一种智能仪表功能安全和信息安全的协调优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种智能仪表功能安全和信息安全的协调优化方法及系统。该方法包括：将智能仪表的功能安全任务和信息安全任务按预设类型进行分类后，按防护目标进行分组，得到安全相关任务分组；删除每个安全相关任务分组中与功能安全任务存在冲突的信息安全任务后，仅保留风险缓解能力最大的信息安全任务和/或功能安全任务，得到初始任务集；每个任务均包括风险缓解能力、内存占用、时间成本属性；从初始任务集中选取至少一个满足预设条件且风险缓解能力之和最大的任务组成协调优化任务集。实现了智能仪表功能安全任务和信息安全任务的协调优化，适用范围广泛，保证了智能仪表的功能可靠性、实时性和低功耗的技术效果。实时性和低功耗的技术效果。实时性和低功耗的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种智能仪表功能安全和信息安全的协调优化方法及系统


[0001]本专利技术属于智能仪表安全防护领域，更具体地，涉及一种智能仪表功能安全和信息安全的协调优化方法及系统。

技术介绍

[0002]工业控制系统属于生产运行系统，应用涉及众多安全关键领域，保证其安全运行至关重要。
[0003]嵌入式实时操作系统和总线通信技术在智能仪表中的应用在提高了智能仪表的实时性的同时，也给智能仪表带来更多的功能安全失效因素和信息安全威胁。因此，智能仪表存在功能安全和信息安全防护的迫切需求。现阶段，智能仪表功能安全任务的实施方案已相对成熟，功能安全任务和信息安全任务由于本身的实现功能、防护目标不同，往往存在着冗余和冲突，在未考虑功能安全任务和信息安全任务协调优化前提下，运行功能安全任务和信息安全任务会对智能仪表的执行效率造成影响，严重情况下可能会对工业控制系统的平稳运行造成严重危害。
[0004]当前功能安全和信息安全任务协调方法主要针对工业控制系统，而智能仪表往往采用专用的操作系统，实时性较高，内部存储资源相对有限，目前尚没有一种适用于智能仪表的功能安全和信息安全任务协调优化方法。

技术实现思路

[0005]针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种智能仪表功能安全和信息安全的协调优化方法及系统，旨在解决现有智能仪表管理方法，因为内部存储资源相对有限，无法同时较好的满足智能仪表任务的实时性和安全性的协调问题。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种智能仪表功能安全和信息安全的协调优化方法，包括：
[0007]将智能仪表的功能安全任务和信息安全任务按预设类型进行分类后，按防护目标进行分组，得到安全相关任务分组；
[0008]删除每个所述安全相关任务分组中与功能安全任务存在冲突的信息安全任务后，仅保留风险缓解能力最大的信息安全任务和/或功能安全任务，得到初始任务集；每个任务均包括风险缓解能力、内存占用、时间成本属性；
[0009]从所述初始任务集中选取至少一个满足预设条件且风险缓解能力之和最大的任务组成协调优化任务集。
[0010]可选的，所述预设条件为：内存占用之和小于预设内存占用，时间成本之和小于预设时间成本。
[0011]可选的，若存在多个风险缓解能力最大的信息安全任务和/或功能安全任务，则仅保留一个风险缓解能力最大的信息安全任务和/或功能安全任务。
[0012]可选的，所述从所述初始任务集中选取至少一个满足预设条件且风险缓解能力之
和最大的任务组成协调优化任务集，包括：
[0013]根据所述初始任务集中的任务的执行周期、执行时间、风险缓解能力和内存占用的属性参数构建安全任务模型；
[0014]其中，所述安全任务模型如下：
[0015]r
j
＝(v
j
,c
j
,w
j
,e
j
)
[0016]其中，v
j
为任务的风险缓解能力，c
j
为任务的循环周期，w
j
为任务的执行时间，e
j
为任务的内存占用；
[0017]通过风险缓解能力优化函数、时间成本优化函数和内存占用优化函数对所述安全任务模型进行约束；
[0018]其中，所述安全任务模型满足以下约束条件：
[0019][0020]决策变量为：
[0021]x＝{x1,
…
,x
j
,
…
,x
k
}
[0022]其中，k为初始任务集中的任务个数，PT为智能仪表功能安全和信息安全任务集风险缓解能力优化函数，ET为智能仪表功能安全和信息安全任务集时间成本优化函数，EE表示使得智能仪表功能安全和信息安全任务集内存占用优化函数，x
j
＝1表示该任务在优化过程中被保留，x
j
＝0表示该任务被舍弃；
[0023]结合NSGA
‑Ⅱ
算法求解所述安全任务模型，得到在满足时间成本和内存占用的约束前提下的风险缓解能力最优的解，作为智能仪表功能安全和信息安全的协调优化任务集。
[0024]可选的，在在所述将智能仪表的功能安全任务和信息安全任务按预设类型进行分类后，按防护目标进行分组，得到安全相关任务分组之后，包括：
[0025]分析功能安全任务和信息安全任务分别对应防止的功能失效事件；
[0026]结合模糊矩阵判别法，对各功能失效事件的严重程度进行等级划分；计算所述模糊矩阵的特征根，设最大特征根对应的特征向量为P＝(q1,q2,
…
q
n
)，在q1,q2,
…
q
n
最大、最小值的区间内，将n个值进行均匀的五等分模糊化，得到智能仪表的功能失效事件的严重等级δ
m
,δ
m
∈{1,2,3,4,5}；
[0027]其中，构建的模糊矩阵如下所示：
[0028][0029]其中，j
xy
·
j
yx
＝1；x,y＝1,2,
…
,n，j
xy
表示功能失效事件a
x
相对于a
y
产生的后果的严重程度；
[0030]根据所述功能失效事件的严重等级计算安全任务风险缓解能力，所述安全任务风险缓解能力的量化公式如下：
[0031][0032]其中，n为智能仪表安全任务能够缓解的功能失效事件个数，v
j
为第j个安全任务的风险缓解能力属性，δ
m
为安全任务缓解的第m个智能仪表的功能失效后果严重等级评分。
[0033]可选的，所述预设类型包括防御类和响应类。
[0034]第二方面，本专利技术还提供了一种智能仪表功能安全和信息安全的协调优化系统，包括：
[0035]分类分组模块，用于将智能仪表的功能安全任务和信息安全任务按预设类型进行分类后，按防护目标进行分组，得到安全相关任务分组；
[0036]筛选模块，用于删除每个所述安全相关任务分组中与功能安全任务存在冲突的信息安全任务后，仅保留风险缓解能力最大的信息安全任务和/或功能安全任务，得到初始任务集；每个任务均包括风险缓解能力、内存占用、时间成本属性；
[0037]优化模块，用于从所述初始任务集中选取至少一个满足预设条件且风险缓解能力之和最大的任务组成协调优化任务集。
[0038]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术比，具有以下有益效果：
[0039](1)本专利技术的技术方案通过对任务分类和按防护目标进行分组，简化了任务冲突消减和冗余消除的实施步骤，提高了任务协调的效率，从任务的功能特性和防护目标角度实现了智能仪表功能安全任务和信息安全任务的协调优化。
[0040](2)本专利技术的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能仪表功能安全和信息安全的协调优化方法，其特征在于，包括：将智能仪表的功能安全任务和信息安全任务按预设类型进行分类后，按防护目标进行分组，得到安全相关任务分组；删除每个所述安全相关任务分组中与功能安全任务存在冲突的信息安全任务后，仅保留风险缓解能力最大的信息安全任务和/或功能安全任务，得到初始任务集；每个任务均包括风险缓解能力、内存占用、时间成本属性；从所述初始任务集中选取至少一个满足预设条件且风险缓解能力之和最大的任务组成协调优化任务集。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设条件为：内存占用之和小于预设内存占用，时间成本之和小于预设时间成本。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若存在多个风险缓解能力最大的信息安全任务和/或功能安全任务，则仅保留一个风险缓解能力最大的信息安全任务和/或功能安全任务。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从所述初始任务集中选取至少一个满足预设条件且风险缓解能力之和最大的任务组成协调优化任务集，包括：根据所述初始任务集中的任务的执行周期、执行时间、风险缓解能力和内存占用的属性参数构建安全任务模型；其中，所述安全任务模型如下：r
j
＝(v
j
,c
j
,w
j
,e
j
)其中，v
j
为任务的风险缓解能力，c
j
为任务的循环周期，w
j
为任务的执行时间，e
j
为任务的内存占用；通过风险缓解能力优化函数、时间成本优化函数和内存占用优化函数对所述安全任务模型进行约束；其中，所述安全任务模型满足以下约束条件：决策变量为：x＝{x1,
…
,x
j
,
…
,x
k
}其中，k为初始任务集中的任务个数，PT为智能仪表功能安全和信息安全任务集风险缓解能力优化函数，ET为智能仪表功能安全和信息安全任务集时间成本优化函数，EE表示使得智能仪表功能安全和信息安全任务集内存占用优化函数，x
j
＝1表示该任务在优化过程中被保留，x
j
＝0表示该任务被舍弃；结合NSGA
‑Ⅱ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周纯杰，郭伟杰，刘璐，朱越，杜鑫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：