CN110768846A - 一种智能变电站网络安全防护系统 - Google Patents

一种智能变电站网络安全防护系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能变电站网络安全防护系统，所述系统包括：网络安全监测主机、交换机、网络安全管理数据云；所述网络安全监测主机包括：SCD配置模块、流量监听模块、告警模块、电源模块、SNMP通信模块、RS485通信模块；网络安全管理数据云用于储存网络安全所有的异常记录，并对异常记录进行分析，针对安全事件的多方面因素进行分类分级储存，对各种网络安全事件给予分级标签，针对不同威胁预警给出不同等级的告警等级通知维护人员，并给出辅助处理意见，利用本系统使得智能变电站网络具有相应的安全防护系统，对智能变电站网络进行相应的安全防护，提高了智能变电站网络安全性。

Description

一种智能变电站网络安全防护系统
技术领域
本发明涉及智能变电站网络监测领域，具体地，涉及一种智能变电站网络安全防护系统。
背景技术
基于以太网通信技术的智能变电站自动化系统，实现了一二次设备间信息的沟通与共享，同时智能变电站自动化系统的多种功能反过来又向以太网通信技术的实时性提出了更高的要求。相较于传统变电站，智能变电站中采用光纤网络来进行信息的传递，使得工业以太网交换机逐渐替代了传统电缆而成为智能变电站通信网络的关键设备。由于智能变电站自动化系统自身结构和功能的特殊性，使得工业以太网交换机有着很高的要求和标准，因此监测基于IEC 61850标准的智能变电站过程层网络安全有着十分重要的现实意义。网络安全关乎到整个网络中的硬件、软件及其系统的整体安全，若受到攻击可能造成整个智能变电站的通信瘫痪，最终造成严重的停电事故，影响社会安全。
综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在现有技术中，现有的智能变电站网络缺乏相应的安全防护，存在相应的安全隐患。
发明内容
本发明提供了一种智能变电站网络安全防护系统，本系统使得智能变电站网络具有相应的安全防护系统，对智能变电站网络进行相应的安全防护，提高了智能变电站网络安全性。
为实现上述发明目的，本申请提供了一种智能变电站网络安全防护系统，所述系统包括：
网络安全监测主机、交换机、网络安全管理数据云；所述网络安全监测主机包括：SCD配置模块、流量监听模块、告警模块、电源模块、SNMP通信模块、RS485通信模块；所述电源模块用于实现整个网络安全监测主机的供电；所述SNMP通信模块用于实现网络安全监测主机与交换机的通信；所述RS485模块用于实现网络安全监测主机与网络安全管理数据云进行通信；所述SCD配置模块用于通过导入智能变电站SCD配置获取告警初始数据，并传输给告警模块；所述流量监听模块用于利用交换机的镜像功能，获取对应交换机端口的网络报文，并进行分析；所述告警模块用于接收流量监听模块以及SCD配置模块相应数据，对比告警初始数据、预设阈值、流量监听实际数据，针对不同的告警类型进行告警；所述网络安全管理数据云用于储存网络安全所有的异常记录，并对异常记录进行分析，针对安全事件的多方面因素进行分类分级储存，对各种网络安全事件给予分级标签，针对不同威胁预警给出不同等级的告警等级通知维护人员，并给出辅助处理意见。
优选的，告警初始数据包括：各端口的数据流量、端口对应报文地址白名单、端口对应报文类型。
优选的，流量监听模块的流量监听内容为通信带宽、报文内容、报文地址、报文特征。
优选的，所述告警模块的告警类型包括：流量异常、非法报文或非法设备的接入、GOOSE/SV报文告警、网络病毒告警。
优选的，流量异常告警的逻辑为告警模块获取各端口的数据流量，告警模块根据设置的通信流量阈值以及告警初始值进行分析，当超过该阈值时，告警流量异常；
非法报文或非法设备的接入告警逻辑为告警模块获取各端口报文地址白名单，告警模块对比白名单与实际应收报文地址，若报文地址不符，告警非法报文或者非法设备的接入；
非法报文或非法设备的接入的另一种告警逻辑为告警模块获取所有端口对应的报文类型，告警模块对比各端口实际收到或发出的报文类型，未定义以及未使用的报文均为非法，若发现该情况告警非法报文或者非法设备的接入；
GOOSE/SV报文告警逻辑为告警模块对GOOSE和SV报文的正确性进行分析，检查是否存在丢帧、乱帧、跳帧、被篡改情况，若有则进行GOOSE/SV报文告警；
网络病毒告警逻辑为告警模块对MMS报文内容进行病毒分析，判断报文是否含有病毒，若有则进行网络病毒告警。
优选的，网络安全管理数据云利用AI神经网络主动更新数据库内容。
优选的，所述系统还包括：
检测模块，用于检测智能变电站网络的安全状态，并对智能变电站网络的安全状态进行评级；
启动模块，用于当智能变电站网络的安全状态的级别低于安全状态时，启用智能变电站备用网络，并将智能变电站备用网络与智能变电站当前网络进行隔离。
优选的，所述系统还包括智能识别单元，所述智能识别单元包括：
数据采集模块，用于从网络安全管理数据云中采集已经完成分析和相应处理的异常记录，将异常记录进行数据标注，包括异常记录的存储级别和类别、异常记录的分级标签、异常记录的通知维护人员名单、以及异常记录对应的辅助处理意见；
构建模块，用于数据采集模块采集的数据构建训练集和测试集；
训练和测试模块，基于机器学习，构建智能变电站网络异常记录分析模型，利用训练集和测试集对智能变电站网络异常记录分析模型进行训练和测试；
异常记录智能处理模块，将待处理的智能变电站网络异常记录输入训练后的智能变电站网络异常记录分析模型，智能变电站网络异常记录分析模型输出：异常记录的存储级别和类别、异常记录的分级标签、异常记录的通知维护人员名单、以及异常记录对应的辅助处理意见；并基于智能变电站网络异常记录分析模型的输出信息进行相应的智能处理。
优选的，所述系统还包括监测模块，用于监测网络安全监测主机与交换机的通信状态，以及监测网络安全监测主机与网络安全管理数据云的通信状态，当监测模块监测到的通信状态异常时进行告警。
优选的，所述系统还包括智能变电站网络安全防护报告生成单元，用于生成智能变电站网络安全防护报告，智能变电站网络安全防护报告内容包括：预设时间段内的智能变电站网络的异常记录信息、以及相应异常记录的处理人员和处理结果。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
网络安全监测主机由SCD配置模块、流量监听模块、告警模块、电源模块、SNMP通信模块、RS485通信模块组成，模块化设计，各模块均采用最新技术，结构安全可靠。
通过对智能变电站的报文信息进行解析，告警危险信息，并对网络状况进行监测，防止网络流量异常、网络风暴等故障。
网络安全告警类型包括：流量异常、非法报文或非法设备的接入、GOOSE/SV报文告警、网络病毒告警。
采用云计算以及大数据技术，分析网络安全异常记录，给各种网络安全事件给予分级标签，并给出辅助处理意见，实现智能变电站网络安全主动防护。
采用人工智能技术，利用AI神经网络技术，主动更新数据库内容，不断更新数据库。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1是本发明的系统示意图；
图2是本发明网络安全告警工作流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
请参考图1，本申请提供了一种智能变电站网络安全防护系统包括：网络安全监测主机、交换机以及网络安全管理数据云。
网络安全监测主机由SCD配置模块、流量监听模块、告警模块、电源模块、SNMP通信模块、RS485通信模块组成。电源模块实现整个网络安全监测主机的供电。SNMP通信模块实现网络安全监测主机与交换机的通信。RS485模块实现网络安全监测主机与网络安全管理数据云进行通信。SCD配置模块通过导入智能变电站SCD配置获取告警初始数据，并传输给告警模块。告警初始数据包括：各端口的大致数据流量、端口对应报文地址白名单、端口对应报文类型等。流量监听模块利用交换机的镜像功能，获取对应交换机端口的网络报文，并进行分析。流量监听内容为通信带宽、报文内容、报文地址、报文特征等。流量监听模块将监听的数据传输给告警模块。告警模块接收流量监听模块以及SCD配置模块相应数据，对比告警初始数据、预设阈值、流量监听实际数据，针对不同的告警类型进行告警。告警类型包括：流量异常、非法报文或非法设备的接入、GOOSE/SV报文告警、网络病毒告警。
流量异常告警的逻辑为告警模块获取各端口大致的数据流量，告警模块根据设置的通信流量阈值以及告警初始值进行分析，当超过该阈值时，告警流量异常。
非法报文或非法设备的接入告警逻辑为告警模块获取各端口报文地址白名单，告警模块对比白名单与实际应收报文地址，若报文地址不符，告警非法报文或者非法设备的接入。
非法报文或非法设备的接入的另一种告警逻辑为告警模块获取所有端口对应的报文类型，告警模块对比各端口实际收到或发出的报文类型，未定义以及未使用的报文均为非法，若发现该情况告警非法报文或者非法设备的接入。
GOOSE/SV报文告警逻辑为告警模块对GOOSE和SV报文的正确性进行分析，检查是否存在丢帧、乱帧、跳帧、被篡改等情况，若有则进行GOOSE/SV报文告警。
网络病毒告警逻辑为告警模块对MMS报文内容进行病毒分析，判断报文是否含有病毒，若有则进行网络病毒告警。
网络安全监测主机将网络安全所有的异常记录(包括异常的交换机及其端口、时间、报文内容等)储存在网络安全管理数据云，并利用大数据技术对异常记录进行分析，针对安全事件的性质、威胁预警、威胁程度、溯源、产生的影响、处理方案等多方面因素分类分级储存，给各种网络安全事件给予分级标签，针对不同威胁预警给出不同等级的告警等级通知维护人员，并给出辅助处理意见，从而实现智能变电站网络安全主动防护。同时利用利用AI神经网络技术，主动更新数据库内容，不断更新数据库。
请参阅图2所示，本发明网络安全告警工作流程示意图。
如图2所示，网络安全告警工作流程为：
首先SCD配置模块导入SCD配置，导入通信带宽、报文地址、报文内容、报文特征正确值，并自动配置正常工作条件下正确阈值，人为可根据需要修改。
SCD配置模块将告警初始数据及阈值传输给告警模块。
流量监听模块不断通过SNMP协议进行流量监听。
告警模块对获取运行数据进行分析计算，对比流量监听模块的监听数据与SCD配置传输的告警初始数据及阈值。
告警模块判断是否超过初始阈值，若未超过，流量监听模块继续进行流量监听；若超过，告警模块进行网络安全告警，并根据安全等级将不同等级告警信息通知维护人员。
网络安全数据云根据网络异常类型给出处理意见，以及此类问题的处理事件报告。
其中，在本发明实施例中，所述系统还包括智能识别单元，所述智能识别单元包括：
数据采集模块，用于从网络安全管理数据云中采集已经完成分析和相应处理的异常记录，将异常记录进行数据标注，包括异常记录的存储级别和类别、异常记录的分级标签、异常记录的通知维护人员名单、以及异常记录对应的辅助处理意见；
构建模块，用于数据采集模块采集的数据构建训练集和测试集；
训练和测试模块，基于机器学习，构建智能变电站网络异常记录分析模型，利用训练集和测试集对智能变电站网络异常记录分析模型进行训练和测试；
异常记录智能处理模块，将待处理的智能变电站网络异常记录输入训练后的智能变电站网络异常记录分析模型，智能变电站网络异常记录分析模型输出：异常记录的存储级别和类别、异常记录的分级标签、异常记录的通知维护人员名单、以及异常记录对应的辅助处理意见；并基于智能变电站网络异常记录分析模型的输出信息进行相应的智能处理。
本发明利用机器学习对历史异常记录的处理进行学习，使得新的异常记录出现时，利用已经训练好的智能变电站网络异常记录分析模型直接输出处理结果，避免了传统的每条都分类、分析和处理，节省了大量的运算，使得系统的处理效率更高。
其中，在本发明实施例中，所述系统还包括监测模块，用于监测网络安全监测主机与交换机的通信状态，以及监测网络安全监测主机与网络安全管理数据云的通信状态，当监测模块监测到的通信状态异常时进行告警。
其中，在本发明实施例中，所述系统还包括智能变电站网络安全防护报告生成单元，用于生成智能变电站网络安全防护报告，智能变电站网络安全防护报告内容包括：预设时间段内的智能变电站网络的异常记录信息、以及相应异常记录的处理人员和处理结果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种智能变电站网络安全防护系统，其特征在于，所述系统包括：
网络安全监测主机、交换机、网络安全管理数据云；所述网络安全监测主机包括：SCD配置模块、流量监听模块、告警模块、电源模块、SNMP通信模块、RS485通信模块；所述电源模块用于实现整个网络安全监测主机的供电；所述SNMP通信模块用于实现网络安全监测主机与交换机的通信；所述RS485模块用于实现网络安全监测主机与网络安全管理数据云进行通信；所述SCD配置模块用于通过导入智能变电站SCD配置获取告警初始数据，并传输给告警模块；所述流量监听模块用于利用交换机的镜像功能，获取对应交换机端口的网络报文，并进行分析；所述告警模块用于接收流量监听模块以及SCD配置模块相应数据，对比告警初始数据、预设阈值、流量监听实际数据，针对不同的告警类型进行告警；所述网络安全管理数据云用于储存网络安全所有的异常记录，并对异常记录进行分析，针对安全事件的多方面因素进行分类分级储存，对各种网络安全事件给予分级标签，针对不同威胁预警给出不同等级的告警等级通知维护人员，并给出辅助处理意见。
2.根据权利要求1所述的智能变电站网络安全防护系统，其特征在于，告警初始数据包括：各端口的数据流量、端口对应报文地址白名单、端口对应报文类型。
3.根据权利要求1所述的智能变电站网络安全防护系统，其特征在于，流量监听模块的流量监听内容为通信带宽、报文内容、报文地址、报文特征。
4.根据权利要求1所述的智能变电站网络安全防护系统，其特征在于，所述告警模块的告警类型包括：流量异常、非法报文或非法设备的接入、GOOSE/SV报文告警、网络病毒告警。
5.根据权利要求4所述的智能变电站网络安全防护系统，其特征在于，流量异常告警的逻辑为告警模块获取各端口的数据流量，告警模块根据设置的通信流量阈值以及告警初始值进行分析，当超过该阈值时，告警流量异常；
非法报文或非法设备的接入告警逻辑为告警模块获取各端口报文地址白名单，告警模块对比白名单与实际应收报文地址，若报文地址不符，告警非法报文或者非法设备的接入；
非法报文或非法设备的接入的另一种告警逻辑为告警模块获取所有端口对应的报文类型，告警模块对比各端口实际收到或发出的报文类型，未定义以及未使用的报文均为非法，若发现该情况告警非法报文或者非法设备的接入；
GOOSE/SV报文告警逻辑为告警模块对GOOSE和SV报文的正确性进行分析，检查是否存在丢帧、乱帧、跳帧、被篡改情况，若有则进行GOOSE/SV报文告警；
网络病毒告警逻辑为告警模块对MMS报文内容进行病毒分析，判断报文是否含有病毒，若有则进行网络病毒告警。
6.根据权利要求1所述的智能变电站网络安全防护系统，其特征在于，网络安全管理数据云利用AI神经网络主动更新数据库内容。
7.根据权利要求1所述的智能变电站网络安全防护系统，其特征在于，所述系统还包括：
检测模块，用于检测智能变电站网络的安全状态，并对智能变电站网络的安全状态进行评级；
启动模块，用于当智能变电站网络的安全状态的级别低于安全状态时，启用智能变电站备用网络，并将智能变电站备用网络与智能变电站当前网络进行隔离。
8.根据权利要求1所述的智能变电站网络安全防护系统，其特征在于，所述系统还包括智能识别单元，所述智能识别单元包括：
数据采集模块，用于从网络安全管理数据云中采集已经完成分析和相应处理的异常记录，将异常记录进行数据标注，包括异常记录的存储级别和类别、异常记录的分级标签、异常记录的通知维护人员名单、以及异常记录对应的辅助处理意见；
构建模块，用于数据采集模块采集的数据构建训练集和测试集；
训练和测试模块，基于机器学习，构建智能变电站网络异常记录分析模型，利用训练集和测试集对智能变电站网络异常记录分析模型进行训练和测试；
异常记录智能处理模块，将待处理的智能变电站网络异常记录输入训练后的智能变电站网络异常记录分析模型，智能变电站网络异常记录分析模型输出：异常记录的存储级别和类别、异常记录的分级标签、异常记录的通知维护人员名单、以及异常记录对应的辅助处理意见；并基于智能变电站网络异常记录分析模型的输出信息进行相应的智能处理。
9.根据权利要求1所述的智能变电站网络安全防护系统，其特征在于，所述系统还包括监测模块，用于监测网络安全监测主机与交换机的通信状态，以及监测网络安全监测主机与网络安全管理数据云的通信状态，当监测模块监测到的通信状态异常时进行告警。
10.根据权利要求1所述的智能变电站网络安全防护系统，其特征在于，所述系统还包括智能变电站网络安全防护报告生成单元，用于生成智能变电站网络安全防护报告，智能变电站网络安全防护报告内容包括：预设时间段内的智能变电站网络的异常记录信息、以及相应异常记录的处理人员和处理结果。
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