[发明专利]一种在存在瞬态故障时传感器的攻击检测和识别方法

摘要

本发明一种在存在瞬态故障时传感器的攻击检测和识别方法，结合融合间隔进一步判断两个传感器间隔相交时故障的检测，并考虑系统动力学模型，利用历史测量提高传感器攻击检测和识别的性能。本发明一种在存在瞬态故障时传感器的攻击检测和识别方法，在存在瞬态故障的系统中，能够把瞬态故障和攻击区分开；相比以前的攻击检测方法，本发明对各种攻击类型都有较好的检测和识别性能，特别是对于隐身攻击，以前的方法无法检测到这类攻击，而本发明的方法的检测和识别率平均能达到90％多。

主权项

1.一种在存在瞬态故障时传感器的攻击检测和识别方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一、故障检测首先，使用一个基于融合间隔的故障模型，由于融合间隔包含真实值，因此，在t时刻，任何不与融合间隔相交的传感器都被认为是故障的；其中是传感器i在t时刻间隔形式的测量值；是t时刻传感器的融合间隔；F_i(t)表示传感器i在t时刻提供了故障的测量；其次，考虑两个传感器测量Si和Sj之间的关系，进一步确定传感器是否提供故障测量；两个传感器测量之间的关系可以分为：相交和不相交；以下针对不同的情况提出不同的检测方法；(1)两个测量不相交的情况；(a)比较当前轮次即t时刻任意两个传感器之间的测量；如果两个测量之间的间隔不相交，那么这两个传感器至少有一个提供了错误的测量；这两个传感器之间是弱的不一致关系；其中是传感器j在t时刻间隔形式的测量值；两个传感器之间的第一层关系是弱不一致性，由谓词WI(S_i，S_j，t)表示；(b)融合过去和当前的测量；首先把t‑1时刻的测量映射到t时刻，由表示，因此在t时刻就获得了2N个测量；然后把从t‑1时刻映射过来的测量和t时刻的测量进行比较，如果它们不相交，那么就称它们是弱不一致的；注意，两个测量来自不同的传感器；(2)两个测量相交的情况；(a)在t时刻，利用改进的融合算法计算融合间隔；然后，让每个传感器的测量与融合间隔进行比较；如果传感器的测量不与融合间隔相交，则说明该传感器提供了错误的测量；因此，如果传感器i和j均不与融合间隔相交，并且i和j的间隔相交，则传感器i和j在t时刻是弱不一致的；(b)融合过去和当前的测量；首先计算t‑1时刻的融合间隔，t是当前时刻，再让t‑1时刻的测量与t‑1时刻的融合间隔进行比较；然后把t‑1时刻的测量映射到t时刻并计算融合间隔，将t时刻的测量与t时刻融合间隔进行比较；如果满足下面3个条件，则称传感器i和j是弱不一致的；根据上述步骤(1)、(2)得到的t时刻的弱不一致关系对，计算任意两个传感器在一段时间内可能提供的故障测量次数；步骤二、传感器攻击检测累加传感器之间的不一致信息，如果在一段时间内传感器i和j之间存在强不一致关系，则系统中存在攻击；强不一致的判断方法如下：在给定的窗口w中，如果两个传感器频繁地发生弱不一致关系并且弱不一致的数量超过瞬态故障模型的阈值，则它们之间的关系变为强不一致关系；具体过程如下：给定传感器i、j和时间t，其中，两个传感器之间的第二层关系是强不一致性，由谓词SI(Si，Sj，t)表示；fi和fj分别是传感器i和j在理论上最多允许提供故障测量的次数；根据弱不一致的定义，如果两个传感器i和j在t′时刻是弱不一致关系，则在t′处至少有一个传感器提供了故障的测量；在大小为min(wi，wj)的窗口中，如果弱不一致的数量大于fi+fj；这意味着这两个测量中必须至少有一个是非瞬态故障，即(f′i＞fi)∪(f′j＞fj)，其中f′i表示在窗口w中传感器i提供故障测量的总数；f′j表示在窗口w中传感器j提供故障测量的总数；那么这两个传感器之间是强不一致的，系统中存在攻击；步骤三、传感器的攻击识别通过上面的攻击检测方法仅能判断出系统中是否存在攻击，并不知道是哪个传感器被攻击；为了识别哪个传感器被攻击，假设系统中至多有s(s与传感器i具有强不一致关系的传感器共有n(n>s)个，由j表示；由于i和j是强不一致关系，如果i没有被攻击，那么j必须被攻击；此时共n个传感器受到攻击。