物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)閘的研究與應用論文
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展以及生產(chǎn)運營精細化管理的需要，信息網(wǎng)絡與控制網(wǎng)絡的互聯(lián)互通已是大勢所趨，但是網(wǎng)絡安全問題也隨之而來。本文介紹了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能網(wǎng)閘設備，詳細闡述了智能網(wǎng)閘的原理、架構、技術特點。該設備不但具備智能網(wǎng)關的功能，而且具備網(wǎng)絡物理隔離的功能，在物聯(lián)網(wǎng)領域中得到了廣泛的應用。
1 引言
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)依托自動化、信息化和業(yè)務智能化技術，它的建立使經(jīng)營管理層與車間執(zhí)行層實現(xiàn)了雙向信息流交互，消除了信息孤島與斷層現(xiàn)象[1]。但信息網(wǎng)絡與控制網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)時，如何保證過程控制網(wǎng)絡的安全就成了一個嚴峻的問題。特別是對于石油、電力、鋼鐵等行業(yè)，對連續(xù)生產(chǎn)的安全性和可靠性有著極高的要求�？刂凭W(wǎng)絡一旦受到了惡意攻擊，感染了病毒、蠕蟲，很可能導致整個控制網(wǎng)絡癱瘓。因此，在網(wǎng)絡互聯(lián)的同時必須采取有效的手段保護控制網(wǎng)絡，防止來自外網(wǎng)的各種威脅。
傳統(tǒng)的方式是選擇網(wǎng)絡防火墻等設備來解決網(wǎng)絡安全問題。網(wǎng)絡防火墻雖然具有較強的抗攻擊能力，但它是提供信息安全服務、實現(xiàn)網(wǎng)絡和信息安全的一種基礎設施，用于滿足各種通用的網(wǎng)絡應用。防火墻只能做網(wǎng)絡四層以下的控制，對于應用層內的病毒、蠕蟲都沒有辦法，不能滿足工業(yè)網(wǎng)絡較高的防護要求[2]。
2 智能網(wǎng)閘的原理
智能網(wǎng)閘是專為工業(yè)網(wǎng)絡應用設計的安全設備，用于解決工業(yè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)如何快捷、安全傳輸?shù)叫畔⒕W(wǎng)絡的問題。它與防火墻等網(wǎng)絡安全設備本質不同的.地方是它阻斷網(wǎng)絡的直接連接，只完成特定工業(yè)應用數(shù)據(jù)的交換。由于沒有了網(wǎng)絡的連接，攻擊就沒有了載體，如同網(wǎng)絡的“物理隔離”。由于目前的安全技術，無論防火墻、UTM等防護系統(tǒng)都不能保證攻擊的強制阻斷，入侵檢測等監(jiān)控系統(tǒng)也不能保證入侵行為完全捕獲，所以最安全的方式就是物理的分開。智能網(wǎng)閘可以實現(xiàn)在物理層、鏈路層和應用層不同級別的隔離。根據(jù)不同的網(wǎng)絡隔離，即保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男�，也保證足夠的安全等級。物理層隔離是通過專門電路，在物理層實現(xiàn)電信號的單向傳輸，確保被保護一方的絕對安全。
3 智能網(wǎng)閘的架構
3.1 智能網(wǎng)閘的硬件架構
如圖1所示，智能網(wǎng)閘內部兩端由兩個獨立主機系統(tǒng)組成，每個主機系統(tǒng)分別具有獨立
圖1 智能網(wǎng)閘的硬件架構圖
的運算單元和存儲單元，各自運行獨立的操作系統(tǒng)和核心程序。連接保護網(wǎng)絡的一端為控制端，負責接入到SCADA控制網(wǎng)絡;另一端為信息端，負責接入到信息網(wǎng)絡。
每端主機的硬件均采用高性能嵌入式計算機芯片，底板上各有多個以太網(wǎng)接口用來連接要隔離的兩個網(wǎng)絡。每側主機的總線上各安裝一塊專用隔離通信卡實現(xiàn)雙機之間的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)流向為內網(wǎng)數(shù)據(jù)單向流向外網(wǎng)。設計了專門的硬件看門狗時刻監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，保證裝置的穩(wěn)定、可靠運行。
3.2 智能網(wǎng)閘的軟件架構
如圖2所示，智能網(wǎng)閘的控制端與信息端主機分別運行嵌入式高性能工業(yè)通信軟件。智能網(wǎng)閘隔離設備中運行獨立的通訊數(shù)采軟件，控制端提供基本的設備數(shù)據(jù)采集，如主流PLC、智能儀表、智能設備、各種標準協(xié)議(如Modbus，DNP，IEC-104，Bacnet，OPCClient)，實現(xiàn)對各種設備數(shù)據(jù)的接入。
信息端主機提供數(shù)據(jù)服務，支持以標準協(xié)議將數(shù)據(jù)轉發(fā)給第三方系統(tǒng)或各種數(shù)據(jù)庫。并且具有一系列高附加值的功能模塊，如報警服務，存儲系統(tǒng)，斷線緩存，腳本引擎，觸發(fā)器等。
圖1 智能網(wǎng)閘的軟件架構圖
4 技術特點
4.1微內核技術
智能網(wǎng)閘采用ARM+Linux/RT-Thread平臺，內核中除了與工業(yè)標準通信的服務與端口外，裁剪掉了其它所有無關的網(wǎng)絡服務、系統(tǒng)功能，屏蔽了無關端口，進一步提高了系統(tǒng)安全性和抗攻擊能力，免于hacker對操作系統(tǒng)的攻擊，并有效抵御Dos/DDos 攻擊。
4.2 網(wǎng)絡隔離技術
智能網(wǎng)閘采用截斷TCP連接的方法，徹底割斷穿透性的TCP連接。智能網(wǎng)閘的控制端與信息端主機之間采用專有的網(wǎng)絡隔離傳輸技術。物理層采用專用隔離硬件，鏈路層和應用層采用私有通信協(xié)議，數(shù)據(jù)流采用128 位以上加密方式傳輸，更加充分保障數(shù)據(jù)安全。
通過物理隔離與專有隔離傳輸技術，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)完全自我定義、自我解析、自我審查，傳輸機制具有徹底不可攻擊性，從根本上杜絕了非法數(shù)據(jù)的通過，確�？刂贫瞬粫艿焦�、侵入。
4.3 數(shù)據(jù)點訪問控制
智能網(wǎng)閘實現(xiàn)了對工業(yè)現(xiàn)場通信協(xié)議的解析，可以實現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)具體測點的安全控制，更可以實現(xiàn)現(xiàn)場設備具體寄存器地址的安全控制。
4.4 單向控制
數(shù)據(jù)的流向完全是由控制端單向傳輸?shù)叫畔⒍�，這種限制保障了控制端的數(shù)據(jù)可及時、完整的傳到信息網(wǎng)，又可完全杜絕外網(wǎng)的錯誤數(shù)據(jù)、惡意數(shù)據(jù)、病毒等傳向控制端。
4.5 可靠性技術
智能網(wǎng)閘采用基于RISK架構，采用低功耗、無飛線、無風扇設計，具備斷電保護、鏈路冗余、多層看門狗(硬件看門狗+軟件看門狗)等功能，最大限度的提高了可靠性，是一種真正的工業(yè)級設備，
4.6 平臺開放技術
智能網(wǎng)閘是一個完全開放的平臺，任何開發(fā)者都可使用智能網(wǎng)閘提供的開放接口來開發(fā)相關的應用，如采集驅動，數(shù)據(jù)應用等，支持C/C++、WebService等多種開發(fā)形式。開發(fā)者可通過這些接口快速方便的訪問智能網(wǎng)閘中的任何信息，并可擴展智能網(wǎng)閘的功能。
5 結語
智能網(wǎng)閘設備具備安全性高、穩(wěn)定性好、適用性廣等特點，該設備可以較好的解決企業(yè)內外網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)安全傳輸問題。隨著物聯(lián)網(wǎng)理念的逐步深入，智能網(wǎng)閘設備在SCADA控制網(wǎng)絡接入企業(yè)信息網(wǎng)，企業(yè)各個子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊等領域的應用將會更加廣泛。
【物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)閘的研究與應用論文】相關文章：
基于物聯(lián)網(wǎng)的智能社區(qū)互助系統(tǒng)的設計研究論文11-02
基于移動互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應用無線性能優(yōu)化研究論文11-04
物聯(lián)網(wǎng)論文06-12
基于物聯(lián)網(wǎng)的草莓無土栽培智能管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)研究論文10-21
物聯(lián)網(wǎng)的技術論文07-14
關于物聯(lián)網(wǎng)的論文05-13