CN116719283A - 一种内生安全的云边协同工控***架构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内生安全的云边协同工控***架构，包括：中心云、边缘智能控制平台、工业安全隔离接入网关、边缘端控制器、终端设备，其中：所述中心云上部署顶层应用；所述边缘智能控制平台与所述中心云进行通讯，所述边缘智能控制平台上具有智能控制功能模块、安全防护模块、工业智能APPs模块，每个模块均有多个容器化子模块构成；所述工业安全隔离接入网关连接所述边缘智能控制平台和边缘端控制器；所述边缘端控制器用于执行所述终端设备中的控制策略；所述边缘端控制器采用内生安全构造。通过以上***构架克服了传统工控***信息孤岛严重、***生命周期短、内生安全考虑不足等问题，进而助力实现高可靠高可信高可用的云边协同智能工控***。
Description
技术领域
本申请涉及工业控制领域，尤其涉及一种内生安全的云边协同工控***架构。
背景技术
随着工业互联网、关键信息基础设施安全保护等国家战略的推进，工业控制***作为工业互联网、关键信息基础设施的神经中枢，逐步向云边协同开放架构演进。同时，该***又面临着未知漏洞缺陷暴露面增大、未知攻击路径可达性增强、攻击造成的***故障危害性增高等重大风险，传统基于先验知识的被动安全防护技术无法有效解决。随着工业化与信息化进程的不断融合，越来越多的信息技术应用到了工控领域，使得工控***与信息网络联系更加紧密，这无形中也扩大了工控网络攻击的范围，增加了工控设备遭受网络攻击的风险。
由此，传统工控***存在信息化孤岛现象严重、缺乏顶层设计、内生安全不足等问题，使得传统的工业控制***架构及安全防护技术已经无法满足云边协同趋势下工业智能控制***的需求。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种内生安全的云边协同工控***架构，以解决传统工控***信息化孤岛现象严重、缺乏顶层设计、内生安全不足等问题。
根据本申请实施例，提供一种内生安全的云边协同工控***架构，包括：中心云、边缘智能控制平台、工业安全隔离接入网关、边缘端控制器、终端设备，其中：
所述中心云上部署顶层应用；
所述边缘智能控制平台与所述中心云进行通讯，所述边缘智能控制平台上具有智能控制功能模块、安全防护模块、工业智能APPs模块，每个模块均有多个容器化子模块构成，各容器化子模块通过安全数据总线安全通信；
所述工业安全隔离接入网关连接所述边缘智能控制平台和边缘端控制器；
所述边缘端控制器用于执行所述终端设备中的控制策略；
所述边缘端控制器采用内生安全构造。
可选的，所述中心云采用公有云、私有云或混合云。
可选的，所述智能控制模块至少包括监控操作、设备通信管理、高级报警管理、事件序列分析、实时数据库、历史数据记录容器化功能模块。
可选的，所述安全防护模块至少包括漏洞缺陷检测、安全漏洞模式、商密应用、边缘通信保护、威胁识别、隔离与响应、安全多样编译、安全下发部署容器化安全模块，保障工控***全生命周期安全。
可选的，所述工业智能APPs模块至少包括数据管理、计划排程管理、生产调度管理、质量管理、设备管理、先进控制、质量优化、成本优化容器化工业APP模块。
可选的，各容器化子模块还通过软件定义的全生命周期安全编排响应组件进行执行体部署、执行体调度、执行体监控、执行体重构以及分布式分发表决服务，由此实现对整个边缘控制平台开发、部署、运行、更新的全生命周期安全编排及自动化响应。
可选的，所述边缘端控制器包括可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制器(DCS)这两种工业智能控制器。
可选的，所述可编程逻辑控制器需要基于动态异构冗余的轻量内生安全构造。
可选的，所述分布式控制器需要基于高可用、高可靠、高安全异构冗余表决的内生安全构造。
可选的，所述设备终端包括感知设备和执行设备，所述边缘端控制器对被控的感知设备和执行设备施加控制指令，完成对被控对象的控制。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本申请整个***采用云边协同的架构，克服了传统工控***信息孤岛严重、***生命周期短的技术问题，进而达到工控***扁平化、平等化，实现各个模块数据互联互通，提高工业控制***运行效率。采用系列内生安全构建技术，克服了传统工控***未知漏洞防护难、未知攻击抵御难、攻击下连续运行难的技术问题，进而达到基于拟态云技术的边缘智能控制平台本体内生安全，保障平台漏洞主动容忍、攻击主动规避、失效主动抑制的效果。采用动态异构冗余的控制器，进而达到了终端控制器的内生安全，一体化构建了内生安全的云边协同工控***架构，其可靠、可信、高效、智能、实时、扁平化、差异化等特点，可以支撑工控***的长远发展。采用内生安全的云边协同工控***架构，克服了传统工控***信息孤岛严重、***生命周期短、内生安全考虑不足等问题，进而助力实现高可靠高可信高可用的云边协同智能工控***。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种内生安全的云边协同工控***架构的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
图1是根据一示例性实施例示出的一种内生安全的云边协同工控***架构的框图，如图1所示，本发明实施例提供一种内生安全的云边协同工控***架构可以包括：中心云、边缘智能控制平台、工业安全隔离接入网关、边缘端控制器、终端设备，所述中心云上部署顶层应用；所述边缘智能控制平台与所述中心云进行通讯，所述边缘智能控制平台上具有智能控制功能模块、安全防护模块、工业智能APPs模块，每个模块均有多个容器化子模块构成，各子容器化模块通过安全数据总线安全通信；所述工业安全隔离接入网关连接所述边缘智能控制平台和边缘端控制器；所述边缘端控制器用于执行所述终端设备中的控制策略；所述边缘端控制器采用内生安全构造。
由上述实施例可知，本申请基于拟态云平台打造内生安全的边缘智能控制平台，达到基于动态异构冗余架构的裁决与清洗恢复，保障平台可信可靠；利用虚拟化容器技术以及全生命周期安全编排响应技术，实现边缘控制平台各模块/子模块的松耦合，达到分级调度，实现平台开发、部署、运行、更新等全生命周期安全编排响应；利用安全加密技术与安全数据总线技术保障各子模块间、各设备间数据通信安全，达到安全通信的技术效果；突破工业网关安全隔离接入技术和控制器内生安全构造技术，达到整个工控***云边协同响应，全生命周期安全的效果。
所述中心云采用公有云、私有云或混合云，其主要作用是部署一些企业资源计划(ERP)、供应链管理(SCM)、客户关系管理(CRM)等企业的顶层应用，此外，中心云提供云端多用户工业APP在线开发环境，用户可以根据不断变化的需求在中心云上设计开发并部署在边缘智能控制平台上运行，提供工业智能APP的开发效率。
所述边缘智能控制平台为本***架构中的边缘云，通过RESTful APIs/MQTT/WebSocket/TCP/UDP等与中心云进行通讯，进而实现基于中心云对边缘云的ERP、SCM、CRM以及工业APP云上开发等功能。边缘智能控制平台是内生安全的云边协同工控***的核心。边缘智能控制平台基于包括计算资源、存储资源和网络资源的硬件资源层及虚拟抽象的拟态云平台构建智能控制功能模块、安全防护模块及工业智能APPs模块三大应用模块，每个模块均有多个容器化子模块构成，满足轻量、高效、安全的需求。
其中所述智能控制模块主要面向工业控制的功能使用，包括监控操作、设备通信管理、高级报警管理、事件序列分析、实时数据库、历史数据记录等容器化功能模块。
本发明针对边缘智能控制平台的内生安全提出安全防护模块，所述安全防护模块包括漏洞缺陷检测、安全漏洞模式、商密应用、边缘通信保护、威胁识别、隔离与响应、安全多样编译、安全下发部署等容器化安全模块，保障工控***全生命周期安全。
所述工业智能APPs模块包括数据管理、计划排程管理、生产调度管理、质量管理、设备管理、先进控制、质量优化、成本优化等容器化工业APP。
各子容器化模块通过安全数据总线安全通信，并通过软件定义的全生命周期安全编排响应组件进行执行体部署、执行体调度、执行体监控、执行体重构以及分布式分发表决服务等，由此实现对整个边缘控制平台开发、部署、运行、更新的全生命周期安全编排及自动化响应。
所述工业安全隔离接入网关是云边协同工控***中承上启下的重要设备。所述***中的工业安全隔离接入网关需要基于云边协同控制交互网络传输机理，突破工业安全隔离接入网关虚拟动态加载、***基本功能、网络分析处理的安全防护实现技术，保障隔离***网和控制网的安全。
所述边缘端控制器包括可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制器(DCS)这两种常用的工业智能控制器。通过执行终端设备中的控制策略，边缘端控制器可以对被控的传感器、执行器等施加控制指令，完成对被控对象的控制。
为构建内生安全的云边协同工控***，针对强实时边缘终端设备可编程逻辑控制器的安全防护需求，所述可编程逻辑控制器需要基于动态异构冗余的轻量内生安全构造，使得内生安全可编程逻辑控制器兼具强实时、高可靠的特性，保障固件代码、实时数据、控制运算、通信互联的安全环境。
同样地，所述分布式控制器需要基于高可用、高可靠、高安全异构冗余表决的内生安全构造，赋能分布式控制器内生安全属性。
所述设备终端包括传感器、执行器，所述边缘端控制器对被控的传感器、执行器施加控制指令，完成对被控对象的控制。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种内生安全的云边协同工控***架构，其特征在于，包括：中心云、边缘智能控制平台、工业安全隔离接入网关、边缘端控制器、终端设备，其中：
所述中心云上部署顶层应用；
所述边缘智能控制平台与所述中心云进行通讯，所述边缘智能控制平台上具有智能控制功能模块、安全防护模块、工业智能APPs模块，每个模块均有多个容器化子模块构成，各容器化子模块通过安全数据总线安全通信；
所述工业安全隔离接入网关连接所述边缘智能控制平台和边缘端控制器；
所述边缘端控制器用于执行所述终端设备中的控制策略；
所述边缘端控制器采用内生安全构造。
2.根据权利要求1所述的一种内生安全的云边协同工控***架构，其特征在于，所述中心云采用公有云、私有云或混合云。
3.根据权利要求1所述的一种内生安全的云边协同工控***架构，其特征在于，所述智能控制模块至少包括监控操作、设备通信管理、高级报警管理、事件序列分析、实时数据库、历史数据记录容器化功能模块。
4.根据权利要求1所述的一种内生安全的云边协同工控***架构，其特征在于，所述安全防护模块至少包括漏洞缺陷检测、安全漏洞模式、商密应用、边缘通信保护、威胁识别、隔离与响应、安全多样编译、安全下发部署容器化安全模块，保障工控***全生命周期安全。
5.根据权利要求1所述的一种内生安全的云边协同工控***架构，其特征在于，所述工业智能APPs模块至少包括数据管理、计划排程管理、生产调度管理、质量管理、设备管理、先进控制、质量优化、成本优化容器化工业APP模块。
6.根据权利要求1所述的一种内生安全的云边协同工控***架构，其特征在于，各容器化子模块还通过软件定义的全生命周期安全编排响应组件进行执行体部署、执行体调度、执行体监控、执行体重构以及分布式分发表决服务，由此实现对整个边缘控制平台开发、部署、运行、更新的全生命周期安全编排及自动化响应。
7.根据权利要求1所述的一种内生安全的云边协同工控***架构，其特征在于，所述边缘端控制器包括可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制器(DCS)这两种工业智能控制器。
8.根据权利要求7所述的一种内生安全的云边协同工控***架构，其特征在于，所述可编程逻辑控制器需要基于动态异构冗余的轻量内生安全构造。
9.根据权利要求7所述的一种内生安全的云边协同工控***架构，其特征在于，所述分布式控制器需要基于高可用、高可靠、高安全异构冗余表决的内生安全构造。
10.根据权利要求1所述的一种内生安全的云边协同工控***架构，其特征在于，所述设备终端包括感知设备和执行设备，所述边缘端控制器对被控的感知设备和执行设备施加控制指令，完成对被控对象的控制。
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| 魏强 等: "《工业互联网安全 架构与防御》", 30 September 2021, 北京机械工业出版社, pages: 284 - 288 * |
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