[发明专利]实时控制系统管理

说明书

技术领域

本文所描述的主题涉及嵌入式控制系统，并且更具体地涉及实施实时嵌入式控制系统行为监控和异常检测的系统和方法。

背景技术

嵌入式控制系统是制造加工和航空应用如飞行器和任务系统操作的主要部分。网络化嵌入式传感器、控制器和致动器由于更多的收集信息和计算机驱动控制而提高性能效率。然而，这些系统的特性能够随着时间显著偏离标称状态或者由于不同的原因如正常使用、损坏或甚至网络攻击而退化。此外，随着嵌入式设备的全球供应链条和网络攻击复杂性的增加，利用零时差攻击的存在和利用设计漏洞的可能性也已经增加。

这些嵌入式控制系统的故障或退化可能很细微并且难以检测。因此，这表明需要一种实时检测网络化嵌入式控制系统的异常行为的系统和方法。

发明内容

本发明公开了在网络化环境中用于实时控制系统管理的系统和方法。在一个实施例中，一种用于实时嵌入式控制系统行为监控和异常检测的基于计算机的方法包含生成用于嵌入式控制系统的行为训练集，其中该行为训练集在训练过程中将嵌入式控制系统的输入与来自嵌入式控制系统的输出相关联以限定嵌入式控制系统的行为指纹，在嵌入式控制系统的操作期间实时监控嵌入式控制系统的输入和来自嵌入式控制系统的输出，以及当实时操作中进入嵌入式控制系统的输入或从嵌入式控制系统收集的输出中的一个或更多个表现为异常时生成警报。

在另一个实施例中，一种用于实时嵌入式控制系统行为监控和异常检测的基于计算机的系统包含处理器和存储在耦合到处理器的有形计算机可读介质中的逻辑指令，所述逻辑指令在被处理器执行时将处理器配置为生成用于嵌入式控制系统的行为训练集，其中该行为训练集在训练过程中将嵌入式控制系统的输入与来自嵌入式控制系统的输出相关联以限定嵌入式控制系统的行为指纹，在嵌入式控制系统的操作期间实时监控嵌入式控制系统的输入和来自嵌入式控制系统的输出，以及当实时操作中进入嵌入式控制系统的输入或从嵌入式控制系统收集的输出中的一个或更多个表现为异常时生成警报。

有利地，该基于计算机的系统进一步包含存储在耦合到处理器的有形计算机可读介质中的逻辑指令，所述逻辑指令在被处理器执行时将处理器配置为使用至少一个参数调试行为训练集。优选地，该至少一个参数选自一组参数，所述一组参数包含：储存器大小参数，其限定储存器计算网络中节点的数量；输入定标参数，其对嵌入式控制系统的输入属性进行加权；输出反馈定标参数，其限定用于储存器计算网络的反馈量；储存器权重矩阵参数，其控制储存器计算网络中的一个或更多个脉冲响应；耗散率参数，其控制储存器计算网络中对噪声行为和时间扭曲行为的灵敏度；以及噪声定标参数，其控制储存器计算网络中的一个或更多个噪声积分器。

有利地，该基于计算机的系统进一步包含存储在耦合到处理器的有形计算机可读介质中的逻辑指令，所述逻辑指令在被处理器执行时将处理器配置为：将实时操作中进入嵌入式控制系统的输入或从嵌入式控制系统收集的输出中的一个或更多个与训练过程中收集的一个或更多个输出进行比较；以及当实时操作中从嵌入式控制系统收集的一个或更多个输出与训练过程中收集的一个或更多个输出之间的偏差超过阈值时，将实时操作中进入嵌入式控制系统的输入或从嵌入式控制系统收集的输出中的一个或更多个表征为异常。优选地，该处理器确定该异常的严重程度。

有利地，该基于计算机的系统进一步包含存储在耦合到处理器的有形计算机可读介质中的逻辑指令，所述逻辑指令在被处理器执行时将处理器配置为向耦合到嵌入式控制系统的一个或更多个应用程序发布警报。

有利地，该基于计算机的系统进一步包含存储在耦合到处理器的有形计算机可读介质中的逻辑指令，所述逻辑指令在被处理器执行时将处理器配置为：将实时操作中进入嵌入式控制系统的输入或从嵌入式控制系统收集的输出中的一个或更多个存储在存储器中；以及使用存储器中的实时操作中进入嵌入式控制系统的输入或从嵌入式控制系统收集的输出中的一个或更多个更新行为训练集。

在另一个实施例中，一种计算机程序产品包含存储在耦合到处理器的有形计算机可读介质中的逻辑指令，所述逻辑指令在被处理器执行时将处理器配置为生成用于嵌入式控制系统的行为训练集，其中该行为训练集在训练过程中将嵌入式控制系统的输入与来自嵌入式控制系统的输出相关联以限定嵌入式控制系统的行为指纹，在嵌入式控制系统的操作期间实时监控嵌入式控制系统的输入和来自嵌入式控制系统的输出，以及当实时操作中进入嵌入式控制系统的输入或从嵌入式控制系统收集的输出中的一个或更多个表现为异常时生成警报。