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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明公开了一种拒绝服务攻击下合作竞争多智能体系统安全协同控制方法，包括步骤：建立描述智能体个体运动特性的数学模型以及描述智能体间相互作用的拓扑图；构建状态估计器，用于获取非触发时刻邻居智能体的状态；针对能量受限的拒绝服务攻击对多智能体系统通信网络造成的影响，确定有效的拒绝服务攻击子区间，并建立拒绝服务攻击模型；设计事件触发通信控制器，判断智能体下一次通信的时刻；针对无拒绝服务攻击与存在拒绝服务攻击两种情况分别设计相应的控制器1与控制器2；基于Lyapunov稳定性理论，得到多智能体系统实现双向一致性的充分性条件。该方法针对同时存在合作与竞争关系的多智能体系统，有效保证合作竞争多智能体系统实现双向一致性。

主权项：1.一种拒绝服务攻击下合作竞争多智能体系统安全协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据多智能体系统个体的动态特性以及智能体个体间的合作竞争关系，得到描述智能体个体运动特性的数学模型以及描述智能体间相互作用的拓扑图；步骤S2：构建状态估计器，用于获取非触发时刻邻居智能体的状态；步骤S3：针对能量受限的拒绝服务攻击对多智能体系统通信网络造成的影响，确定有效的拒绝服务攻击子区间，并建立拒绝服务攻击模型；步骤S4：针对步骤S3中的拒绝服务攻击模型，设计事件触发通信控制器，判断智能体下一次通信的时刻；步骤S5：基于步骤S4中的时间触发通信控制器以及S3中的拒绝服务攻击模型，针对无拒绝服务攻击与存在拒绝服务攻击两种情况分别设计相应的控制器1与控制器2；步骤S6：基于Lyapunov稳定性理论，得到多智能体系统实现双向一致性的充分性条件；所述步骤S1中的多智能体系统由N个智能体所组成，智能体个体运动特性的数学模型表示为： 其中，为第i个智能体状态，为系统矩阵，为系统输入矩阵，为控制输入，A,B可镇定；所述步骤S1中描述智能体间相互作用的拓扑图具体为：采用带有符号的拓扑图描述智能体间的合作竞争关系，其中，采用正权重描述智能体间的合作关系，负权重描述智能体间的竞争关系，从而确定智能体的邻接矩阵aij为多智能体系统第i行第j列的加权邻接矩阵元素，表示第i个智能体与第j个智能体之间的交互关系，设定多智能体系统间信息交流是双向的，因此邻接矩阵是一个对称矩阵，相应拓扑图的拉普拉斯矩阵表示为智能体i的邻居智能体集合表示有信息流向该智能体的所有其他智能体集合，并将智能体i的邻居智能体集合表示为合作竞争多智能体系统中的所有智能体的集合为V，将集合V分为V1和V2两组，满足：V1∪V2＝V，并且对于vi∈V1,vj∈V1或者vi∈V2,vj∈V2，加权邻接矩阵元素aij≥0；对于vi∈V1,vj∈V2或者vi∈V2,vj∈V1，加权邻接矩阵元素aij≤0；其中，vi为多智能体系统中的个体i，vj为多智能体系统中的个体j；并且设定多智能体系统的拓扑图是强连通的，即每个智能体都能直接或者间接地接收到其他所有智能体的信息；所述步骤S2的状态估计器为： 其中，为时刻t对智能体i的状态估计值，和分别表示智能体i的第ki和第ki+1次事件触发时刻，智能体i的事件触发时刻序列表示为：t0表示初始时刻；所述步骤S3中建立拒绝服务攻击模型具体为：将第m次有效的拒绝服务攻击时间区间表示为：[tm,tm+τm；将时间区间[t0,t]上所有有效的拒绝服务攻击时间区间的集合表示为：其中，tm表示第m次攻击开始时刻，τm表示第m次攻击持续时间；设置1：在时间区间[T1,T2]上，有效拒绝服务攻击的攻击次数为M次，设定拒绝服务攻击发生的频率FaT1,T2满足如下条件： 设置2：在时间区间[T1,T2]上，设定有效的拒绝服务攻击总时长满足如下条件： 其中T0，τa为正的常数；所述步骤S4中事件触发通信控制器具体为：基于所述步骤S2中的状态估计器，采用如下的事件触发函数： 其中表示智能体i的状态估计误差，表示状态估计值与当前时刻智能体状态真值的误差，βi为智能体i的事件触发参数，为智能体i的状态估计值与邻居智能体的状态估计值的偏差，sign·为符号函数；基于事件触发函数，智能体i下一触发时刻由如下函数来确定： 其中，bi为正的常数，能够确保事件触发间隔严格大于零；θ是当智能体间的通信受到拒绝服务攻击之后，系统进行定周期攻击检测的时间常数，即系统在遭受拒绝服务攻击之后，每隔θ时间检测一次通信网络；表示事件触发时刻未遭受拒绝服务攻击，表示事件触发时刻正好处于拒绝服务攻击时间区间内；所述步骤S5中控制器1与控制器2具体为： uit＝08其中，为智能体i的状态估计值与邻居智能体的状态估计值的偏差，sign·为符号函数；K＝BTP为增益矩阵，P矩阵通过求解下面的代数Riccati方程求解获得：PA+ATP-εPBBTP+ωI＝09其中ε和ω为预先设定的大于零的常数，ε＜2λ2L，λ2L表示拉普拉斯矩阵L的最小非零特征值，I表示单位矩阵；其中，控制器1与控制器2分别在没有遭受拒绝服务攻击和遭受拒绝服务攻击的情况下工作，对多智能体系统的状态进行调控；所述步骤S6包括以下子步骤：Step1：根据步骤S4中设计的事件触发通信控制器，当时，即触发时刻正好处于第m次拒绝服务攻击区间[tm,tm+τm内，此时通信触发方式由事件触发转换为固定周期触发，固定周期为θ；设置单次拒绝服务攻击对系统造成影响的最长时间区间为：[tm,tm+τm+θ，基于能量受限拒绝服务攻击的特征，攻击间隔发生，将整个时间区间[t0,t]按照是否受攻击的影响划分为两部分： 其中，表示系统受拒绝服务攻击影响的时间区间的集合，表示系统不受拒绝服务攻击影响的时间区间的集合；Step2：对多智能体系统在时间区间分别构造Lyapunov函数，获得整个系统的分段连续的Lyapunov函数如下所示； 其中P、S为两个正定矩阵，IN表示N阶的单位向量，矩阵S通过求解代数Riccati不等式SA+ATS-α2I＜0获得，I为单位矩阵，α2为一预先设置的常数并满足：0＜a1＜α2；为所有智能体状态差值向量，1N表示N阶元素全为1的列向量，符号表示克罗内克积，xt表示所有智能体状态变量按个体顺序排列构成的向量Step3：构造规范变换矩阵D：规范变换矩阵D＝diag{d1,d2,...,dN}，di∈{1,-1}，其中i＝1,2,...,N，与第i个智能体相对应；对角元素di的选取方式为：对于选取di＝1，对于选取di＝-1；或者对于选取di＝-1，对于选取di＝1；Step4：对合作竞争多智能体系统进行如下的规范变换： 将合作竞争多智能体系统转换为与其对应的仅存在合作关系的多智能体系统，其中zt表示合作多智能体系统的状态变量，表示合作多智能体系统的所有智能体状态差值向量；对变换后的多智能体系统构造相应的李雅普诺夫函数： 通过对关于t求导，可得常数α2＞α1；进而得到成立的充分条件，其中是的初始时刻值，ψ为一大于零的实数；基于Lyapunov稳定性理论，进而得到确保合作竞争多智能体系统实现双向一致性的充分条件如下：事件触发参数的边界条件：12其中，γ1与γ2为两个大于零的常数并满足γ1+γ1＝γ＜1，λN·表示矩阵的第N大特征值；拒绝服务攻击的频率和持续时间的上界条件：12其中，η*是一个常数并满足0＜η*＜α1，λmax·和λmin·分别表示矩阵的最大特征值与最小特征值。

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