(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111533700.3 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 中国电子科技 集团公司第三十 研究 所 地址 610000 四川省成 都市高新区创业路6 号 (72)发明人 胡金龙　徐兵杰　李扬　黄伟　 马荔　杨杰　盘艳　罗钰杰　周创　 (74)专利代理 机构 成都九鼎天元知识产权代理 有限公司 51214 代理人 张杰 (51)Int.Cl. H04J 3/06(2006.01) H04J 14/02(2006.01) H04L 9/40(2022.01)G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 一种基于长短期记忆网络的时间同步安全 监测方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于长短期记忆网络的 时间同步安全监测方法及系统， 其中监测方法包 括： 步骤S1.搭建时间同步安全监测系统， 该系统 包括主时钟、 从时钟、 时间信息传输子系统、 信道 攻击子系统、 时间信息采集子系统、 时间安全防 护子系统及环境传感子系统； 步骤S2.采集获取 用于时间安全防护子系统进行训练的基本数据； 步骤S3.在时间安全防护子系统上搭建长短期记 忆网络， 基于构造的训练数据集对长短期记忆网 络进行训练； 步骤S4.时间同步安全监测系统进 行实地部署， 将部署前训练成熟的长短期记忆网 络模型迁移至实地部署环境下进行 强化学习。 本 发明能消除环境变化及噪声干扰对攻击识别准 确性影响， 提升时间同步 攻击识别准确性。 权利要求书2页 说明书11页 附图6页 CN 114389736 A 2022.04.22 CN 114389736 A 1.一种基于 长短期记 忆网络的时间同步 安全监测方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1.搭建时间同步安全监测系统， 该时间同步安全监测系统包括主时钟、 从时钟、 时间信息传输子系统、 信道攻击子系统、 时间信息采集子系统、 时间安全防护子系统及环 境 传感子系统， 其中时间信息传输子系统用于为主时钟和从时钟传输时间信号， 信道攻击子 系统用于在主时钟和从时钟之 间施加信道攻击， 时间信息采集子系统用于实时采集主时钟 和从时钟的时间信号信息， 时间安全防护子系统用于进行长短期记忆网络训练， 环境传感 子系统用于采集主时钟端和从时钟端的环境 参数； 步骤S2.采集获取用于时间安全 防护子系统进行训练的基本数据： 时间信息采集子系 统利用第一时间间隔计数器在主时钟端采集主时钟与从时钟传输过来时间信号的时间差， 记为TIC1； 并利用第二时间间隔计数器在从时钟端采集从时钟与主时钟端传输过来时间信 号的时间差， 记 为TIC2； 环 境传感子系统采集主时钟端的温度及湿度并记为Temp1、 Hum1， 采 集从时钟端的温度及湿度并记为Temp2、 Hum2； 步骤S3.在时间安全 防护子系统上搭建长短期记忆网络， 构造用于长短期记忆网络训 练的样本数据集， 基于构造的训练数据集对长短期记忆网络进行训练， 形成成熟 的用于时 间同步攻击识别的长短期记 忆网络模型； 步骤S4.时间同步安全监测系统进行实地部署， 将部署前训练成熟的长短期记忆网络 模型迁移至实地部署环境下进行强化学习； 强化学习后将TIC1、 TIC2、 Temp1、 Hum1、 Temp2、 Hum2作为长短期记忆网络模型的输入， 输出结果作为传输链路安全状态的判定， 并根据判 定结果选择本地时钟同步 误差更新策略。 2.根据权利要求1所述的一种基于长短期记忆网络的时间同步安全监测方法， 其特征 在于， 所述 步骤S3包括： 步骤S301.在时间安全防护子系统上 搭建长短期记 忆网络； 步骤S302.确定输入长短期记 忆网络应包 含的特征数据及标签数据； 步骤S303.所述特 征数据在输入长短期记 忆网络前， 进行归一 化处理； 步骤S304.归一化后的特征数据在输入长短期记忆网络前， 根据网络结构特征构造批 数据； 步骤S305.确定用于长短期记忆网络训练的标签数据： 无攻击标签数据设定为0， 有攻 击标签数据设定为1； 步骤S306.长短期记忆网络的训练： 使用Adam优化算法， 根据期望损失值更新长短期记 忆网络中的参数， 训练至各条件下时间安全防护子系统对攻击识别的准确率大于给定目标 值时训练结束， 确定 长短期记 忆网络模型参数。 3.根据权利要求2所述的一种基于长短期记忆网络的时间同步安全监测方法， 其特征 在于， 所述步骤S301中， 搭建的长短期记忆网络包括长短期记忆层、 层间Dropout及输出的 全连接层， 其中长短期记 忆层包含长短期记 忆神经元。 4.根据权利要求2所述的一种基于长短期记忆网络的时间同步安全监测方法， 其特征 在于， 所述步骤S302中， 输入 特征数据包含两时钟端测得的时间误差数据即TIC1和TIC2， 以 及两时钟端的温度和湿度 即Temp1、 Hum1、 Temp2、 Hum2， 所述标签数据为对应的是否施加攻 击的标记。 5.根据权利要求2所述的一种基于长短期记忆网络的时间同步安全监测方法， 其特征权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114389736 A 2在于， 所述 步骤S304中， 批数据为按照特 征数、 时间步长及批处 理大小构造的3维数据矩阵。 6.根据权利要求2所述的一种基于长短期记忆网络的时间同步安全监测方法， 其特征 在于， 所述步骤S306的训练过程中， 时间同步安全监测系统所处环境包括实地部署中能够 遇到的各种环境， 信道攻击 子系统所施加的信道攻击包括各种攻击模式。 7.根据权利要求1 ‑6任一项所述的一种基于长短期记忆网络的时间同步安全监测方 法， 其特征在于， 所述步骤S4中， 将 部署前训练成熟的长 短期记忆网络模型迁移至实地部署 环境下进行强化学习的方法包括： 实地部署完成后， 根据实地部署获取 的训练数据集按照 步骤S3对迁移过来的长短期记 忆网络模型进一 步训练。 8.根据权利要求1 ‑6任一项所述的一种基于长短期记忆网络的时间同步安全监测方 法， 其特征在于， 所述步骤S4中， 传输链路安全状态的判定方法包括： 攻击识别过程中每隔 预设时间提供多个用于攻击判定的特征数据， 在进行预测前进行特征数据归一化处理并添 加至输入序列的最前端， 同时后端丢掉一个数据， 按照特征数及时间步长构造一个二维矩 阵， 用于预测时间同步 误差。 9.一种时间同步安全监测系统， 其特征在于， 包括主时钟、 从时钟、 时间信息传输子系 统、 信道攻击子系统、 时间信息采集子系统、 时间安全防护子系统及环境传感子系统， 其中 时间信息传输子系统用于为主时钟和从时钟传输时间信号， 信道攻击子系统用于在主时钟 和从时钟之 间施加信道攻击， 时间信息采集子系统用于实时采集主时钟和从时钟的时间信 号信息， 时间安全防护子系统用于进行长短期记忆网络训练， 环境传感子系统用于采集主 时钟端和从时钟端的环境 参数。 10.根据权利要求9所述的时间同步安全监测系统， 其特征在于， 还包括从时钟端的时 间安全监测系统， 所述从时钟端的时间安全监测系统包括： 数据处理模块， 用于整个时间同步安全监测系统相关数据的存储、 处理及长短期记忆 网络训练的输入及标签数据的构造； 模型训练模块， 用于时间同步 安全监测系统部署前的长短期记 忆网络的训练； 系统安全状态判定模块， 运行训练成熟的长短期记忆网络， 用于部署后的时间同步安 全监测系统安全状态的判定； 时间误差修正模块， 根据判定的系统安全状态确定从时钟更新策略， 控制从时钟时间 更新。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114389736 A 3