攻击频率，其中表示为DoS激活攻击的数量；在DoS攻击总激活时间间隔Γ^a(t₀,t)内定义存在界值Γ₀≥0和平均驻留时间指标τ_a0满足

确定满足如下约束的DoS攻击频率以及平均驻留时间τ_a，

τ_a(α₁-σ^*)^-1(α₁+α₂)

使得无人艇集群分布式安全控制位于非周期性DoS休眠攻击时间间隔，同时无人艇集群基线安全控制位于非周期性DoS激活攻击时间间隔。