[发明专利]非线性复杂网络系统基于随机通信协议的状态估计方法

说明书

本发明公开了非线性复杂网络系统基于随机通信协议的状态估计方法，首先，考虑到各个节点的状态饱和现象，建立了复杂网络系统的差分方程。为节约网络资源，减轻网络通信的负担，采用基于随机通信协议的调度方法，每个节点在传输信号时仅有一个测量分量通过网络传输，同时，考虑了数据传输中遇到对抗攻击的情况。然后，利用Lyapunov稳定性理论，得到满足估计误差增广系统均方稳定以及H_∞性能指标的充分条件。最后，通过线性矩阵不等式方法求解状态估计器的增益，为非线性复杂网络系统提供了一种基于随机通信协议的安全状态估计方法。

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及复杂网络系统在网络攻击下的安全状态估计，具体涉及非线性复杂网络系统基于随机通信协议的状态估计方法。

背景技术

随着现代工业和网络技术的快速发展，工业网络技术将计算机网络和通信技术应用于工业生产中，极大地提高了工业控制系统的性能和效率。由于实际工业生产中系统设备不可避免的如功率、容量和幅值等物理约束的限制，导致状态饱和非线性因素不可忽略。如果在复杂网络系统的分析和设计中没有考虑到状态饱和因素，会导致系统性能降低，甚至引起系统不稳定。

此外，由于复杂网络系统中数据量的急速增长以及网络带宽的限制，数据冲突现象频繁发生，极易导致网络拥塞和传输性能降低，因而如何进行有效地传输数据也是一个新兴的热点问题。复杂网络系统中结构复杂，数据量众多，需要通过一定的通信传输协议对所需传输的数据进行适当的调度，降低每个时刻的数据量。

由于复杂网络系统数据交互层无线通道的开放性，复杂网络系统容易遭受网络攻击，使得信息被篡改或被窃取，降低系统性能，导致严重的安全威胁，甚至引起系统崩溃。虽然，现代复杂网络系统中通常都包含了监测装置，但其应用往往存在局限性，只能定时定点地对系统状态进行监测，难以准确地反映系统全部状态变量的实时状态，尤其在遭遇网络攻击情况时无法进行及时有效的预警和避免。因此，有必要对遭受网络攻击的复杂网络系统进行状态估计，确保对存在网络攻击的复杂网络系统进行安全有效的状态估计。因此，发明一种网络攻击下非线性复杂网络系统基于通信协议的安全状态估计方法是十分有必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了非线性复杂网络系统基于随机通信协议的状态估计方法，考虑各个节点的状态饱和现象，建立状态饱和模型的差分方程，采用基于随机通信协议的调度方法，节约网络资源，减轻网络通信通道的负担。同时，还考虑数据传输中遇到网络攻击的情况，为非线性复杂网络系统提供一种可行的安全状态估计方法。

非线性复杂网络系统基于随机通信协议的状态估计方法，具体包括以下步骤：

步骤1、建立非线性复杂网络系统的状态空间模型；

获取系统数据，使用机理建模与分析方法，建立非线性复杂网络系统的状态空间模型：