本發(fā)明屬于多智能體系統(tǒng)事件觸發(fā)控制領(lǐng)域，特別是涉及多智能體系統(tǒng)在欺騙攻擊和馬爾科夫隨機(jī)切換通信拓?fù)湎禄谟^測器的欺騙攻擊下多智能體系統(tǒng)的自適應(yīng)事件觸發(fā)安全控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，多智能體系統(tǒng)(multi-agent?systems,mas)相關(guān)理論在電力網(wǎng)絡(luò)、多處理器網(wǎng)絡(luò)、無人駕駛汽車和智能交通等工程領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，多智能體系統(tǒng)的控制問題吸引了科研工作者的廣泛關(guān)注。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，持續(xù)的通信會(huì)導(dǎo)致通信擁塞，從而導(dǎo)致較長的通信延遲，增加丟包。此外，智能體的有限能量和有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬也是實(shí)際應(yīng)用中必須考慮的問題。設(shè)計(jì)事件觸發(fā)安全控制的目的是為了解決網(wǎng)絡(luò)擁堵的問題，從而有效減少控制任務(wù)的執(zhí)行次數(shù)，節(jié)約通信、計(jì)算資源。

2、多智能體系統(tǒng)離不開網(wǎng)絡(luò)通信，隨著網(wǎng)絡(luò)通信和信息技術(shù)的發(fā)展，為系統(tǒng)功能擴(kuò)展帶來便利的同時(shí)也使系統(tǒng)面臨更多的安全性挑戰(zhàn)。多智能體系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全控制，主要用于解決系統(tǒng)可能要面臨的安全問題，如防御常見的網(wǎng)絡(luò)攻擊。

3、多智能體系統(tǒng)的安全控制包括任何專門設(shè)計(jì)用于防范數(shù)據(jù)攻擊的手段，防御常見的網(wǎng)絡(luò)攻擊如拒絕服務(wù)攻擊和欺騙攻擊等。文獻(xiàn)1(he,wangli?and?mo,zekun.secureevent-triggered?consensus?control?of?linear?multiagent?systems?subject?tosequential?scaling?attacks.ieee?transactions?on?cybernetics,2022,52(10):10314-10327.)提出一種針對(duì)序列縮放攻擊的安全控制協(xié)議。文獻(xiàn)2(liu,jinliang?andwang,yuda?and?cao,jinde?and?yue,dong?and?xie,xiangpeng,jianlong.secureadaptive-event-triggered?filter?design?with?input?constraint?and?hybrid?cyberattack.ieee?transactions?on?cybernetics,2021,51(8),4000-4010.)提出一種用于防護(hù)多種網(wǎng)絡(luò)攻擊的安全控制協(xié)議。

4、在多智能體系統(tǒng)中，各個(gè)智能體通過通信網(wǎng)絡(luò)相互協(xié)作以完成預(yù)定任務(wù)。然而，通信網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)切換特性和潛在的欺騙攻擊風(fēng)險(xiǎn)給系統(tǒng)的安全控制帶來了巨大挑戰(zhàn)。由于諸如丟包等因素，相鄰智能體之間的通信可能會(huì)暫時(shí)中斷，并因此改變智能體間的通信拓?fù)?。同時(shí)由于無線通信技術(shù)的開放性和共享性，多智能體系統(tǒng)很容易遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊，且在多智能體系統(tǒng)通信過程并不是所有實(shí)時(shí)信息都是可觀測的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述難點(diǎn)問題，基于觀測器技術(shù)和事件觸發(fā)策略，提供一種欺騙攻擊下多智能體系統(tǒng)的自適應(yīng)事件觸發(fā)安全控制方法，克服隨機(jī)切換拓?fù)浜推垓_攻擊對(duì)多智能體系統(tǒng)的影響。本發(fā)明提出基于觀測器的事件觸發(fā)自適應(yīng)增益安全控制協(xié)議，以解決隨機(jī)切換通信拓?fù)湎戮哂幸话憔€性動(dòng)力學(xué)的多智能體系統(tǒng)受到欺騙攻擊情況下的自適應(yīng)事件觸發(fā)安全控制問題。

2、首先根據(jù)圖論和馬爾科夫過程給出多智能體系統(tǒng)的隨機(jī)切換通信拓?fù)?，通過觀測器獲取自身和鄰居智能體之間的相對(duì)觀測信息，接著建立多智能體的動(dòng)力學(xué)模型,建立多智能體系統(tǒng)安全控制的目標(biāo)函數(shù)，最后給出該多智能體系統(tǒng)在馬爾科夫隨機(jī)切換通信拓?fù)湎路烙垓_攻擊的分布式自適應(yīng)安全控制方法，通過事件觸發(fā)機(jī)制來更新控制信號(hào)，并驗(yàn)證提出的自適應(yīng)安全控制方法能夠保證多智能體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跟蹤控制任務(wù)。

3、本發(fā)明所述欺騙攻擊下多智能體系統(tǒng)的自適應(yīng)事件觸發(fā)安全控制方法，包括以下步驟：

4、步驟1：不失一般性地假設(shè)多智能體系統(tǒng)由n個(gè)智能體組成，編號(hào)為1,...,n；基于圖論定義系統(tǒng)通信拓?fù)鋱D、鄰接矩陣和拉普拉斯矩陣；其次，假設(shè)多智能體系統(tǒng)間的通信拓?fù)涫请S機(jī)切換的，且該切換過程可由遍歷的連續(xù)時(shí)間馬爾科夫隨機(jī)過程描述；

5、第一步，基于圖論定義多智能體系統(tǒng)的通信拓?fù)鋱D其邊集合表示智能體之間的通信關(guān)系；

6、第二步，給出通信拓?fù)鋱D的鄰接矩陣和拉普拉斯矩陣

7、第三步，假設(shè)多智能體系統(tǒng)間的通信拓?fù)涫请S機(jī)切換的，該切換過程由一個(gè)連續(xù)時(shí)間馬爾科夫隨機(jī)過程來描述，n個(gè)智能體的通信圖在s張圖中切換，表示為

8、步驟2：給出多智能體系統(tǒng)通信拓?fù)鋱D的假設(shè)；假設(shè)智能體間的所有可能通信拓?fù)鋱D的并圖是無向連通的，而不需要要求每一個(gè)切換子圖是連通的，放寬對(duì)通信拓?fù)鋱D的假設(shè)；對(duì)應(yīng)的鄰接矩陣和拉普拉斯矩陣分別為和

9、步驟3：對(duì)欺騙攻擊進(jìn)行假設(shè)建模，根據(jù)欺騙攻擊具有隱蔽性的特點(diǎn)，假設(shè)欺騙攻擊信號(hào)的上界。

10、第一步，建立多智能體系統(tǒng)的欺騙攻擊模型，即智能體受到攻擊的概率滿足伯努利隨機(jī)分布。

11、第二步，針對(duì)欺騙攻擊具有隱蔽性的特點(diǎn)，智能體受到的攻擊注入的能量一般式有限的，從而對(duì)攻擊能量的上界進(jìn)行假設(shè)，即攻擊信號(hào)的幅度或能量不超過給定的閾值τ；

12、步驟4：通過觀測器技術(shù)觀測出鄰居智能體的狀態(tài)，設(shè)計(jì)在馬爾科夫隨機(jī)切換通信拓?fù)湎?，防御欺騙攻擊的多智能體系統(tǒng)事件觸發(fā)分布式自適應(yīng)安全控制方法，運(yùn)用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論、隨機(jī)分析方法以及線性矩陣不等式方法，驗(yàn)證提出自適應(yīng)安全控制能夠保證多智能體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全控制的目標(biāo)，最后進(jìn)行仿真驗(yàn)證；

13、第一步，設(shè)計(jì)一種基于相對(duì)輸出信息的觀測器模型，給出一種事件觸發(fā)策略，其事件觸發(fā)函數(shù)只需要使用自身輸出信息和觀測器信息進(jìn)行判斷；

14、第二步，考慮隨機(jī)且能量有限的欺騙攻擊的影響，設(shè)計(jì)基于觀測器信息的分布式反饋控制器，并建立相應(yīng)的多智能體系統(tǒng)閉環(huán)誤差模型；

15、第三步，基于lyapunov穩(wěn)定性理論和線性矩陣不等式方法，驗(yàn)證控制方法的有效性；

16、第四步，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的事件觸發(fā)策略不會(huì)在有限時(shí)間內(nèi)無限次觸發(fā)，從而排除事件觸發(fā)的zeno行為；

17、第五步，基于舒爾引理，提出控制器增益矩陣和觀測器增益矩陣的求解方法；

18、第六步，在simulink中進(jìn)行仿真驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的事件觸發(fā)策略和控制器是否能滿足控制目標(biāo)。

19、本發(fā)明的有益效果在于：

20、本發(fā)明設(shè)計(jì)一種馬爾科夫隨機(jī)切換通信拓?fù)湎露嘀悄荏w系統(tǒng)的分布式自適應(yīng)跟蹤控制方法，結(jié)合事件觸發(fā)策略以及觀測器觀測技術(shù)，令多智能體系統(tǒng)在隨機(jī)切換拓?fù)湎?，每個(gè)智能體僅使用其鄰居之間的局部信息自動(dòng)更新其耦合增益，進(jìn)而設(shè)計(jì)一種應(yīng)對(duì)欺騙攻擊的多智能體系統(tǒng)安全控制方法。本發(fā)明的方法可以在不確定性和攻擊威脅的環(huán)境中保證多智能體系統(tǒng)的性能和安全性，且具有分布式、自適應(yīng)的特點(diǎn)，能夠有效地處理隨機(jī)切換拓?fù)浜推垓_攻擊的問題。此外，由于智能體僅在必要時(shí)才更新控制增益，本方法還能夠降低系統(tǒng)的通信和計(jì)算負(fù)擔(dān)。本發(fā)明提供一種有效解決方案，適用于在復(fù)雜環(huán)境下工作的多智能體系統(tǒng)。通過結(jié)合觀測器技術(shù)和事件觸發(fā)策略，本發(fā)明能提高系統(tǒng)的魯棒性和安全性，具有廣闊的應(yīng)用前景。