基于双混沌映射的平台访问量多协同任务控制方法

郑忠斌，姜厚禄，侍守创

（1.工业互联网创新中心（上海）有限公司，上海 200120；2.江苏杰瑞信息科技有限公司，江苏连云港 222000）

在当前信息环境下，传统的“平台为中心”模式正在向“网络为中心”的多机协作模式转变。产业智能应用平台之间的协作是任务和信息的结合，越来越多的学者对此进行了深入的研究，如文献[1]以任务执行时间和系统负载均衡为优化目标，任务执行时间缩短，可使系统负载趋于均衡；文献[2]计算云计算资源损耗，初始化蝙蝠种群的脉冲频率，对不同数量服务器数据中心进行模拟，实现任务的划分，提高算法的分配效率。但是在大规模协同控制环境中，任务信息高度分散，难以集中控制，且工业智能应用平台的移动和访问通道会发生变化，集中控制结构依赖于大量的访问数据，因而，访问量控制过程缺乏一定的隐蔽性，无法高效完成协同任务。

针对上述问题，提出了基于双混沌映射的平台访问量多协同任务控制方法。双混沌映射在抗干扰方面有一定的优势，可以保证平台访问量的多协作完整性。

1 工业智能应用平台

工业智能客户端是信息化实用平台，构建工业智能应用平台所需的基础设备和控制系统是平台建设的总体目标[3-6]。应用层、控制层和资讯层之间通过网络连接，以此进行信息交互。工业智能应用平台如图1 所示。

图1 工业智能应用平台

由图1 可知，工业智能应用平台是一个复杂应用平台，该平台是由3 个层次组成的，分别是应用层、控制层和资讯层。其中应用层包括控制器和变频器；控制层包括工厂远程运维管理系统、订单数字制造管控系统、智能工业云服务体系、项目管理协同工作云平台、产业地图与智能交互系统；资讯层包括信息服务器、管理服务器[7-9]。

1.1 工厂远程运维管理系统

为了满足工厂远程运营管理中心对生产运行、设备维护等数据的实时访问需求，确保工厂运营人员能及时地获得社会技术资源，工厂远程运维管理系统在工厂远程运营管理维护模式下，为减少设备故障、提高工厂的生产效率并提供运营管理技术支持，从而形成一整套解决方案，实现了工业设备的在线智能监控，并根据监控结果设置预警阈值，以此作为优化控制工厂远程运维管理系统的标准，实现生产过程的实时控制[10]。

1.2 订单数字制造管控系统

订单数字制造管控系统可以为厂商提供数字化、智能化的生产流程，从而全面提升订单生产能力[11]。在此基础上，设计工厂制造平台的标准化接口，逐步实现工厂数字化改造[12]。

1.3 智能工业云服务体系

智能工业云服务系统为工厂制造提供了网络平台，使工业服务向数字化、智能化方向发展，有效促进了我国工业制造企业的转型[13]。施工开始时，应确定与设备运行有关的管理服务。之后，系统可以实现与服务工作相关的生产服务，包括工业准备阶段的图纸设计、后期智能化阶段的确定和虚拟服务，最终实现基于多种服务模式的工业智能化生产[14]。

1.4 项目管理协同工作云平台

以项目协作管理为核心，在项目管理协作工作云平台上实现目标管理的可视化，并在此平台上集成项目协作，构建目标产业链[15]。

1.5 产业地图与智能交互系统

产业地图与智能交互系统同GIS 相结合，为工业制造业提供了详细的地理定位和综合技术，也为工业制造企业的生产管理提供了一个完整的网络解决方案，实现了工业制造企业之间的信息交换，形成了一个开放的、可扩展的网络环境共享交互系统。

2 基于双混沌映射多协同任务控制

2.1 基于双混沌映射加解密控制

以往采用单一混沌映射模型进行加密时，存在计算量大、加密时间长的问题[16-20]，为了能够在短时间内实现平台访问的多任务控制，使之具有较高的安全性，有效防止信息丢失，进行了基于双混沌映射控制加解密算法设计，框图如图2 所示。

图2 基于双混沌映射控制加解密框图

由图2 可知，平台访问量多协同任务内容不一致，均是以二进制形式保存的，因此借助异或逻辑运算方法，能够处理不同类型的文件。基于双混沌映射控制的加、解密的具体内容如下：

1）加密过程

首先，预处理明文数据，然后用编程软件打开平台访问的多协作任务文件，确定输入参数，作为双混沌映射模型的密钥，得到混沌序列；最后，对双混沌映射模型进行仿真，对明文进行异或逻辑运算，得到加密密文。

2）解密过程

在解密过程中，首先通过编程软件对明文数据进行预处理，以双混沌映射模型密钥的形式确定输入参数，得到混沌序列。采用异或逻辑运算对明文进行处理，然后将混沌序列输入到同一密钥中，得到解密后的密文。

双混沌映射模型如图3 所示。

图3 双混沌映射模型

由图3 可知，选定Henon、Logistic 映射作为双混沌映射，设双混沌映射初始值为x0、y0，密钥分别为a、b，详细加解密流程如下：

step1：迭代处理10 次，可得到中间迭代结果xn、yn；

step2：取双混沌映射初始值x0、y0乘积绝对值|H|，将h=|H|-[|H|]作为Logistic 映射方程初始值，Logistic 映射方程为：

step3：计算Logistic 映射方程初始值h，如果h=0，则返回到step1，重新输入初始值；

step4：迭代处理10 次，获取Logistic 映射方程的中间迭代结果

step5：将中间迭代结果分别乘2、4、6、8、10 组成一个五位二进制数，获取一个位密钥流，并与明文进行异或运算，形成一个密文字节；

step6：迭代处理10 次，得到最终迭代结果，反复执行step3-step5，直到所有明文都加载完毕即可；

step1、step4 迭代处理保障双混沌映射Henon、Logistic 都进入了混沌状态，为了减少运算量，迭代次数控制在10 次。

2.2 工业智能应用平台控制方案设计

工业智能应用平台访问量多协同任务控制模式如图4 所示，通过数据链，控制中心可以实现对工业智能应用平台的任务监控与管理。

图4 工业智能应用平台控制模式

移动接入网能够实现平台间流量的分散协作，具有集中协作管理和分散协作控制的特点。访问是分散协作的前提和基础，如果没有图4 所示的信息拓扑或访问连接，分散访问协作就不可能实现。

访问管理主要解决平台间的访问拓扑及其重构问题，访问拓扑可表示为有向或无向图。访问管理开关变量为fij(a)，其表示为：

考虑到平台的移动性，访问拓扑在实际应用中是动态的，即可能是时变的。通过这种方式，访问管理系统还可以动态地管理平台拓扑变化。

基于双混沌映射的平台访问量多协同任务控制方案如图5 所示。

图5 协同控制方案

由图5 可知，任务管理系统主要管理目标分配任务和访问拓扑任务。基于有限的数据访问，采用分散局部规划和分散协同控制的方法，对工业智能应用平台的流量进行多协作任务控制。

3 仿真实验

3.1 仿真环境

工业智能应用平台之间的控制、决策和信息是高度分布的，为了体现这一特性，构建了图6 所示的仿真环境。

由图6 可知，基于局域网构建的仿真环境是由n个平台、平台运动模型、传感器模型和访问模型组成的。网络通信采用组播方式，该方式具有松散耦合通信的特点，能够适应动态多变仿真环境需求。

3.2 实验结果与分析

分别使用文献[1]方法、文献[2]方法、双混沌映射控制方法分析不同访问人数下平台被访问的次数，对比结果如图7 所示。

由图7 可知，在无干扰环境下，随着访问人数的增加，访问次数逐渐升高，其中，使用双混沌映射控制方法随着访问人数增加，最高为23 500 次，与实际值一致。

图7 3种方法平台被访问次数对比分析

在干扰环境下，随着访问人数增加，使用文献[1]方法控制后的访问量呈升高—下降—升高—下降趋势，最高访问次数为70 000 次；文献[2]方法控制后的访问量呈升高—下降趋势，最高访问次数为115 000次；使用双混沌映射控制方法控制后的访问量呈升高—下降—升高趋势，最高访问次数为190 000 次。

4 结束语

文中将Henon 和Logistic 两种不同类型的混沌信号，经非线性函数变换后产生的混沌载波与两种不同类型的混沌映射进行组合，在有限访问条件下，利用工业智能应用平台可以实现分散局部规划、协调和控制，通过控制方案，实现了平台访问量的安全快速加密，无论在有无干扰环境下，使用双混沌映射控制方法均可实时控制访问量，具有良好控制效果。