CN111464432A - 一种用于燃气行业的智能网关 - Google Patents

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周军
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Abstract

本发明公开了一种用于燃气行业的智能网关以及数据传输方法，所述智能网关包括数据链路控制器、第一数据链路以及第二数据链路，所述第一数据链路与所述第二数据链路并联，并基于所述数据链路控制器检测所述第一数据链路与所述第二数据链路的工作状态，所述第一数据链路与所述第二数据链路互不相通。本发明中的所述智能网关包括第一数据链路和第二数据链路，并且第一数据链路和第二数据链路互不相通，以实现了多组数据链路防护的效果。同时，当智能网关的一路数据链路发生故障时，可以通过另一路数据链路仍然可以实现数据传输，提高了智能网关的安全性，从而保证整个网络环境的安全性。

Description

一种用于燃气行业的智能网关
技术领域
本发明涉及网络安全技术领域，特别涉及一种用于燃气行业的智能网关。
背景技术
工业控制系统广泛用于各个行业，从广义的角度看，凡是工业控制设备能够应用的场合，都可以称之为工业控制系统。无论是生产制造还是加工生产都离不开工业控制系统。特别是在关键的基础设施方面更加依赖工业控制系统，比如化工、水利设施、金融服务、商业设施、国防工业、食品行业、通信、应急响应、政府设施、重点制造、能源、公共卫生、水处理、信息技术、核反应设施、交通系统等支撑现代社会的重要部门。
目前这些重要设施所应用工业控制系统都面临着来自网络安全的威胁。一旦被网络攻击后果不可估量。如：工业控制系统在控制和监视过程中一个重要控制过程停止接收更新数据，不管该过程是否运转正常，它都会停止该过程。又如：一个设施出现化学品泄漏，他们的社区告警通信系统故障，那么当地的居民就不能收到疏散的警示；若泄漏检测系统不能对操作员警示，有害物质可能泄漏到供水管道。再如：如果电力系统的操作员没有接到电力线中断的告警，他们就不能及时采取措施防止停电；而交通方面，如果地铁控制室不能接收到铁道跟踪监测传感器更新的数据，地铁列车可能会撞车。然而，现有工业控制系统中未考虑信息安全的问题，导致许多工业控制系统中的安全网关存在安全问题。特别是对于燃气行业，现有的工业安全网关无法适应燃气行业安全防护需求，不能对燃气行业专有的协议进行DPI，无法做到燃气行业设备的安全防护。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种用于燃气行业的智能网关。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于燃气行业的智能网关，所述智能网关包括数据链路控制器、第一数据链路以及第二数据链路，所述第一数据链路与所述第二数据链路并联，并基于所述数据链路控制器检测所述第一数据链路与所述第二数据链路的工作状态，所述第一数据链路与所述第二数据链路互不相通。
所述用于燃气行业的智能网关，其中，所述第一数据链路包括第一数据输入接口和第一数据输出接口，所述第一数据输入接口和第一数据输出接口形成一组Bypass。
所述用于燃气行业的智能网关，其中，所述第一数据链路包括第一DPI防护单元，所述第一数据输入接口和所述第一数据输出接口均与所述第一DPI防护单元相连接。
所述用于燃气行业的智能网关，其中，所述第一数据链路包括第一数据加密单元以及第一数据采集单元，所述第一数据加密单元通过所述第一数据采集单元与所述第一DPI防护单元相连接。
所述用于燃气行业的智能网关，其中，所述第二数据链路包括第二数据输入接口、第三数据输入接口以及第二数据输出接口，第二数据输入接口或第三数据输入接口和第二数据输出接口形成一组Bypass。
所述用于燃气行业的智能网关，其中，所述第二数据链路包括链路检测单元以及第二DPI防护单元，所述第二数据输入接口和所述第三数据输入接口均匀所述链路检测单元相连接，所述第二数据输出接口与所述第二DPI防护单元相连接。
所述用于燃气行业的智能网关，其中，所述第二数据输入接口和所述第三数据输入接口相互冗余。
所述用于燃气行业的智能网关，其中，所述第二数据链路包括第二数据加密单元以及第二数据采集单元，所述第二数据加密单元与所述第二数据采集单元相连接，所述数据采集单元通过连接检测单元与所述第二DPI防护单元相连接。
所述用于燃气行业的智能网关，其中，所述智能网关还包括控制链路，所述控制链路与所述第一数据链路和第二数据链路并联。
所述用于燃气行业的智能网关，其中，所述控制链路包括加密/解密单元、设备控制单元以及控制数据接口；所述加密/解密单元与所述设备控制单元相连接，所述设备控制单元上连接所述控制数据接口。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种用于燃气行业的智能网关以及数据传输方法，所述智能网关包括数据链路控制器、第一数据链路以及第二数据链路，所述第一数据链路与所述第二数据链路并联，并基于所述数据链路控制器检测所述第一数据链路与所述第二数据链路的工作状态，所述第一数据链路与所述第二数据链路互不相通。本发明中的所述智能网关包括第一数据链路和第二数据链路，并且第一数据链路和第二数据链路互不相通，以实现了多组数据链路防护的效果。同时，当智能网关的一路数据链路发生故障时，可以通过另一路数据链路仍然可以实现数据传输，提高了智能网关的安全性，从而保证整个网络环境的安全性。
附图说明
图1为本发明提供的用于燃气行业的智能网关的一个应用场景的示意图。
图2为本发明提供的用于燃气行业的智能网关的另一个应用场景的示意图。
图3为本发明提供的用于燃气行业的智能网关的结构示意图。
图4为本发明提供的用于燃气行业的智能网关中数据加密的流程图。
图5为本发明提供的终端设备的中第二数据链路转发数据的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种用于燃气行业的智能网关，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本实施例提供了一种用于燃气行业的智能网关，该智能网关可以应用可部署于上位机与现场控制网络交界处，为多个现场控制设备(单元)提供访问控制。例如，如图1所示，智能工业安全网关可用于链路冗余网络环境中。此外，所述智能网关可用于对关键设备进行针对性防护，例如，如图2所示，在每一个现场控制设备(或)单元的边界处部署智能工业安全网关。
为了进一步说明所述用于燃气行业的智能网关，下面结合附图和具体实施例对用于燃气行业的智能网关进行说明。
本实施提供了一种用于燃气行业的智能网关，如图3所示，所述智能网关包括：数据链路控制器、第一数据链路100以及第二数据链路200，所述数据链路控制器分别与所述第一数据链路100以及第二数据链路200，所述第一数据链路100与第二数据链路200并联，并且第一数据链路100与第二数据链路200互不相通。其中，所述数据链路控制器检测第一数据链路100以及第二数据链路200的工作状态(指的是检测第一数据链路100的数据接口以及第二数据链路200的数据接口的状态)，以确定通过第一数据链路100或第二数据链路200传输数据。在本实施例中所述智能网关包括第一数据链路100和第二数据链路200，并且第一数据链路100和第二数据链路200互不相通，以实现了多组数据链路防护的效果。同时，当智能网关的一路数据链路发生故障时，可以通过另一路数据链路仍然可以实现数据传输，提供了智能网关的安全，从而保证整个网络环境的安全性。
所述第一数据链路100包括第一数据输入接口101、第一数据输出接口102以及第一DPI防护单元103，所述第一数据输入接口101和所述第一数据输出接口102均与所述第一DPI防护单元103相连接，并且所述第一数据输入接口101和第一数据输出接口102形成一组Bypass。这样当发生紧急断电时，所述第一数据链路100可以自动切换至Bypass状态，从而保护现场环境中数据传输。
进一步，所述第一数据链路100包括第一数据加密单元105以及第一数据采集单元104，所述第一数据加密单元105与所述第一数据采集单元104相连接，所述第一数据采集单元104与所述第一DPI防护单元103相连接。其中，所述第一DPI防护单元103用于接收第一数据输入接口101接收/转发的数据包对所述数据包解析并提取策略特征，将提取的策略特征与本地策略库对比生成指令规则，以便于根据指令规则执行相应操作，其中，所述第一DPI防护单元103用于对数据报文的应用层载荷进行全面解析，获得数据报文的(应用层)类型、操作指令、目标对象(变量名、数据地址、寄存器等)、读写数据等关键信息。此外，所述第一数据采集单元104用于采集第一DPI防护单元103解析接收到的数据包得到数据文件，并将所述数据文件传输至第一数据加密单元105。所述第一数据加密单元105对接收到数据文件进行加密，并将加密后的数据文件存储于本地。
进一步，由第一DPI防护单元103、第一数据加密单元105以及第一数据采集单元104可知，所述第一数据链路100的工作过程可以包括：当第一数据输入接口101接收到数据包时，将所述数据包传输至第一DPI防护单元103；所述第一DPI防护单元103接解析并提取所述数据包携带的策略特征，以及将所述策略特征与本地策略库进行匹配；所述第一DPI防护单元103根据所述策略特征的匹配结果生成指令规则，其中，所述指令规则包括接收指令和拒绝指令；当所述指令规则为拒绝指令时，所述第一DPI防护单元103丢弃所述数据包；当所述指令规则为接收指令时，所述第一DPI防护单元103将所述数据通过第一数据输出接口102发出。当然，在实际应用中，所述本地策略库也可以是远程获取到策略库，并且当本地策略库为远程获取到的策略库时，第一DPI防护单元103接解析并提取所述数据包携带的策略特征之后，需要通过网络获取策略库，在将该策略特征与获取到的策略库进行匹配。
此外，在本实施例的一个实现方式中，当所述数据包传输至第一DPI防护单元103时，所述第一数据采集单元104采集所述第一DPI防护单元103解析得到数据包对应的数据文件，并将所述数据文件传输至第一数据加密单元105；所述第一数据加密单元105对所述数据文件进行加密，并将加密后的数据文件存储于本地，这样使得本地存储的数据文件为加密数据文件，保证了通过智能网关转发的数据安全性。当然，在实际应中，所述加密后的数据也可以存储于远端数据实时库内。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述第一数据加密单元105采用aes算法加密进行加密传输并实时存储。所述第一数据加密单元105对数据进行加密的过程可以为：如图4所示，接收第一数据采集单元104发送的数据文件，并将所述数据文件序列化；生成序列化后的数据文件对应的密钥，并使用该密钥对序列化后的数据文件进行AES加密；将加密后的数据文件发送至远端设备，远端设备采用对所述加密后的数据文件进行解密，并将解密后的文件存储于远端实时数据库，以实现数据文件的加密传输以及远端实时存储。
在本实施例的一个实现方式中，所述第二数据链路200包括第二数据输入接口201、第三数据输入接口202以及第二数据输出接口203，所述第二数据输入接口201和所述第三数据输入接口202相互冗余，并且第二数据输入接口201或第三数据输入接口202和第二数据输出接口203形成一组Bypass。这样一方面使得所述第二数据链路200可以具有冗余功能，同时当发生紧急断电时，所述第二数据链路200可以自动切换至Bypass状态，从而保护现场环境中数据传输。
进一步，所述第二数据链路200包括链路检测单元205以及第二DPI防护单元204，所述第二数据输入接口201和所述第三数据输入接口202均匀所述链路检测单元205相连接，所述第二数据输出接口203与所述第二DPI防护单元204相连接。其中，所述第二DPI防护单元204的功能与第一DPI防护单元103的功能相同，具体可以参照第一DPI防护单元103的说明。所述链路检测单元205用于检测第二数据输入接口201和所述第三数据输入接口202的可用状态，并根据检测得到的第二数据输入接口201和所述第三数据输入接口202的可用状态来确定用于接收数据的数据输入接口。此外，所述第二数据链路200包括第二数据加密单元207以及第二数据采集单元206，所述第二数据加密单元207与所述第二数据采集单元206相连接，所述数据采集单元通过连接检测单元与所述第二DPI防护单元204相连接。其中，第二数据加密单元207的功能与第一数据加密单元105的功能相同，具体参照第一数据加密单元105的说明；第二数据采集单元206的功能与第一数据采集单元104的功能相同，具体参照第一数据采集单元104的说明。
此外，由第二数据链路200的组成可以值得，第二数据链路200的工作过程与第一数据链路100的工作过程基本相同，其区别仅在于第二数据链路200在接收数据包之前，包括一个数据输入接口检测过程，所述数据输入接口的检测过程可以包括：如图5所示，当接收到数据包请求时，检测第二数据输入接口(InputA1)201是否为可用状态，若第二数据输入接口201为可用状态，则通过第二数据输入接口201接收数据包并传输至第二DPI防护单元204；若第二数据输入接口201为不可用状态，则检测第三数据输入接口(InputA0)202是否为可用状态，当第三数据接口为可用状态时，通过第三数据输入接口202接收数据包并传输至第二DPI防护单元204。当然，在实际应用中，也可以先检查第三数据输入接口202，在第三数据输入接口202为不可用状态时，检查第二数据输入接口201。
在本实施例的一个实现方式中，所述智能网关还包括控制链路300，所述控制链路300与所述第一数据链路100和第二数据链路200并联。其中，所述控制链路300包括加密/解密单元303、设备控制单元302以及控制数据接口301；所述加密/解密单元303与所述设备控制单元302相连接，所述设备控制单元302上连接所述控制数据接口301。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于燃气行业的智能网关，其特征在于，所述智能网关包括数据链路控制器、第一数据链路以及第二数据链路，所述第一数据链路与所述第二数据链路并联，并基于所述数据链路控制器检测所述第一数据链路与所述第二数据链路的工作状态，所述第一数据链路与所述第二数据链路互不相通。
2.根据权利要求1所述用于燃气行业的智能网关，其特征在于，所述第一数据链路包括第一数据输入接口和第一数据输出接口，所述第一数据输入接口和第一数据输出接口形成一组Bypass。
3.根据权利要求2所述用于燃气行业的智能网关，其特征在于，所述第一数据链路包括第一DPI防护单元，所述第一数据输入接口和所述第一数据输出接口均与所述第一DPI防护单元相连接。
4.根据权利要求3所述用于燃气行业的智能网关，其特征在于，所述第一数据链路包括第一数据加密单元以及第一数据采集单元，所述第一数据加密单元通过所述第一数据采集单元与所述第一DPI防护单元相连接。
5.根据权利要求1所述用于燃气行业的智能网关，其特征在于，所述第二数据链路包括第二数据输入接口、第三数据输入接口以及第二数据输出接口，第二数据输入接口或第三数据输入接口和第二数据输出接口形成一组Bypass。
6.根据权利要求5所述用于燃气行业的智能网关，其特征在于，所述第二数据链路包括链路检测单元以及第二DPI防护单元，所述第二数据输入接口和所述第三数据输入接口均匀所述链路检测单元相连接，所述第二数据输出接口与所述第二DPI防护单元相连接。
7.根据权利要求5所述用于燃气行业的智能网关，其特征在于，所述第二数据输入接口和所述第三数据输入接口相互冗余。
8.根据权利要求7所述用于燃气行业的智能网关，其特征在于，所述第二数据链路包括第二数据加密单元以及第二数据采集单元，所述第二数据加密单元与所述第二数据采集单元相连接，所述数据采集单元通过连接检测单元与所述第二DPI防护单元相连接。
9.根据权利要求1所述用于燃气行业的智能网关，其特征在于，所述智能网关还包括控制链路，所述控制链路与所述第一数据链路和第二数据链路并联。
10.根据权利要求9所述用于燃气行业的智能网关，其特征在于，所述控制链路包括加密/解密单元、设备控制单元以及控制数据接口；所述加密/解密单元与所述设备控制单元相连接，所述设备控制单元上连接所述控制数据接口。
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