本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)的電能傳輸領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，是針對(duì)具有對(duì)抗性場(chǎng)景的無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)，提供一種確保電能傳輸高效性和安全性的方法。

背景技術(shù)：

1、無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線(xiàn)電能傳輸(wireless?power?transmission)技術(shù)是指無(wú)線(xiàn)充電器輻射電磁波，將能量通過(guò)氣隙傳輸至可充電設(shè)備。憑借其可靠、無(wú)接觸和低維護(hù)性，無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)已成為一種商業(yè)上可行的充電方式。然而，在電能傳輸過(guò)程中，周?chē)h(huán)境不可避免地會(huì)暴露于一定程度的電磁輻射(electromagnetic?radiation)之下。高電磁輻射暴露被認(rèn)定對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成威脅，可能導(dǎo)致組織損傷、心血管疾病和腦腫瘤等風(fēng)險(xiǎn)。因此，合格的無(wú)線(xiàn)充電方法必須遵循電磁輻射安全標(biāo)準(zhǔn)，確保任何點(diǎn)的電磁輻射強(qiáng)度均不超過(guò)安全閾值。

2、目前，為了提供穩(wěn)定的能量供應(yīng)、實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全面覆蓋，并保障充電設(shè)備故障時(shí)的充電連續(xù)性，無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線(xiàn)充電器部署密度通常高于理論最小值。盡管這種冗余設(shè)計(jì)增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性，但也無(wú)意間為攻擊者提供了可乘之機(jī)。由于無(wú)線(xiàn)充電器缺乏物理防篡改措施，通常無(wú)人看管、遠(yuǎn)程放置且易于接近，惡意攻擊者可以捕獲并操控這些設(shè)備，通過(guò)激活額外的充電器，破壞網(wǎng)絡(luò)的電磁輻射安全約束，危害生物安全。現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)充電方法未考慮這種對(duì)抗充電場(chǎng)景，難以確保在遭受攻擊后的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電方法及裝置，以保證網(wǎng)絡(luò)在遭受攻擊后，仍能保證電磁輻射的安全性和實(shí)際有效性。

2、為了實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，一種無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電方法，包括以下步驟：

4、(1)根據(jù)無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分布建立考慮波干涉的充電模型和電磁輻射模型，所述充電模型考慮不同充電器輻射的電磁波由于路徑長(zhǎng)度差異到達(dá)可充電設(shè)備時(shí)產(chǎn)生的相位變化計(jì)算多個(gè)充電器提供的累積充電功率；

5、(2)基于所建立的充電模型和電磁輻射模型構(gòu)建無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，所述無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電問(wèn)題的優(yōu)化目標(biāo)是最大化所有可充電傳感器充電效用的和，同時(shí)保證電磁輻射安全約束，所述電磁輻射安全約束是指在遭受針對(duì)電磁輻射安全的攻擊后，網(wǎng)絡(luò)任一點(diǎn)的電磁輻射總量不超過(guò)預(yù)定的安全閾值；

6、(3)利用分段常數(shù)函數(shù)近似非線(xiàn)性電磁輻射，將無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)的二維平面區(qū)域劃分為多個(gè)等效電磁輻射子區(qū)域，根據(jù)干涉特性計(jì)算各個(gè)等效電磁輻射子區(qū)域的最大輻射值點(diǎn)，基于最大輻射值點(diǎn)的輻射約束，將所述無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電問(wèn)題轉(zhuǎn)化為有限約束的雙層優(yōu)化問(wèn)題；

7、(4)針對(duì)轉(zhuǎn)化后的雙層優(yōu)化問(wèn)題，結(jié)合原始對(duì)偶優(yōu)化與多智能體深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架，提出一種約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法用于生成防御策略，實(shí)現(xiàn)斯塔克爾伯格均衡以對(duì)抗最優(yōu)攻擊，所述約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法中，防御者和攻擊者被視作執(zhí)行深度確定性策略梯度的智能體，具備執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)和雙重評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)，采用拉格朗日松弛技術(shù)將約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束問(wèn)題，采用原始-對(duì)偶優(yōu)化方法迭代更新策略和對(duì)偶變量。

8、第二方面，一種無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電策略決策裝置，包括：

9、考慮波干涉的充電模型和電磁輻射模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分布建立考慮波干涉的充電模型和電磁輻射模型，所述充電模型考慮不同充電器輻射的電磁波由于路徑長(zhǎng)度差異到達(dá)可充電設(shè)備時(shí)產(chǎn)生的相位變化計(jì)算多個(gè)充電器提供的累積充電功率；

10、安全充電問(wèn)題數(shù)學(xué)模型構(gòu)建模塊，用于基于所建立的充電模型和電磁輻射模型構(gòu)建無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，所述無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電問(wèn)題的優(yōu)化目標(biāo)是最大化所有可充電傳感器充電效用的和，同時(shí)保證電磁輻射安全約束，所述電磁輻射安全約束是指在遭受針對(duì)電磁輻射安全的攻擊后，網(wǎng)絡(luò)任一點(diǎn)的電磁輻射總量不超過(guò)預(yù)定的安全閾值；

11、安全充電問(wèn)題數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換模塊，用于利用分段常數(shù)函數(shù)近似非線(xiàn)性電磁輻射，將無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)的二維平面區(qū)域劃分為多個(gè)等效電磁輻射子區(qū)域，根據(jù)干涉特性計(jì)算各個(gè)等效電磁輻射子區(qū)域的最大輻射值點(diǎn)，基于最大輻射值點(diǎn)的輻射約束，將所述無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電問(wèn)題轉(zhuǎn)化為有限約束的雙層優(yōu)化問(wèn)題；

12、基于約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)的防御策略生成模塊，用于針對(duì)轉(zhuǎn)化后的雙層優(yōu)化問(wèn)題，結(jié)合原始對(duì)偶優(yōu)化與多智能體深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架，提出一種約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法用于生成防御策略，實(shí)現(xiàn)斯塔克爾伯格均衡以對(duì)抗最優(yōu)攻擊，所述約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法中，防御者和攻擊者被視作執(zhí)行深度確定性策略梯度的智能體，具備執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)和雙重評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)，采用拉格朗日松弛技術(shù)將約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束問(wèn)題，采用原始-對(duì)偶優(yōu)化方法迭代更新策略和對(duì)偶變量。

13、第三方面，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：一個(gè)或多個(gè)處理器；存儲(chǔ)器；以及一個(gè)或多個(gè)程序，其中所述一個(gè)或多個(gè)程序被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并且被配置為由所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電方法的步驟。

14、第四方面，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電方法的步驟。

15、有益效果：

16、(1)本發(fā)明提出了一種在無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電方法，首先構(gòu)建一個(gè)考慮波干擾的充電和電磁輻射模型，用以精確計(jì)算充電功率和電磁輻射分布；然后利用分段常數(shù)函數(shù)近似非線(xiàn)性電磁輻射，將二維區(qū)域劃分為多個(gè)等效子區(qū)域，利用基于干涉特性的最大輻射點(diǎn)計(jì)算方法將區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)的電磁輻射安全約束簡(jiǎn)化為最大值點(diǎn)的有限約束，把無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊點(diǎn)安全充電問(wèn)題化為有限約束的雙層優(yōu)化問(wèn)題；最后采用對(duì)偶學(xué)習(xí)方法結(jié)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)抗最優(yōu)攻擊的防御充電策略，該策略能夠?qū)崿F(xiàn)斯塔克爾伯格均衡。該方法通過(guò)通過(guò)確定無(wú)線(xiàn)充電器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在應(yīng)對(duì)攻擊的同時(shí)，最大程度地提升整體充電效用并保證電磁輻射安全。

17、(2)本發(fā)明結(jié)合原始對(duì)偶優(yōu)化與多智能體深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架，提出一種約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，原始對(duì)偶訓(xùn)練方法能夠有效管理關(guān)鍵約束，優(yōu)化充電效用的同時(shí)確保電磁輻射安全；多智能體深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架能夠捕捉防御者與攻擊者之間的復(fù)雜交互，制定穩(wěn)健的防御策略；這種集成使算法在不斷優(yōu)化性能的過(guò)程中，努力實(shí)現(xiàn)斯塔克爾伯格均衡，最終確定對(duì)抗充電場(chǎng)景中的最佳防御策略。

技術(shù)特征：

1.一種無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，假設(shè)有n個(gè)相同的無(wú)線(xiàn)充電器和m個(gè)相同的可充電傳感器位于二維平面ω，所述充電模型表示如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，定義無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電問(wèn)題如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，最大輻射值點(diǎn)的確定方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，將所述無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電問(wèn)題轉(zhuǎn)化為有限約束的雙層優(yōu)化問(wèn)題，表示為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法采用集中訓(xùn)練與分散執(zhí)行框架，在執(zhí)行過(guò)程中，防御者智能體基于局部觀(guān)測(cè)最大化拉格朗日懲罰函數(shù)，攻擊者智能體則在觀(guān)察后響應(yīng)；智能體通過(guò)與環(huán)境交互收集經(jīng)驗(yàn)，并存儲(chǔ)于經(jīng)驗(yàn)回放緩沖區(qū)；當(dāng)環(huán)境達(dá)到終止?fàn)顟B(tài)即策略確定時(shí)重置；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述約束強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法包括：攻防策略決策構(gòu)造為馬爾可夫博弈模型其中，為狀態(tài)空間，為智能體i的離散動(dòng)作空間，為智能體的聯(lián)合動(dòng)作空間，為概率轉(zhuǎn)移機(jī)制，智能體i根據(jù)其狀態(tài)和行為獲得獎(jiǎng)勵(lì)并產(chǎn)生成本；智能體i的目標(biāo)是最大化其總預(yù)期回報(bào)和最小化其總預(yù)期成本其中ri:ci:γ∈[0,1]是折扣因子，t是時(shí)間范圍；

8.一種無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電策略決策裝置，其特征在于，包括：

9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，其特征在于，包括：一個(gè)或多個(gè)處理器；存儲(chǔ)器；以及一個(gè)或多個(gè)程序，其中所述一個(gè)或多個(gè)程序被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并且被配置為由所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊的安全充電方法及裝置。所述方法包括：構(gòu)建一個(gè)考慮波干擾的充電和電磁輻射模型，用以精確計(jì)算充電功率和電磁輻射分布；利用分段常數(shù)函數(shù)近似非線(xiàn)性電磁輻射，將二維區(qū)域劃分為多個(gè)等效子區(qū)域，利用基于干涉特性的最大輻射點(diǎn)計(jì)算方法將區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)的電磁輻射安全約束簡(jiǎn)化為最大值點(diǎn)的有限約束，把無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)中對(duì)抗攻擊點(diǎn)安全充電問(wèn)題化為有限約束的雙層優(yōu)化問(wèn)題；采用對(duì)偶學(xué)習(xí)方法結(jié)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)抗最優(yōu)攻擊的防御充電策略，該策略能夠?qū)崿F(xiàn)斯塔克爾伯格均衡。本發(fā)明在有效防御了對(duì)電磁輻射安全的攻擊的同時(shí)，在充電效用方面平均比對(duì)比算法提高了40.48％。

技術(shù)研發(fā)人員：戴海鵬,任美璇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2