[发明专利]一种多机器人网络中攻击机器人检测方法及检测系统

说明书

本发明公开了一种多机器人网络中攻击机器人检测方法及检测系统，方法包括：利用放置于目标机器人上的多个标签反射来自临近机器人的无线信号，目标机器人首先基于提取的反弹无线信号为每一个临近机器人构建独有的信号特征矩阵，接着有效测量两两特征矩阵之间的距离，然后基于测量的距离产生一个包含两两临近机器人之间相似概率的矩阵，最后，由相同位置或路径上的临近机器人会具有相似的信号特征，基于这样的信号空间特性，根据相似矩阵，判断出临近机器人中的合法机器人和恶意攻击者，以检测出当前网络中的由女巫攻击者伪造出来的虚假机器人。本发明即便在只具有单天线的轻量级机器人平台上，也能实现准确的女巫攻击检测，结构简单，实用性强。

技术领域

本发明属于机器人网络女巫攻击检测领域，更具体地，涉及一种多机器人网络中攻击机器人检测方法及检测系统。

背景技术

无线技术的快速发展极大地促进了小型化的、敏捷的机器人团队之间的有效协作，使其能够广泛地应用于许多现实任务中，这些任务包括城市监视、表演机器人编队和灾难场景下的搜索与救援工作。尽管无线媒介的开放性使得多机器人团体可进行高效和快速的协作任务，但它也同时导致多机器人网络面临恶意网络攻击的威胁。在多机器人网络中，一种特别有害的攻击形式就是女巫攻击。具体地，女巫攻击者通过伪造许多虚假身份(例如ID)在整个网络中获得不公平的优势，从而轻易打破机器人协作中的基本信任假设。例如，通过伪造一组的虚假ID，女巫机器人可以很容易地从其他机器人那里获得宝贵的通信带宽资源。此外，在路径规划任务中，它可以在整个机器人网络中轻易传播不真实的空间位置信息，进而导致其他机器人之间产生严重碰撞和拥塞问题。

然而，由于机器人平台的临时性、动态性以及小型化特点，多机器人网络中的女巫攻击检测仍然是一个充满挑战的问题。传统的密钥加密方法需要事先假设各个网络节点之间都是完全可信的，但是这样的假设很难在具有临时特性的机器人网络中实施。另外，最近的研究成果利用接收信号强度(RSSI)、信道状态信息(CSI)以及信号到达角(AoA)等无线信号物理层信息对每个网络节点的空间唯一性进行识别，然而，基于RSSI或者CSI的方法不但需要多个天线或接收端之间的合作，而且要求所有节点处于静止或者半静止状态，尽管AoA特征能够用于动态信道下的检测，然而这些方法需要大型的天线整列来获得这些细粒度的信号特征。因此，已有的方法都不适用于具有有限载荷能力和硬件资源的小型化机器人。

发明内容

本发明提供一种多机器人网络中攻击机器人检测方法及检测系统，用以解决现有多机器人网络中的女巫攻击检测中因需要较复杂的硬件设施以及实施条件而导致难以应用到现有具有有限载荷能力和硬件资源的小型化机器人的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多机器人网络中攻击机器人检测方法，包括：

多机器人网络中的目标机器人通过其单天线按照预设临近机器人时序，依次直接接收每个临近机器人的无线信号，同时在单天线直接接收任一临近机器人的无线信号的时段内，设置于所述目标机器人上的多个标签按照预设工作时序依次接收该临近机器人的无线信号并向所述单天线反弹；

对单天线接收的每个标签任一个工作时段的反弹无线信号去噪并求取其中反弹点的幅值均值，分别基于所述多个标签对应的幅值均值构建每个临近机器人在每个被接收时段对应的多径幅值均值向量，并由该临近机器人所有所述多径幅值均值向量，构建该临近机器人的信号特征矩阵；

计算并基于每两个信号特征矩阵之间的距离，通过相似概率确定属于攻击机器人的临近机器人。