一种DCS安全隔离装置的设计与开发

发布时间：2017-09-05 12:15

  本文关键词：一种DCS安全隔离装置的设计与开发

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【摘要】：分散控制系统(DCS)需要与外部系统进行通讯,而外部系统主要包括监控信息系统(SIS)和管理信息系统(MIS)。SIS、MIS一方面与DCS相连,一方面与Internet相连,病毒和恶性程序容易通过SIS、MIS入侵DCS而造成机组的故障。因此,DCS与SIS、MIS之间的安全隔离措施显得尤为重要,DCS安全隔离技术的研究近年来取得了很大的进展,保障了单元机组的安全运行。本文首先介绍了近年来DCS安全隔离技术的发展,并综合分析了原有的网桥协议、防火墙技术、单向物理隔离装置等各项隔离措施的利弊后,提出了DCS安全隔离装置的设计要求和一种基于FPGA的通信隔离方法。在硬件设计方面,以UDP作为内部以太网协议,在FPGA中具体实现为发送、接收、缓存、校验这4个子模块。在确保内部通信实时性和可靠性的同时,再加入监测替换模块,通过仿真和调试,最终达到正向透传反向数据隔离的功能。在软件方面,上位机网络监视器应用程序通过对隔离装置两端通信的数据包进行解析,对信任的通信连接进行逻辑配置。从而提出了基于通信Mac地址统计的网络监视算法,该算法对近期通信的主机物理地址进行统计,发现那些异常出现的通信关系,得到相应通信口地址的安全威胁等级,为上位机逻辑配置提供可靠的依据。基于FPGA设计的隔离装置和上位机网络监视算法的结合,使得隔离装置在保证数据单向传送的同时提供了一个可靠的上位机网络监视的参考指标,给DCS网络数据安全提供了保证。
【关键词】：DCS 隔离装置 FPGA 上位机监视
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 网络安全的主要威胁10
• 1.3 火电厂DCS网络安全措施现状10-13
• 1.3.1 IPX、TCP/ IP等通信协议10-11
• 1.3.2 防火墙和防毒网关11-12
• 1.3.3 单向物理隔离装置12-13
• 1.4 课题的研究主要内容13-15
• 第2章 设计分析与理论基础15-23
• 2.1 DCS隔离装置设计分析15-17
• 2.1.1 隔离装置的功能需求15-16
• 2.1.2 开发流程解析16-17
• 2.1.3 具体设计步骤17
• 2.2 以太网通信协议介绍与选择17-20
• 2.2.1 传输层协议18-19
• 2.2.2 UDP协议19-20
• 2.3 FPGA介绍与芯片选择20-22
• 2.3.1 基于FPGA设计的优势20-21
• 2.3.2 Altera可编程逻辑器件21
• 2.3.3 Cyclone IV系列芯片21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 隔离装置的FPGA设计与实现23-41
• 3.1 功能模块设计23-27
• 3.1.1 UDP通信模块23-26
• 3.1.2 监测替换模块26-27
• 3.2 DCS往SIS方向通道测试27-29
• 3.2.1 网络设置27-28
• 3.2.2 逻辑分析28
• 3.2.3 板级调试28-29
• 3.3 SIS往DCS方向通道测试29-33
• 3.3.1 合适数据放行30-31
• 3.3.2 规定数据拦截31-32
• 3.3.3 干扰问题与解决32
• 3.3.4 监测替换部分小结32-33
• 3.4 隔离装置整体设计与实现33-39
• 3.4.1 MII接口34-35
• 3.4.2 隔离装置硬件模块连接35-37
• 3.4.3 隔离装置内部视图37-39
• 3.4.4 隔离装置的优点与改进39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 上位机网络监视器算法设计41-54
• 4.1 上位机逻辑配置41-42
• 4.2 网络监视器算法设计42-46
• 4.2.1 算法设计准则42-44
• 4.2.2 监视算法模块化设计44-46
• 4.3 网络监视器算法测试46-49
• 4.3.1 SIS与DCS的Mac地址库46
• 4.3.2 测试数据报文集合46-47
• 4.3.3 参数设置与测试结果47-48
• 4.3.4 参数合理性分析48-49
• 4.4 监视算法的优点与不足49-50
• 4.5 监视算法的改进50-52
• 4.6 本章小结52-54
• 第5章 结论与展望54-55
• 参考文献55-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果58-59
• 致谢59

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