电子信息新技术系列讲座报告 (4)

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1、电子信息新技术系列讲座报告学院：电气学院班级：电子信息工程11学号：3110503姓名：2014年12月关于工业控制网络信息安全的学习报告内容一、工业控制网络信息安全的简单介绍在现场总线技术的基础上发展了工业控制网络，它是用具有数字通信能力并能大量分散在生产现场的测量控制仪表作为网络节点而构成的。工业网络具有很高的公开性，对于通信协议的要求也很高。它的运作主要是把现场的设备之间的信息可以自由交流，在这样就更容易完成控制系统的任务，完成速度更快，与工业控制网络相比，现场总线就不能很好地完成这个任务。网络信息安全是一个关系国家安全和主权、社会稳定、民族文化继承和发扬的重要问题。其重要性，正

2、随着全球信息化步伐的加快越来越重要。网络信息安全是一门涉及计算机科学、网络技术、通信技术、密码技术、信息安全技术、应用数学、数论、信息论等多种学科的综合性学科。它主要是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，系统连续可靠正常地运行，网络服务不中断。二、该技术发展的背景和研究现状现如今企业的经营方式随着互联网和其相关技术的出现和发展，已经被改变了很多，它使信息通信环绕在整个社会生活中，并在很大的范围内得以贯穿，世界上有文明的地方就有工业控制网络。在一些领域里，例如办公自动化领域里，办公设备中出现了互联网技术的支持。除此之外，在制造加

3、工工业中，在互联网的基础上，开放式的、透明的商业运作是新技术的发展方向。工业控制网络在提高生产速度、管理生产过程、合理高效加工以及保证安全生产等工业控制及先进制造领域起到越来越关键的作用[1]。工业控制网络从最初的计算机集成控制系统CCS到集散控制系统DCS,发展到现场总线控制系统[2]。近年来,以太网进入工业控制领域,出现了大量基于以太网的工业控制网络[3，4]。同时,随着无线技术的发展,基于无线的工业控制网络的研究也已开展[5]。随着经济全球化的发展和大部分产品周期的提高，为了降低生产成本，企业大都应用互联网、智能设备和服务器式应用系统以及无线通信等新技术。虽然这样确实降低了成本，

4、但同时这些新技术和商业过程无法避免地生成了很多数据，这些数据分配又是一个难题。虽然在执行方式上，硬件和软件不同，但它们在商业系统中具有相同的本质标准，那就是开放式的生产管理体系。这种体系能使企业脱离单一的设备维护费用的运作方式。除此之外，开放式的系统使动态的制造数据得以释放，在整个企业网络范围内，使我们的管理者能能把数据自由地分配给广大使用者，从而提高了企业的工作效率。图1总结了工业控制网络的4大主要类型:传统控制网络、现场总线、工业以太网以及无线网络。传统控制网络现在已经很少使用,目前广泛应用的是现场总线与工业以太网,而工业以太网关键技术的研究是目前工业控制网络研究的热点。图（1）工

5、业控制网络的主要分类一、对工业控制网络信息安全的原理介绍将以太网应用于工业控制领域，构成工业以太网，已成为目前研究的热点[6，7]。典型的工业以太网结构如图（2）所示，由现场设备层、控制层以及管理层构成。各层都有其本质需要和不同类型的信息交换，网络大小、支持设备数量、网络速度、反馈时间和负载大小等方面的不同导致各层所采用的网络技术也不同[8]。考虑到工业以太网对实时性能的需求，实时性主要依赖于传输消息的类型，在现场设备层，要求进行实时通信，有严格受限的硬件及通信资源，而在管理层则可允许进行非实时通信[3，9]。图（2） 典型工业以太网基本结构目前，工业以太网研究的关键技术包括通信实时性

6、、网络互操作性、总线供电、安全性与可靠性等方面[8，10]。关于通信实时性，传统共享式以太网采用总线式的拓扑结构和多路存取载波侦听/碰撞检验CSMA/CD通信方式[11]，集线器被动接收输入端口信息并以广播方式发送到所有输出端口。冲突的存在使得共享式以太网具有不确定性，会导致某些节点数据帧的丢失[12]。共享式以太网通信延时定义如下:TE=TETE+TC(1)其中,TETE表示网络上端到端节点的通信延时;TC表示数据帧在源节点的等待延迟,定义如下:NcTC=∑（TCDT+TJAM+TBOK）(2)K=1其中,Nc为最大碰撞次数,TCDT为碰撞检测时间,TJAM为碰撞发生后发送阻塞信号所

7、需的时间。TBOK为BEB算法退避时间,定义如下,其中TS是缝隙时间。TBOK=(uniform/1,2min(k,10)/-1)*TS(3)文献[4]以10BASE2T以太网为例对共享式以太网的最大通信延时进行了计算。1bit数据传输时间Tb=1/10×106bps=0.1μs,传输速度TV=0.65×2.0×108m/s。电缆长度为100m,传输一个177Bytes数据帧,共享式以太网最大通信延时TE=418.8ms,这不能满足工业通信实时