[发明专利]基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法及系统

权利要求书

1.一种基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法，其特征在于实施步骤包括：

1)确定被检测的网络化CPS中的节点依赖关系，所述节点依赖关系包括物理-物理依赖关系以及信息-物理依赖关系，所述物理-物理依赖关系具体是指两个物理节点中一个物理节点的动态测量值会直接或者间接影响另一个物理节点的动态测量值；所述信息-物理依赖关系具体是指物理节点的动态测量值会直接或者间接影响信息节点的控制信息值；

2)收集被检测的网络化CPS正常运行下的历史数据，包括信息节点输出的控制信息值、物理节点反馈的动态测量值；

3)根据历史数据中的物理节点反馈的动态测量值，确定物理节点反馈的动态测量值的分布函数值，基于历史数据中的动态测量值的分布函数值计算每一个物理节点的动态测量值对其存在物理-物理依赖关系的另一个物理节点的动态测量值的第一依赖度量值，并将所有第一依赖度量值的均值作为第一依赖度量值的正常值；根据历史数据中的信息节点输出的控制信息值，确定信息节点输出的控制信息值的分布函数值，基于历史数据中的控制信息值的分布函数值计算每一个信息节点的控制信息值对其存在信息-物理依赖关系的物理节点的动态测量值的第二依赖度量值，并将所有第二依赖度量值的均值作为第二依赖度量值的正常值；所述确定物理节点反馈的动态测量值的分布函数值具体是指基于核密度估计来计算物理节点反馈的动态测量值的估算概率密度，并将获得的估算概率密度作为该物理节点反馈的动态测量值的分布函数值；所述确定信息节点输出的控制信息值的分布函数值具体是指基于核密度估计来计算信息节点输出的控制信息值的估算概率密度，并将获得的估算概率密度作为该信息节点输出的控制信息值的分布函数值；

4)采集被检测的网络化CPS当前运行数据，包括信息节点当前输出的控制信息值、物理节点当前反馈的动态测量值；基于动态测量值的分布函数值计算每一个物理节点当前的动态测量值对其存在物理-物理依赖关系的另一个物理节点的动态测量值的第一依赖度量值；基于控制信息值的分布函数值计算每一个信息节点当前的控制信息值对其存在信息-物理依赖关系的物理节点的动态测量值的第二依赖度量值；

5)进行异常状态检测，如果任意当前动态测量值的第一依赖度量值与第一依赖度量值的正常值之间的偏差大于第一预设检测阈值，或者任意当前控制信息值的第二依赖度量值与第二依赖度量值的正常值之间的偏差大于第二预设检测阈值，则判定被检测的网络化CPS当前处于异常状态；否则判定被检测的网络化CPS当前处于正常状态。

2.根据权利要求1所述的基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法，其特征在于，所述基于核密度估计来计算物理节点反馈的动态测量值的估算概率密度的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，p(y_i)是指某个物理节点反馈的动态测量值y_i的估算概率密度，N表示历史数据中动态测量值y_i的独立测量次数，h为平滑参数，为动态测量值y_i的第d次独立测量值，d为测量次数，K是核函数，核函数为非负函数且积分为1。

3.根据权利要求1所述的基于节点依赖关系的网络化CPS异常检测方法，其特征在于，所述基于核密度估计来计算信息节点输出的控制信息值的估算概率密度的函数表达式如式(2)所示；

式(2)中，p(x_k)是指某个信息节点输出的控制信息值x_k的估算概率密度，M表示历史数据中信息节点输出的控制信息值x_k的独立测量次数，h为平滑参数，为控制信息值x_k的第d次独立测量值，d为测量次数，K是核函数，核函数为非负函数且积分为1。