探討基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的礦山綜合信息平臺(tái)的安全性問(wèn)題

諸葛曉春

【摘 要】 礦山企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境由于地形原因具有信息特殊性，為保障礦山井下安全生產(chǎn)，建立適應(yīng)礦山生產(chǎn)的綜合性信息管理平臺(tái)，是非常必要的。為此，制定安全的操作系統(tǒng)，統(tǒng)一調(diào)配系統(tǒng)資源，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加密、備份，采用統(tǒng)一的接口協(xié)議，是保證綜合信息管理平臺(tái)能夠有效整合其他系統(tǒng)信息并能穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

【Abstract】Because of the particularity of information in the production environment of mining enterprises， it is necessary to establish a comprehensive information management platform which is suitable for mine production. Therefore， the development of a safe operating system， resource allocation system unified， necessary encryption， backup of data， using the unified interface protocol， are the keys to ensure that the integrated information management platform can effectively integrate other information system and stable operation.

【關(guān)鍵詞】礦山；物聯(lián)網(wǎng)；信息平臺(tái)

【Keywords】 mineral；internet of things；information platform

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD76 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）02-0192-03

1 引言

礦山企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境由于地形原因具有信息特殊性，為保障礦山井下安全生產(chǎn)，建立適應(yīng)礦山生產(chǎn)的綜合性信息管理平臺(tái)，是非常必要的?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合信息管理平臺(tái)具有多種功能，能夠?qū)⒂卸居泻怏w檢測(cè)傳感器、人員定位卡、地壓監(jiān)測(cè)裝置、壓風(fēng)機(jī)等設(shè)備通過(guò)互通協(xié)議掛到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上，并上傳檢測(cè)數(shù)據(jù)和人員信息；能夠綜合管理整個(gè)礦山數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)日?qǐng)?bào)、生產(chǎn)決策、礦山資源等；能將井下實(shí)時(shí)信息傳遞到井上管理者手中，并將管理者的決策及時(shí)反饋給井下作業(yè)人員，指導(dǎo)作業(yè)人員進(jìn)行生產(chǎn)；能夠在緊急時(shí)刻及時(shí)通暢的發(fā)布救援策略，等等。由于需要整合多個(gè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，信息安全問(wèn)題、數(shù)據(jù)接口問(wèn)題、傳輸協(xié)議問(wèn)題、系統(tǒng)資源調(diào)配問(wèn)題都必須充分考慮，以防止多人訪(fǎng)問(wèn)造成平臺(tái)阻塞癱瘓，同時(shí)也必須防止未具有權(quán)限者越權(quán)竊取信息，造成企業(yè)機(jī)密信息外泄。

為此，制定安全的操作系統(tǒng)，統(tǒng)一調(diào)配系統(tǒng)資源，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加密、備份，采用統(tǒng)一的接口協(xié)議，是保證綜合信息管理平臺(tái)能夠有效整合其他系統(tǒng)信息并能安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 定制化的操作系統(tǒng)

建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的礦山綜合信息管理平臺(tái)，必須根據(jù)礦山生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜的特殊性及生產(chǎn)系統(tǒng)的普遍性來(lái)綜合考量、設(shè)計(jì)平臺(tái)的功能，使得平臺(tái)能夠滿(mǎn)足日常生產(chǎn)、信息發(fā)布、緊急救援等要求。

2.1 精簡(jiǎn)操作系統(tǒng)內(nèi)核

設(shè)計(jì)架構(gòu)平臺(tái)時(shí)，應(yīng)該定制綜合信息管理平臺(tái)的系統(tǒng)，使其具有精簡(jiǎn)操作的內(nèi)核。精簡(jiǎn)的操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，首先可減少由于系統(tǒng)自帶程序在后臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行而占用系統(tǒng)資源。其次，優(yōu)化后的精簡(jiǎn)操作系統(tǒng)內(nèi)核，能夠?yàn)槎ㄖ频牡V山安全軟件提供更為方便的平臺(tái)。第三，礦山綜合信息管理平臺(tái)的操作系統(tǒng)精簡(jiǎn)后，僅運(yùn)行礦山安全工程及其相關(guān)軟件的內(nèi)核和組件。這樣，在保證操作系統(tǒng)的完整性和程序運(yùn)行環(huán)境的穩(wěn)定性與安全性的同時(shí)，可最小化操作系統(tǒng)，以節(jié)省平臺(tái)資源 [1-2]。

2.2 操作系統(tǒng)的性能要求

首先，要具有高安全性。綜合信息管理系統(tǒng)可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器完成統(tǒng)一的更新、發(fā)布、控制、遷移和維護(hù)，因此必須要有高度的可靠性，以避免在系統(tǒng)使用過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露或者被非法侵入的情況。

其次，開(kāi)放性的要求。由于該平臺(tái)主要是面對(duì)企業(yè)內(nèi)部使用，其數(shù)據(jù)資料不僅為日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)，還有些數(shù)據(jù)涉及企業(yè)關(guān)鍵性數(shù)據(jù)和核心技術(shù)。因此，系統(tǒng)的開(kāi)放性不僅是保證企業(yè)所有人員都擁有訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)的權(quán)利，而且還要針對(duì)不同人員提供相應(yīng)的開(kāi)放權(quán)限，不能越權(quán)越級(jí)訪(fǎng)問(wèn)，保證數(shù)據(jù)安全。

第三，要具有穩(wěn)定性。系統(tǒng)必須有足夠的冗余能力來(lái)保障運(yùn)行的穩(wěn)定，保證多人同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)平臺(tái)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)癱瘓、阻塞。

第四，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與備份能力。生產(chǎn)中使用的各類(lèi)型傳感器與管理平臺(tái)在使用中勢(shì)必產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)必須保證海量數(shù)據(jù)有足夠的存儲(chǔ)空間。同時(shí)系統(tǒng)還應(yīng)具有自動(dòng)備份的能力，以便系統(tǒng)掉電或出現(xiàn)故障后的數(shù)據(jù)恢復(fù)。

3 統(tǒng)一系統(tǒng)資源調(diào)配

根據(jù)礦山企業(yè)的生產(chǎn)需求，建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)綜合信息管理平臺(tái)需要為用戶(hù)提供系統(tǒng)綜合信息資源的統(tǒng)一管理，以防止系統(tǒng)信息外泄。

3.1 搭建開(kāi)放式架構(gòu)

綜合信息管理平臺(tái)在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，可搭建三個(gè)開(kāi)放式平臺(tái)結(jié)構(gòu)，即感知層，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層用于完成對(duì)感知節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集和匯總，并提供數(shù)據(jù)仿真的功能；網(wǎng)絡(luò)層利用多協(xié)議中間件軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞和信息互通；應(yīng)用層可呈現(xiàn)檢測(cè)設(shè)備或節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)信息。

3.2 資源調(diào)配問(wèn)題

平臺(tái)根據(jù)不同權(quán)限者發(fā)出的使用資源請(qǐng)求，依次將請(qǐng)求變成搜索條件，并在相應(yīng)的權(quán)域范圍內(nèi)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)上傳的信息進(jìn)行搜索。對(duì)滿(mǎn)足搜索條件的信息加入資源數(shù)據(jù)列表輸出給請(qǐng)求者；若搜索不到滿(mǎn)足條件的數(shù)據(jù)，則提示“不滿(mǎn)足”。在相應(yīng)的權(quán)域范圍內(nèi)進(jìn)行搜索，不僅可以有效減少對(duì)全局搜索時(shí)的時(shí)長(zhǎng)以及系統(tǒng)資源浪費(fèi)，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)外部非法侵入對(duì)全局搜索的行為，讓平臺(tái)管理人員采取適當(dāng)?shù)姆烙胧?

3.3 數(shù)據(jù)隱私保護(hù)

礦山企業(yè)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合信息管理平臺(tái)，是針對(duì)企業(yè)內(nèi)部使用的開(kāi)放式的私有物聯(lián)網(wǎng)，若數(shù)據(jù)泄露，會(huì)導(dǎo)致企業(yè)核心資料與關(guān)鍵技術(shù)被竊取。因此，需采用多種先進(jìn)的技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。除了構(gòu)建新型防火墻外，還可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇采用針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)隱私保護(hù)而研發(fā)的較為成熟的加密方式，如隱私同態(tài)技術(shù)，信息隱藏技術(shù)，不經(jīng)意傳輸技術(shù)等[3]。

4 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與備份

4.1 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

物聯(lián)網(wǎng)綜合信息管理平臺(tái)建設(shè)完成后，物聯(lián)網(wǎng)中各類(lèi)型傳感器和平臺(tái)在使用中勢(shì)必產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，包括定位數(shù)據(jù)、普適環(huán)境數(shù)據(jù)及傳感器數(shù)據(jù)等。可采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快速保存和檢索技術(shù)，按照預(yù)定條件把數(shù)據(jù)分類(lèi)存儲(chǔ)，保存到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶(hù)可隨時(shí)調(diào)用[1]。

首先，給每一個(gè)來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)中傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)添加時(shí)間戳，用來(lái)記錄數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間。時(shí)間戳是根據(jù)用戶(hù)指定的采樣條件進(jìn)行采樣，在采樣條件滿(mǎn)足的時(shí)刻形成的，添加了時(shí)間戳的數(shù)據(jù)被記入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

其次，在平臺(tái)中開(kāi)辟歷史數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，加快歷史數(shù)據(jù)的存取速度。

第三，歷史數(shù)據(jù)的覆蓋與存儲(chǔ)。海量歷史數(shù)據(jù)會(huì)占用大量的系統(tǒng)資源，甚至造成系統(tǒng)癱瘓，但歷史數(shù)據(jù)又是分析生產(chǎn)情況的必要支撐，需要長(zhǎng)期保存。對(duì)于歷史數(shù)據(jù)可采用變化率保存的方式來(lái)區(qū)分哪些數(shù)據(jù)為“活性”數(shù)據(jù)需要繼續(xù)存儲(chǔ)，哪些數(shù)據(jù)由于長(zhǎng)時(shí)期不使用而不具備保存價(jià)值可進(jìn)行覆蓋。

4.2 數(shù)據(jù)的備份

數(shù)據(jù)備份功能可將歷史數(shù)據(jù)壓縮成文本文件并保存，并從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除記錄，釋放數(shù)據(jù)庫(kù)空間，使系統(tǒng)有足夠的存儲(chǔ)空間，保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；并可在系統(tǒng)掉電、崩潰，或需要時(shí)對(duì)備份的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)損還原，還可根據(jù)需要將其還原到歷史的某一版本。

5 接口設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)眾多，各類(lèi)型節(jié)點(diǎn)采用的通信協(xié)議互不相同，為了更好地和各種智能設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，保證數(shù)據(jù)安全，需要選擇使用合適的標(biāo)準(zhǔn)接口[2]。

5.1與行業(yè)終端的接口

物聯(lián)網(wǎng)綜合信息管理平臺(tái)應(yīng)當(dāng)配備統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化終端接口，以避免由于使用特殊接口帶來(lái)的通訊不暢、設(shè)備維護(hù)成本高等問(wèn)題，同時(shí)有助于平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)體系的形成。使用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的終端設(shè)備不需要系統(tǒng)另外開(kāi)發(fā)接口，可方便地掛入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信。開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議有利于打破某些設(shè)備終端的技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)終端的統(tǒng)一管控[3]。

現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議包括：工業(yè)控制領(lǐng)域中的OPC、MODBUS、RS232/485協(xié)議，環(huán)境保護(hù)行業(yè)的國(guó)標(biāo)HJ/T212-2005，中國(guó)移動(dòng)M2M終端的WMMP協(xié)議等。

5.2 與行業(yè)應(yīng)用的接口

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為綜合信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)，應(yīng)具有完備的能與提供各種設(shè)備終端的行業(yè)對(duì)接的標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范化的通用接口，便于與智能終端交換數(shù)據(jù)。接口包括ESB、RMI接口、Web Service接口、數(shù)據(jù)庫(kù)接口等。

5.3 與其他系統(tǒng)的接口

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)需要預(yù)留與其他系統(tǒng)對(duì)接的信息接口，以便平臺(tái)日后增添子系統(tǒng)信息或與對(duì)外系統(tǒng)連接，完成如發(fā)布本系統(tǒng)緊急救援信息、上報(bào)本系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)等工作。接口形式包括ESB、RMI接口、Web Service接口、數(shù)據(jù)庫(kù)接口等。

6 結(jié)語(yǔ)

安全性是礦山企業(yè)搭建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的礦山綜合信息管理平臺(tái)的基礎(chǔ)，是改變礦山企業(yè)信息化以及數(shù)字化現(xiàn)狀的前提，因此，探討如何讓信息管理平臺(tái)更為安全穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【參考文獻(xiàn)】

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