面向工业信息物理系统的相依网络模型构建方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向工业信息物理系统的相依网络模型构建方法，属于工业信息物理系统安全研究领域。包括：根据工业信息物理系统结构与业务特征，分别确定结构相依指标与业务相依指标；根据结构相依指标和业务相依指标分别计算得到结构相依关系评估值和业务相依关系评估值，将两者加权得到信息节点与物理节点间的相依关系。本发明专利技术通过分析系统拓扑结构和业务特征，明确系统信息域与物理域间的交互关系，从结构与业务特征角度全面揭示系统多域间复杂的交互关系；采用层次分析法量化相依关系，解决了相依关系评估过程中由于影响因素过多而难以量化的问题，实现了对相依关系的定量评估，能够更加全面、真实地反映信息域与物理域间复杂的交互关系。域间复杂的交互关系。域间复杂的交互关系。

【技术实现步骤摘要】
面向工业信息物理系统的相依网络模型构建方法


[0001]本专利技术属于工业信息物理系统安全研究
，更具体地，涉及一种面向工业信息物理系统的相依网络建模方法。

技术介绍

[0002]工业信息物理系统是智能制造和“工业4.0”的重要基础，其广泛应用于智能制造、智能电网、水利、能源等核心工业领域。与传统工业控制系统相比，工业信息域与物理域深度耦合虽然提高了信息空间对物理进程管理的有效性、实时性，实现了生产调度的科学决策，但同时也使得系统安全边界模糊化，更多的攻击面暴露于外，极易引发安全威胁事件发生。为了评估工业信息物理系统的脆弱性，需要结合域间相依关系评估系统脆弱性的跨域影响。目前，已有相依网络建模方法通常是将信息域与物理域间的相依关系设为假定值，或者是仅从单一角度出发量化节点间的相依关系。然而，工业信息域与物理域之间存在高度耦合关系，系统呈现结构扁平化、交互一体化等特点。因此，已有的相依网络建模方法不能全面反映系统多域间的交互特征，需要结合系统运行特点来描述信息
‑
物理域间既有拓扑交互又有业务相依的复杂交互特征，进一步提高相依网络建模方法的准确性。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种面向工业信息物理系统的相依网络建模方法，该专利技术的目的在于为工业信息物理系统提供更加全面、真实的相依关系评估方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种面向工业信息物理系统的相依网络模型构建方法，包括：
[0005]S1.根据工业信息物理系统结构与业务特征，分别确定结构相依指标与业务相依指标；
[0006]S2.根据结构相依指标和业务相依指标分别计算得到结构相依关系评估值和业务相依关系评估值，将两者加权得到信息节点与物理节点间的相依关系。
[0007]进一步地，结构相依关系评估值计算公式为：
[0008][0009]其中，RS(i,j)表示信息节点i与物理节点j之间的结构相依度量值；RS
D
(i,j)、RS
B
(i,j)分别为基于“度数
‑
度数”、“介数
‑
介数”的结构相依度量值；RS
′
D
(i,j)、RS
′
B
(i,j)分别为RS
D
(i,j)、RS
B
(i,j)归一化处理后的结果；α为指标权重；分别表示信息节点i、物理节点j的度数；表示度数为的信息节点与度数为的物理节点相互依存的概
率；分别表示相依网络中节点度数为的概率；分别为信息节点i、物理节点j的介数，表示介数为的信息节点与介数为的物理节点相互依存的概率；分别表示信息节点介数为物理节点介数为的概率。
[0010]进一步地，业务相依指标具体包括工业信息物理系统在一个生产周期内信息节点与物理节点间的状态信息数据量、控制命令数据量以及单位时间通信业务量最大值。
[0011]进一步地，工业信息物理系统在一个生产周期内信息节点i与物理节点j间控制命令数据量δ(i,j)，具体公式为：
[0012][0013]其中，k
r
(j)表示物理节点j中正常运行所需的控制指令r的数据大小，E
r
(j)表示控制指令r在一个生产周期内下发的次数；k
b
(j)表示对于节点j中故障维护指令的数据量大小，E
b
(j)表示节点j在一个生产周期内的平均故障次数。
[0014]进一步地，工业信息物理系统在一个生产周期内物理节点j与信息节点i间状态信息数据量γ(j,i)，具体公式为：
[0015][0016]其中，h表示物理节点周期性上传状态信息的种类，t
r1
～t
r2
表示第r类数据在一个生产周期内的生存时间，f
r
表示第r类数据的采集频率，k
r
表示第r类数据的大小。
[0017]进一步地，信息节点i与物理节点j间的相依关系F
C
‑
P
(i,j)计算公式为：
[0018][0019]其中，ω
S
、ω
L
分别为结构相依关系评估值业务相依关系评估值的权重，且ω
S
+ω
L
＝1；RS
′
(i,j)为结构相依关系评估值进行归一化处理后的结果；δ
′
(i,j)、δ
‘
m
(i,j)分别为信息节点i与物理节点j在一个生产周期内的控制命令数据量、单位时间控制命令数据量最大值归一化处理后的结果；分别为业务相依关系两项评估指标的权重，且
[0020]进一步地，物理节点j与信息节点i间的相依关系F
P
‑
C
(j,i)计算公式为：
[0021][0022]其中，ω
S
、ω
L
分别为结构相依关系评估值业务相依关系评估值的权重，且ω
S
+ω
L
＝1；RS
′
(j,i)为结构相依关系评估值进行归一化处理后的结
果；γ
′
(j,i)、γ
’
m
(j,i)分别为物理节点j与信息节点i间在一个生产周期内的状态信息数据量、单位时间状态信息数据量最大值归一化处理后的结果；分别为业务相依关系两项评估指标的权重，且
[0023]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相比，能够取得下列有益效果。
[0024]本专利技术提出一种应用于工业信息物理系统的相依网络模型构建方法，通过分析该系统的拓扑结构和业务特征，明确系统信息域与物理域间的交互关系，从结构与业务特征角度全面揭示系统多域间复杂的交互关系；并采用层次分析法量化相依关系，解决了相依关系评估过程中由于影响因素过多而难以量化的问题，实现了对相依关系的定量评估。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例提供的面向工业信息物理系统相依关系评估的总体流程示意图；
[0026]图2是实施例提供的工件生产智能制造系统模型示意图；
[0027]图3是图2所示工件生产智能制造系统的生产车间业务流程示意图；
[0028]图4是本专利技术实施例提供的工件生产智能制造系统交互特征；
[0029]图5是本专利技术实施例提供的工件生产智能制造系统相依网络模型示意图；
[0030]图6是本专利技术实施例提供的工业信息物理系统相依关系评估层次结构模型示意图；
[0031]图7是本专利技术实施例相依关系评估结果验证示意图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向工业信息物理系统相依网络模型构建的方法，其特征在于，包括：S1.根据工业信息物理系统结构与业务特征，分别确定结构相依指标与业务相依指标；S2.根据结构相依指标和业务相依指标分别计算得到结构相依关系评估值和业务相依关系评估值，将两者加权得到信息节点与物理节点间的相依关系。2.根据权利要求1所述的一种面向工业信息物理系统相依网络模型构建的方法，其特征在于，结构相依关系评估值计算公式为：其中，RS(i，j)表示信息节点i与物理节点j之间的结构相依度量值；RS
D
(i，j)、RS
B
(i，j)分别为基于“度数
‑
度数”、“介数
‑
介数”的结构相依度量值；RS
′
D
(i，j)、RS
′
B
(i，j)分别为RS
D
(i，j)、RS
B
(i，j)归一化处理后的结果；α为指标权重；分别表示信息节点i、物理节点j的度数；表示度数为的信息节点与度数为的物理节点相互依存的概率；分别表示相依网络中节点度数为的概率；分别为信息节点i、物理节点j的介数，表示介数为的信息节点与介数为的物理节点相互依存的概率；分别表示信息节点介数为物理节点介数为的概率。3.根据权利要求1所述的一种面向工业信息物理系统相依网络模型构建的方法，其特征在于，业务相依指标具体包括工业信息物理系统在一个生产周期内信息节点与物理节点间的状态信息数据量、控制命令数据量以及单位时间通信业务量最大值。4.根据权利要求3所述的一种面向工业信息物理系统相依网络模型构建的方法，其特征在于，工业信息物理系统在一个生产周期内信息节点i与物理节点j间控制命令数据量δ(i，j)，具体公式为：其中，k
r
(j)表示物理节点j中正常运行所需的控制指令r的数据大小，E
r
(j)表示控制指令r在一个生产周期内下发的次数；k
b
(j)表示对于节点j中故障维护指令的数据量大小，E
b
(j)表示节点j在一个生产周期内的平均故障次数。5.根据权利要求3所述的一种面向工业信息物理系统相依网络模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓娅，李欣格，耿一帆，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：