摘要目前以太網在工業網絡控制系統中已得到廣泛應用，這里通過對其MAC子層控制方式的數據傳輸模型分析，從考慮實際各節點之間差異性的角度，結合工業網絡的特性要求，提出了一種分析網絡控制系統的方法和思路，推導出了一些對分析和設計網絡控制系統有一定指導意義的計算公式，并用仿真試驗加以驗證。

關鍵詞以太網CSMA/CD模型延時

隨著計算機、通信、網絡等信息技術的發展，現場總線的出現適應了工業控制系統向分散化、網絡化、智能化發展的方向；但是現場總線技術在其發展過程中存在許多不足，由于以太網在MAC（MediaAccessControl）層采用CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)的媒體訪問機制，各節點采用P-堅持二進制指數后退算法處理沖突，因此具有通信延時不確定的缺陷，成為它在工業實時控制應用中的主要障礙。因此本文針對目前應用最廣泛的以太網技術，通過分析其MAC子層的CSMA/CD協議模型，考慮實際各節點的之間的差異性，建立相應的數學模型，并對其進行了數學分析。

1協議模型

由于ISO/OSI對通信協議模型底三層的網絡拓撲、傳輸介質、MAC方式等都已有明確的定義，因此網絡控制系統參照ISO/OSI模型，結合實際控制系統的需要進行了一定的簡化。

從信息發送數據到信息接收之間的全部通信延時，稱為端到端的通信延時。主要包括下面幾個因素：①排隊延時：從信息進入排隊隊列，到此信息獲取通信網絡所需的時間。②發送延時：從信息的第一個字節開始發送到信息最后一個字節發送結束所需的時間。③傳輸延時：信息在現場設備間傳輸所需的時間。在本文中用，，分別表示排隊延時，發送延時，傳輸延時。

摘要：隨著計算機的普及，以及網絡技術的不斷發展，5G網絡時代應時代發展隨之而來。工業領域面對5G技術獲得更加優秀的技術發展支持條件。工業互聯網在日常運行中具有非常高的專業性與技術支持性需求，在工業參數設置方面或者針對工業生產相關數據的傳輸等方面均需要網絡技術，而這種專業性非常強的網絡技術在實際實施的過程中必須借助有效的網絡支持。使用5G網絡技術支持的同時必須深入分析并且明確在整個網絡使用過程中是否存在一些安全問題或者存在某些安全隱患，構建科學、全面、有效的5G網絡保護防線對于推進5G網絡向著良好的方向發展具有積極意義。

關鍵詞：5G網絡；工業；互聯網；安全問題；探析

工業生產過程中借助互聯網并將其運用在實際生產過程中的操作較為復雜，不同的工業環節需要不同的數據支持，需要進行針對性數據傳輸，借助實際需求進行對應的處理工作。因工業存在差異性，所需的網絡數據支持也存在差異性，這就需要網絡技術在實際的工作中提供更具有靶向性的特點，例如在工業管理工作的實際使用中，需要數據具備延時性特點，但是工業生產的各個環節中則必須要求數據與生產步驟一致[1]。工業生產以及工業管理工作的一些特殊的工作項目還可能需要較高的功率才能確保運行順暢，以滿足后續工序的進行，而可能也有一些工業操作過程中必須要求低功率才能滿足后續工序的進度，這樣的生產現狀均需要實現網絡環境高度可控性操作。

1我國5G網絡技術對工業互聯網的影響

工業互聯網的概念最初是由發達國家的電器公司在二十一世紀初期提出，是一種未來借助設備、網絡互聯網以及大數據相互結合以此來帶動更加先進的設備并獲取更為優質和更佳完善的服務[2]。5G網絡具備更高的速率、更高的可靠性以及較低的延時性以及海量連接性等特點，可作為工業互聯網的基礎性網絡設置，為工業互聯網實際運行典型堅實的工作基礎。雖然5G網絡還未廣泛普及應用，但是我國華為、小米等主流通訊設備制造商在研發5G網絡技術的過程中，都已經同垂直行業展開積極合作，通過端口到端口的無線網絡技術在工業互聯網中已經進行試水。

25G網絡技術在國內工業互聯網中的應用情況概述

論文關鍵詞:工業以太網；特點；趨勢；全開放網絡

論文摘要:工業以太網控制系統是集散控制系統(DCS)和現場總線控制系統(FCS)之后產生的一種新型的工業控制系統。本文簡要介紹了工業以太網的特點，并詳細論述了工業以太網在控制領域的應用現狀以及以太網交換技術的發展趨勢，并提出了以太網能實現工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控一體化的全開放網絡的觀點。

傳感器技術、通信技術和計算機技術是現代信息技術的三大基礎，隨著IT技術的飛速發展和工業自動化要求的不斷提高，工業控制網絡所擔負的工作越來越重。與數據信息網絡不同，工業控制領域需要一種高速廉價、實時性和開放性好、穩定性和準確性高的網絡。以太網（Ethernet）技術支持幾乎所有的網絡協議,所以在數據信息網絡中得到廣泛應用，具有傳輸速度高、低能耗、便于安裝、兼容性好、開放性高和支持設備等多方面的優勢。工業以太網的開放性使得工業控制網絡和企業信息網絡的無縫整合方面具有無可比擬的優勢。

一、工業以太網技術的特點

以太網技術具有價格低廉、穩定可靠、通信速率高、軟硬件產品豐富、應用廣泛以及支持技術成熟等優點，已成為最受歡迎的通信網絡之一。近些年來,隨著網絡技術的發展,以太網進入了控制領域,形成了新型的以太網控制網絡技術。這主要是由于工業自動化系統向分布化、智能化控制方面發展,開放的、透明的通訊協議是必然的要求。以太網技術引入工業控制領域，其技術優勢非常明顯：

（一）Ethernet是全開放、全數字化的網絡，遵照網絡協議不同廠商的設備可以很容易實現互聯。

一、工業以太網技術的特點

以太網技術具有價格低廉、穩定可靠、通信速率高、軟硬件產品豐富、應用廣泛以及支持技術成熟等優點，已成為最受歡迎的通信網絡之一。近些年來,隨著網絡技術的發展,以太網進入了控制領域,形成了新型的以太網控制網絡技術。這主要是由于工業自動化系統向分布化、智能化控制方面發展,開放的、透明的通訊協議是必然的要求。以太網技術引入工業控制領域，其技術優勢非常明顯：

（一）Ethernet是全開放、全數字化的網絡，遵照網絡協議不同廠商的設備可以很容易實現互聯。

（二）以太網能實現工業控制網絡與企業信息網絡的無縫連接，形成企業級管控一體化的全開放網絡。

（三）軟硬件成本低廉，由于以太網技術已經非常成熟，支持以太網的軟硬件受到廠商的高度重視和廣泛支持，有多種軟件開發環境和硬件設備供用戶選擇。

（四）通信速率高，隨著企業信息系統規模的擴大和復雜程度的提高，對信息量的需求也越來越大，有時甚至需要音頻、視頻數據的傳輸，目前以太網的通信速率為10M、100M的快速以太網開始廣泛應用，千兆以太網技術也逐漸成熟，10G以太網也正在研究，其速率比目前的現場總線快很多。

都市型工業是指與城市、城區功能相協調，首先為本城市的生產、流通、分配或消費服務，同時也為本城市外部需求服務的生態型、輕型化的各種工業的總稱，諸如出版業、服裝業、食品制造業等。發展都市型工業，構筑城區都市型工業網，對于促進城市發展，滿足人民群眾的需要，提升城市綜合競爭力，促進城市可持續發展，加快城市工業布局調整和產業升級，擴大就業，推進對外開放，均具有重要的戰略意義。它是我國未來20年全面建設小康社會，走中國特色城鎮化道路，實現城市可持續發展的重要舉措。

城區都市型工業及其網絡體系的發展、構建在我國目前正處于起步階段，上海等城市近年大力發展都市型工業，南寧市新城區也在積極創建都市型工業網絡體系。在此背景下，對城區都市型工業網進行一些經驗總結及相關理論探討，具有現實指導意義。

一、構筑城區都市型工業網的動因及其形成機理

（一）構筑城區都市型工業網的動因

都市型工業并非到現在才出現，它伴隨城市的形成而產生，但過去其發展往往是自發性的、無序的，在沒有統一規劃的控制和引導下，其分布會比較凌亂，甚至“遍地開花”。這種自發、無序狀況，既不利于都市型工業形成規模，也不利于城市形象的提升。自發、無序的都市型工業發展到一定時候，還會成為城市進一步發展的不利因素。當老城市發展到一定時期，或者新城市在建設過程中，加強對都市型工業的市場行為的政府引導就顯得特別重要。而創建城區都市型工業網，則是政府引導的重要手段及路徑，是都市型工業健康快速成長的重要舉措。

（二）城區都市型工業網的形成機理

摘要：通過分析成品油管網工業控制系統攻擊的真實案例，重點介紹成品油管網工業控制系統現狀和存在的安全隱患，提出改進措施；展示工業控制系統網絡安全可能受到的威脅和攻擊途徑，說明工控系統網絡安全的脆弱性和加強防護的重要性。概括介紹了當今世界計算機網絡安全總體形勢，以及對工業控制系統安全整體性的介紹。引起人們對成品油管網工業控制系統網絡安全的重視，并對可能的安全威脅有初步了解，做到知己知彼、防患于未然，保障成品油管網工業控制系統安全、穩定運行。

關鍵詞：成品油管道；工業控制系統；網絡安全

1成品油管網工控網絡安全實例

中石化華北管網控制系統曾發生工控網絡受攻擊的案例，技術人員對攻擊過程、后果，攻擊手段進行分析，從加強制度管理，彌補技術漏洞等方面入手，提高管道控制網絡的防范能力。

1.1工控網絡故障現象及過程

華北成品油管網調控中心SCADA控制系統自投入使用，一直穩定運行，2012年7月，調度管理幾千公里、幾十個成品油管網輸油站場運行的中心SCADA服務器突然出現故障，控制中心所有操作員站從SCADA系統中退出，無法連接到服務器，將控制權限切換到站場控制，才未造成更大的影響。第二年7月，服務器再次出現同樣故障，故障持續時間更長，解決過程更為復雜。經技術人員分析確認系統故障的直接原因是受到病毒軟件攻擊，深入調查發現是自控廠家個別技術人員內外勾結，惡意植入病毒，破壞控制系統以謀取經濟利益，最終相關涉案人員被繩之于法，病毒被清理，自控系統恢復正常運行。調查發現，案犯以廠家技術人員的身份做掩護，利用對自控系統技術細節的了解，編制專門針對系統服務器的病毒文件植入工作站電腦。該病毒利用SUN公司服務器Solaris操作系統漏洞，獲取服務器的root用戶權限，將病毒文件從工作站自動拷貝到服務器上，并修改部分系統配置信息。病毒通過替換了服務器上一個不常用的系統服務進程，利用該進程不定時對SCADA系統核心進程進行干擾，導致調度工作站訪問SCADA系統服務失敗。

2010年，震網病毒Stuxnet通過針對性的入侵ICS系統，嚴重威脅到伊朗布什爾核電站核反應堆的安全運營。4)2011年，黑客通過入侵數據采集與監控系統SCADA，使得美國伊利諾伊州城市供水系統的供水泵遭到破壞。5)2012年，中東地區發生了一系列網絡攻擊，摧毀了該地區石油平臺的計算機系統，發動這些攻擊的惡意軟件被稱為“Wiper”。以上安全事件的出現均與SCADA系統本身的特征及脆弱性密切相關，因此對工業控制系統的安全風險進行及時有效的評估、管理和預防，對全面提高和保障工業系統的信息安全具有重要的意義。

ICS的網絡威脅與脆弱性

ICS系統的網絡威脅工業控制系統的網絡架構朝著工業以太網的方向發展，其開放性逐漸增強，基于TCP/IP以太網通訊的OPC(OLEforProcessControl，用于過程控制的一個工業標準)技術在該領域得到廣泛應用。從工業控制系統的網絡現狀分析，ICS網絡面臨兩類安全威脅：1)開放性引入的安全風險。例如TCP/IP協議和OPC協議等通用協議的漏洞很容易遭到來自外部或內部網絡的攻擊。2)連接性引入的安全風險。早期，工業控制系統和企業管理系統是物理隔離的，但近年來為了管理與生產的方便，兩個網絡系統間以邏輯隔離的方式存在，因此ICS系統也面臨來自企業網絡和Internet的威脅。表2總結了ICS系統存在的幾種網絡威脅[1]。

ICS系統的脆弱性工業控制系統的漏洞存在多個方面，如物理環境、組織、過程、人員、管理、配置、硬件、軟件和信息等，其中可以造成網絡入侵攻擊的漏洞主要包括以下一些問題[1，5]。

工業控制系統安全防護設計

近些年，業內提出了深度防御策略[1，6-7]來對一個典型的ICS系統進行網絡安全防護，主要包括以下內容：1)為ICS系統實現多層的網絡拓撲結構，在最安全和可靠的層執行最嚴格的通信。2)在企業網絡和ICS網絡間提供邏輯隔離(即在兩個網絡間配置狀態檢測防火墻)。3)配置DMZ網絡結構(即阻止企業網絡和ICS網絡的直接通信)。4)確保關鍵的部件是冗余的，并且部署在冗余網絡上。5)在經過測試能夠確保不影響ICS操作的情況下，禁止ICS設備未使用的端口和服務。6)嚴格限制物理設備接入ICS網絡。7)建立基于角色的訪問控制規則，根據最小化特權的原則配置每個角色的權力。8)考慮對ICS網絡和企業網絡的用戶采用獨立的鑒權機制。9)在技術可行的情況下實現安全控制，如防病毒軟件、文件完整性檢查軟件，以阻止、發現和減少惡意軟件的進入和傳播。10)在ICS數據的存儲和通信中，應用加密等安全技術。11)在現場環境中，必須在測試系統上測試所有的補丁，然后再安裝到ICS系統并配置安全的補丁。12)在ICS的重要區域跟蹤和監控審計日志。這里認為在ICS的3層網絡體系中，應進行多層-多級安全防護。在各層邊界部署防火墻以進行有效隔離。其中信息管理層部署商業防火墻，商用IDS、IPS，以過濾、監控、聯動處理2-7層網絡的攻擊；在生產管理層部署面向生產過程控制的工業防火墻，同時對信息管理層的外部用戶、第三方的連接需求采用專用VPN設備，在生產管理層部署具有物理隔離功能的單向網閘，通過其單向的數據導入和物理隔離能力保證工業過程的信息流嚴格可控。此外，在接入區部署防病毒服務器及終端管理系統，并對商用數據庫部署審計系統，滿足數據管理要求；在管理運維客戶端部署運維操作審計系統，滿足配置管理要求，強化口令及權限管理；針對PC/服務器的操作系統級漏洞實現有效管理，部署商用漏洞掃描產品；針對采用無線連接的系統，部署無線安全產品。通過上述的多層-多級防護，可以基本滿足《關于加強工業控制系統信息安全管理的通知》(工信部協[2011]451號)的要求。

1引言

隨著現代化工業的發展，自動化控制、電視監控系統被廣泛應用于管理系統中。由于工業電視、網絡分布范圍廣，且很多工業電視設備分布在空曠、較高的位置，是比較容易遭受雷擊的區域。防止工業電視、網絡系統被雷擊，是確保自動化控制系統正常工作的重要前提。我礦有露天、井工兩種開采方式，礦山布置廣闊，系統復雜，設備分布分散。2010年多次遭雷擊，其中變電所高壓遭雷擊兩次，嚴重的一次入戶的線路被擊斷，按現場情況分析是直擊雷；另外全礦的工業電視監控系統、工業以太網絡系統也多次遭遇雷擊，全礦工業電視監控系統、網絡系統80%的設備均有不同程度的損壞，造成嚴重的經濟損失。

2防雷設施存在的問題

針對實際情況，對我礦防雷設施進行了一次清查，發現存在的問題如下：

（1）接地引線接法不正確辦公主樓主接地極與設備工作接地接在同一接地極上，此錯誤的接法是造成監控設備遭遇雷擊的主要原因。辦公主樓在附近建筑物中比較高，易接雷電，由主樓向下共3個接地極，3條鋼絞線做接地引線，接地極與鋼絞線用鋁線綁扎，這種連接方式接頭電阻較大，實測接頭電阻2Ω以上。遭遇雷擊時，通過接地引線導向大地的電流按1000A估算，在接頭處將產生500V的電壓，由于監控設備的接地引線與此接地極綁扎在同一點上，此500V的電壓將沿著監控設備的接地引線倒流至監控設備，足以使監控設備被擊毀。

（2）房頂避雷設施被破壞，接法不正確辦公主樓建于1980年代初期，樓頂四周有防雷帶，通過接地引線與接地極相連接，樓頂為平頂，由于年久失修，屋頂有多處漏水，我礦于2008年夏季對樓頂進行大修，用新型材料彩鋼瓦重新鋪設樓頂，達到了防漏、美觀的目的。由于辦公主樓中間部分為6層，東西兩側為5層，辦公樓頂分為3部分，3個部分的彩鋼瓦沒有可靠地連接在一起，即3個部分獨立與地相連，使接地電阻增大，向大地導雷電的效果相對較差。施工過程中，接地引線與鋼架搭接長度不夠，焊接不牢固，鋼架結構之間、彩鋼瓦與鋼架結構之間接觸不嚴密均導致接地電阻大。

摘要：近年來我國經濟發展逐漸加快，市場競爭也愈發激烈，一些工業產品的設計逐漸成為人們購買的主要選擇因素。隨著時代的發展，人們對于工業設計的需求也逐漸發生了變化。在物聯網時代的大背景下，工業設計受其影響，在市場需求、價值方面都得到了提升。文章以物聯網時代為背景，分析其對工業設計的影響。

關鍵詞：物聯網時代；工業設計；影響

隨著信息技術的不斷發展，物聯網技術逐漸受到人們的關注。與信息技術不同的是，物聯網在不斷運行發展的過程中，能夠給人們的生活與工作帶來變化，為人們提供多樣化的信息渠道，使人們的生活逐漸智能化。物聯網的應用范圍也逐漸擴大，逐漸超出互聯網的使用范圍。隨著人們生活水平的不斷提高，工業設計為了滿足人們的需求也在不斷發展。隨著物聯網時代的到來，工業設計應在不斷發展自身的同時汲取精華，展現物聯網的真正魅力，為人們提供真正具有魅力并體現時代性的工業產品。由此可見，在物聯網時代的大背景下，工業設計的發展也將受其影響。針對物聯網時代的到來，筆者主要分析物聯網對工業設計的影響。

一、受物聯網時代影響的工業產品特點

1.產品之間的信息傳遞

現階段受物聯網發展的影響，工業產品設計逐漸與傳統形式的產品設計存在差別，其一就是工業產品之間的信息傳遞。隨著物聯網時代的到來，工業產品之間的信息交互逐漸實現，由此也為在信息時代生活的人們提供了更加豐富的時間與空間，這一點在生活中便可以體現，如，市場中的智能家電為人們的生活提供了便捷。

摘要：近年來，隨著人工智能及互聯網技術的高速發展，信息化與工業化的融合速度越來越快。企業規模越大，工業控制系統的網絡安全越關鍵。但是，受到網絡環境和計算機技術的影響，工業控制系統的網絡安全也面臨著更多的安全隱患，只有采取更多安全可靠的技術和行之有效的管理手段，才能確保工業控制系統的安全、穩定、可靠運行。基于此，文章著重分析了工業控制系統網絡安全的隱患，并提出了幾點有效的管理策略，希望為相關的管理人員提供一定的幫助，促進工業控制系統網絡安全的有序發展。

關鍵詞：工業控制系統網絡安全；安全與管理；安全隱患；策略

工業控制系統網絡中應用了TCP/IP技術，加強了與企業辦公網絡的聯系，同時也將傳統的目標系統轉化為全新的開放系統，實現了數據的互連互通，提高了控制系統的運行效率，為管理決策提供了更好的數據支持。目前，無論是工業控制系統網絡還是企業辦公網絡，都缺少足夠的安全防護措施，從而導致網絡安全隱患問題嚴峻，急需得到有效的控制和管理，避免由于網絡安全問題而導致工業控制系統網絡運行癱瘓。

1工業控制系統

工業控制系統主要包括分布式控制系統（DCS）、安全儀表系統（SIS）可編程邏輯控制（PLC）和消防火災報警系統等四個不同類型的控制系統[1]。工業控制系統被廣泛應用到各個領域，例如電力、交通、水利以及工業領域等，實現對重點生產設備的運行控制。工業控制系統一旦受到網絡攻擊遭到破壞，就會導致工業生產受阻，直接影響產業的經濟發展，也會對國家的安全和經濟發展造成嚴重影響[2]。所以，在工業領域實施控制系統的時候，必須對可能發生的網絡系統安全問題進行有效的排查，并且進行科學的管理，進而提高工業控制系統網絡的運行可靠性和安全，確保工業可持續發展。

2工業控制系統的網絡安全隱患