一种存在DoS攻击时多智能体系统事件触发控制器的设计方法与流程

本发明涉及网络化控制系统技术领域，利用模态依赖的平均驻留时间方法，针对具有领导者的多智能体系统存在拒绝服务攻击(denial-of-service,dos)的情况，确定一致性事件触发控制器的方法。

背景技术：

多智能体系统是网络控制系统一个重要的研究方向，而领导者-跟随者系统是多智能体系统一个重要研究课题，具有广泛的实际应用价值，比如多无人编队控制、集群控制、智能车编队控制等。

由于智能体数据处理的能力有限，如果数据量过多，处理速度会出现延时甚至造成网络拥塞，因此采取适当的方法减少数据量的计算具有实际的意义。事件触发控制为解决该问题提供了很好的思路，使得数据只有在满足一定触发条件时才传输、计算，可以大大的减少数据的传输、存储和计算。然而，目前大多数领导者-跟随者多智能体系统，没有考虑领导者和跟随者之间存在dos网络攻击的情况，因此，研究该情况具有很强的现实意义。

本发明提出了一种采用模态依赖的平均驻留时间方法，解决了领导者-跟随者多智能体系统存在dos网络攻击时一致性事件触发控制器的设计问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提出一种基于模态依赖的平均驻留时间方法，针对多智能体系统一致性事件触发控制器设计，解决了以前领导者和跟随者之间存在dos攻击时无法实现一致性控制的问题。本发明的技术方案实施如下：

1)建立领导者-跟随者多智能体系统模型和设计事件触发条件；

2)建立dos攻击模型和切换系统模型；

3)设计事件触发控制器和相应的切换条件。

所述的步骤一为：考虑领导者为高阶系统，并且不受跟随者动态的影响，其模型为第i个跟随者的模型为因此，多智能体系统第i个跟随者的一致性控制协议设计为相应的事件触发条件设计为其中

所述的步骤二为：假设dos攻击满足：(1)(2)存在攻击时，领导者和跟随者之间的通讯中断，通讯拓扑结构发生变化，此时系统由稳定变为不稳定，因此采用切换系统来描述存在dos攻击时的领导者-跟随者多智能体系统；攻击时的系统对应切换系统的不稳定子系统，未受攻击时的系统对应稳定子系统；并且，切换系统模型可以表示如下：

所述的步骤三为：在步骤二中，反馈增益是未知的，采用下面的方法进行设计；给定参数α＞0，β＞0，μ1＞1和0＜μ2＜1，如果存在矩阵x1＞0，x2＞0和y1，y2使得

x1≤μ2x2，x2≤μ1x1

其中，p＝1，2；那么，控制器增益可以设计为p＝1，2；如果领导者-跟随者多智能体一致性得到满足，切换系统的切换信号还需要满足

该方法适用于存在网络攻击时大规模无人机编队飞行控制或智能车编队控制。

本发明的有益效果：

本发明设计一种一致性事件触发控制器，当领导者-跟随者多智能体系统存在dos攻击时，该控制器能够保证多智能体系统仍然可以保证一致性。将受到dos攻击的多智能体系统采用切换系统进行描述，利用模态依赖的平均驻留时间方法，给出了满足系统一致性的切换条件，并且保证事件触发条件不存在zeno现象。由于事件触发控制器的设计，使得系统处理的数据量能够极大的减少，节约计算和传输能量。本发明适用于存在网络攻击时大规模无人机编队飞行控制或智能车编队控制，具有极大的实际应用价值。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为为第i个跟随者的分布式事件触发传递策略。

具体实施方式

为使本发明的技术实施方案更加清楚明白，以下给出具体的实施方式：本发明的第i个跟随者的分布式事件触发传递策略如图1所示。

1)建立领导者-跟随者多智能体系统模型和设计事件触发条件

假设领导者满足第i个跟随者的动力学方程为

其中，n为跟随者的个数。本发明的目的是存在dos攻击时，依然能够实现limsupt→∞||z(t)||≤δ，z(t)＝col{z1(t)，z2(t)，...zn(t)}，zi(t)＝xi(t)-x0(t)。

对于跟随者i，考虑下面的测量误差：

其中，为跟随者i的第k个事件触发时刻。定义选择如下的一致性控制协议

其中，矩阵k为需要设计的反馈增益。

跟随者i的事件触发时刻可以采用下面的方法确定：

需要注意的是，仅仅在时刻，第i个跟随者把当前状态信息发送给其邻居，并且更新控制数据，然后测量误差被重新设置为零。此外，设计的事件触发条件必须保证去除zeno现象，否则系统无法正常运行，即需要满足

2)建立dos攻击模型和切换系统模型

假设dos攻击时刻为定义rn＝[rn，rn+τn)，表示dos攻击的第n个时间段。τn为第n次攻击持续的实际间隔，并且满足τn＜rn+1-rn和τmax≥τn≥τmin＞0。接下来定义和其中和分别表示通讯中断和联通的时间间隔。因此，跟随者i的控制协议可以表示为

其中，

假设dos攻击满足下面的频率约束和持续时间约束：

其中，0≤t1≤t2，nσ2(t1，t2)表示在时间间隔[t1，t2)内dos攻击次数。

定义zi(t)＝xi(t)-x0(t)，和z(t)＝col{z1(t)，z2(t)，...zn(t)}，那么可以得到

由式(8)可以看出，存在dos攻击时，领导者-跟随者多智能体系统模型可以由切换系统来描述。该切换系统包含两个子系统，一个稳定子系统和一个不稳定子系统。多智能体系统存在攻击时对应不稳定子系统。

3)设计事件触发控制器和相应的切换条件

假设领导者-跟随者系统在无dos攻击时通讯拓扑存在支撑树，领导者智能体为根节点。给定参数α＞0，β＞0，μ1＞1和0＜μ2＜1，如果存在矩阵x1＞0，x2＞0和y1，y2使得

x1≤μ2x2，x2≤μ1x1(11)

其中，p＝1，2，并且dos攻击满足约束条件(6)和(7)，那么，领导者-跟随者多智能体一致性可以得到满足，并且z(t)满足其中，

因此，控制器增益可以设计为p＝1，2。此外，选择的事件触发条件满足其中，

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可做很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。