[發明專利]基于SARIMA的工業控制系統通信流量在線監測方法

有效

• 申請號: 202010969136.9
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112187528B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 楊強;郝唯杰;楊濤;阮偉;王文海
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/26;H04L29/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種基于SARIMA的工業控制系統通信流量在線監測方法，其特征在于包括如下步驟：

1)在ICS通信網絡之中部署工業交換機、監控主機以及測試主機，監控主機從工業交換機中實時采集通信流量數據；

2)根據選定的流量聚合尺度，建立小周期SARIMA(p,d,q)x(P,D,Q)_s模型；具體為：

2.1)定義選定的流量聚合尺度以及小周期分析尺度，用SARIMA(p,d,q)x(P,D,Q)_s序列的定義法來產生SARIMA(p,d,q)x(P,D,Q)_s的時間序列：

SARIMA(p,d,q)x(P,D,Q)_s模型是通過對ARMA(p,q)模型分別進行d階差分以及D階季節性差分計算得到的，ARMA(p,q)模型是由AR(p)以及MA(q)模型組合而成；

自回歸滑動平均模型ARMA(p,q)定義如下：

X_t＝φ₁X_t-1+φ₂X_t-2+…+φ_pX_t-p+ε_t-θ₁ε_t-1-…-θ_qε_t-q

上式：X_t為均值化處理之后的小周期的平穩時間序列；φ_p為自回歸項AR的系數；θ_q為滑動平均項MA的系數；ε_t為隨機擾動；p為AR的階數；q為MA的階數；

定義一個延遲算子B，BX_t＝X_t-1，則AR系數多項式Φ_p(B)＝1-φ₁B-…-φ_p(B)^p，MA系數多項式Θ_q(B)＝1-θ₁B-…-θ_q(B)^q；

引入差分算子Δ^d＝(1-B)^d，則ARIMA(p,d,q)模型表示為：

Φ_p(B)Δ^dX_t＝Θ_q(B)ε_t

SARIMA模型通過對ARIMA模型進行季節性差分運算得到，SARIMA模型的定義如下：

Φ_p(B)Φ_P(B^s)Δ^dΔ_s^DX_t＝Θ_q(B)Θ_Q(B^s)ε_t

其中ε_t為白噪聲序列，d為趨勢差分的階數，D為周期s為補償的季節差分階數，B^s為s階延遲算子，Δ_s^D為季節性差分算子；B^sX_t＝X_t-s，Δ_s^D＝1-B^s，Θ_Q(B^s)為B^s的Q階多項式，Φ_P(B^s)為B^s的P階多項式；

2.2)使用貝葉斯信息準則BIC對SARIMA(p,d,q)x(P,D,Q)_s模型的p,d,q,P,D,Q,階數進行監督分析并定階；

2.3)采用最小二乘法對SARIMA(p,d,q)x(P,D,Q)_s的p階系數φ_k(k＝1,2,…,p)，q階系數θ_k(k＝1,2,…,q)，以及季節性P階系數季節性Q階系數進行估計；

2.4)采用最優BIC準則下的SARIMA(p,d,q)x(P,D,Q)_s模型對原始序列進行擬合分析，并進行殘差檢驗；若殘差為白噪聲，則對擬合序列進行反濾波處理，得到原序列的擬合值或預測值；若殘差不為白噪聲，則重新采用BIC信息準則對ARMA(p,q)模型進行定階；

2.5)得到小周期的SARIMA(p,d,q)x(P,D,Q)_s的數學表達式；

3)根據不同的置信度生成ICS動態流量閾值模型；

4)對實時采集的流量序列進行動態分析。