電力通信網(wǎng)脆弱性分析

國網(wǎng)青海省電力公司信息通信公司 王世梁

1 電力通信網(wǎng)絡(luò)的特點

一是可靠性要求高。由于電力系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和準(zhǔn)確性有很高的要求，因此在電力通信網(wǎng)中，保證數(shù)據(jù)能夠及時、準(zhǔn)確地傳遞是至關(guān)重要的。一旦出現(xiàn)故障或異常情況，將會給電網(wǎng)帶來不可估量的損失。所以，電力通信網(wǎng)必須具備較強的容錯能力和糾錯性能，以確保其穩(wěn)定運行[1]。

二是帶寬需求大。隨著智能化水平不斷提高，電力系統(tǒng)對信息傳輸速度的要求也越來越高。特別是在配用電側(cè)，大量的監(jiān)測控制信號需要通過電力通信網(wǎng)進行遠距離傳輸，這就要求電力通信網(wǎng)具有較大的帶寬容量。

三是安全保密要求嚴(yán)。電力系統(tǒng)涉及國家能源戰(zhàn)略安全等方面，因此電力通信網(wǎng)必須嚴(yán)格遵守相關(guān)法律法規(guī)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，保障數(shù)據(jù)的機密性和完整性。同時，還需采取有效措施防范惡意攻擊和病毒入侵，保護電力通信網(wǎng)不受侵害。

2 電力通信網(wǎng)絡(luò)的安全問題

在電力系統(tǒng)中，由于其自身特點和復(fù)雜性，存在著各種各樣的安全隱患。例如，人為操作失誤、設(shè)備老化故障等都會給電網(wǎng)帶來不同程度的影響。同時，電力通信網(wǎng)也是一個開放的系統(tǒng)，與外界進行信息交換和數(shù)據(jù)共享，這就使得電力通信網(wǎng)更容易受到攻擊和破壞。因此，對電力通信網(wǎng)的安全問題進行研究具有重要意義[2]。

針對電力通信網(wǎng)所面臨的安全威脅，目前主要采用了以下幾種防護措施：物理隔離技術(shù)、防火墻技術(shù)、入侵檢測技術(shù)以及加密技術(shù)等。其中，物理隔離技術(shù)可以有效地將電力通信網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)隔開，避免病毒或黑客的侵入；防火墻技術(shù)則能夠通過設(shè)置訪問控制策略來限制未經(jīng)授權(quán)的訪問行為；入侵檢測技術(shù)則可以實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)流量及日志記錄，及時發(fā)現(xiàn)并處理惡意攻擊行為；而加密技術(shù)則可以保障電力通信網(wǎng)傳輸過程中信息的機密性和完整性。

總之，電力通信網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，必須具備高度的安全性才能保證整個電力系統(tǒng)的正常運行。未來隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，如何加強電力通信網(wǎng)的安全防范能力已經(jīng)成為亟待解決的問題之一。

3 電力通信網(wǎng)絡(luò)的脆弱性

電力通信網(wǎng)絡(luò)的脆弱性是指其受到外部攻擊、內(nèi)部故障等因素而發(fā)生崩潰、癱瘓或者業(yè)務(wù)中斷的概率。從本質(zhì)上來講，電力通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性可以分為物理層面和功能層面兩個方面進行考慮。

一是物理層面的脆弱性主要包括自然災(zāi)害、設(shè)備損壞以及鏈路中斷等問題。其中，自然災(zāi)害如洪水、地震等屬于不可抗力因素；設(shè)備損壞則需要通過加強維護保養(yǎng)來減少損失；鏈路中斷通常是由于人為破壞所致。二是功能層面的脆弱性主要表現(xiàn)為路由器配置錯誤、協(xié)議缺陷以及帶寬不足等問題。例如，路由器配置錯誤可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸路徑被篡改，進而引發(fā)一系列安全風(fēng)險；協(xié)議缺陷則可能會引起數(shù)據(jù)丟失、延遲增加等后果；帶寬不足則可能會限制網(wǎng)絡(luò)性能并降低服務(wù)質(zhì)量。

4 電力通信網(wǎng)脆弱性影響因素

在對電力通信網(wǎng)進行脆弱性評估時，需要考慮各種不同的影響因素。這些影響因素可以分為物理層面和邏輯層面兩類。其中，物理層面包括了自然災(zāi)害、設(shè)備故障等不可抗力因素；而邏輯層面則包括了人為攻擊、誤操作等可控制因素。下面對這兩種類型的影響因素分別進行詳細介紹。

4.1 物理層面影響因素

自然災(zāi)害是導(dǎo)致電力通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷或癱瘓的主要原因之一。例如，地震會造成傳輸線路損壞，洪水會沖毀機房設(shè)施等。因此，針對這一問題，提出了一種基于風(fēng)險評估的電力通信網(wǎng)抗震加固方案。該方案通過建立完善的風(fēng)險評估體系，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測出可能發(fā)生的各類自然災(zāi)害，并提前采取相應(yīng)措施予以防范。此外，設(shè)備故障也是電力通信網(wǎng)脆弱性的重要來源之一。例如，發(fā)電機組故障、光纖鏈路故障等都有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷或者業(yè)務(wù)質(zhì)量下降。為了有效解決這類問題，建議采用備用設(shè)備冗余配置、定期巡檢維護等手段來提高系統(tǒng)可靠性[3]。

4.2 邏輯層面影響因素

除了自然災(zāi)害和設(shè)備故障之外，人為攻擊和誤操作同樣會給電力通信網(wǎng)帶來極大威脅。例如，黑客入侵、病毒木馬植入、內(nèi)部人員篡改信息等都可能導(dǎo)致電力通信網(wǎng)陷入混亂甚至崩潰。為此，提出了一種基于安全策略的電力通信網(wǎng)安全防護方案。該方案通過部署專業(yè)的安全設(shè)備和制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌踩呗?，能夠有效抵御來自外部和?nèi)部的各種惡意攻擊行為。同時，加強員工培訓(xùn)和管理，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)章制度，也有助于減少因人為因素導(dǎo)致的事故隱患。

5 電力通信網(wǎng)脆弱性分析模型

5.1 電力通信網(wǎng)脆弱性分析方法

在進行電力通信網(wǎng)的脆弱性評估時，需要選擇合適的脆弱性分析方法。目前常用的有模糊綜合評價法、層次分析法和主成分分析法等。下面將分別介紹這三種方法及其優(yōu)缺點。

一是模糊綜合評價法。該方法是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論的多指標(biāo)決策方法，能夠有效地處理不確定信息，具有較強的適應(yīng)能力和實用性。其基本步驟包括建立因素集、確定權(quán)重向量、構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣以及計算綜合評價結(jié)果等。該方法適用于對各種類型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行脆弱性評估，但由于其主觀性較大，容易受到專家知識水平和經(jīng)驗的影響，因此需要慎重考慮。

對兩組患者血糖控制效果、臨床指標(biāo)及并發(fā)癥情況進行比較分析。臨床指標(biāo)含括：手術(shù)創(chuàng)口愈合時間、住院時間；并發(fā)癥含括：泌尿系統(tǒng)感染、切口感染、呼吸道感染等。血糖指標(biāo)：空腹7.3～9.0 mmol/L；餐后血糖8.0 mmol/L[4]。

二是層次分析法。該方法通過分層次構(gòu)造判斷矩陣并求解特征值與特征向量來實現(xiàn)多層次的數(shù)據(jù)分析和決策過程。該方法可以充分挖掘數(shù)據(jù)中隱含的規(guī)律，從而提高了評估的準(zhǔn)確度。然而，當(dāng)問題本身存在相互矛盾或不易量化時，可能導(dǎo)致最終結(jié)論不夠可靠。

三是主成分分析法。該方法利用降維技術(shù)將高維復(fù)雜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為低維簡單數(shù)據(jù)，以便更好地理解和解釋數(shù)據(jù)。同時，還可通過提取主要因子來簡化問題結(jié)構(gòu)，使得問題易于解決。該方法雖然較為煩瑣，但能夠保證評估結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。

綜上所述，針對不同的研究對象和需求，應(yīng)選取適當(dāng)?shù)拇嗳跣苑治龇椒ā４送?，在實際應(yīng)用中也需注意方法的局限性和改進空間，不斷完善和優(yōu)化脆弱性分析模型。

5.2 電力通信網(wǎng)脆弱性分析流程

在進行電力通信網(wǎng)脆弱性評估之前，需要先建立一個合理的脆弱性評價指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系應(yīng)包含影響電力通信網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的各種因素，并且能夠全面、客觀地反映出電力通信網(wǎng)所面臨的風(fēng)險和威脅程度。同時，為了保證評價結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，還需確定相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。本文采用層次分析法（AHP）來確定各層指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，具體步驟如下。

第一步，構(gòu)建遞階結(jié)構(gòu)模型。將目標(biāo)問題分解成若干個子問題或準(zhǔn)則，形成一個多層次的結(jié)構(gòu)模型。第二步，構(gòu)造判斷矩陣。對同一層次中的各個元素兩兩比較，以相對重要度為準(zhǔn)則，得出對應(yīng)的權(quán)重值。第三步，計算特征向量。通過歸一化處理后得到每個元素的權(quán)重向量。第四步，一致性檢驗。當(dāng)判斷矩陣具有完全一致性時，可以結(jié)束運算；否則重新調(diào)整判斷矩陣直至滿足要求。第五步，計算綜合權(quán)值。利用式Wi=λmaxw/∑j=lnwij 計算出各元素的組合拳值。第六步，計算脆弱性得分。將所有元素的組合拳值相乘即可得到整個系統(tǒng)的脆弱性得分。

5.3 電力通信網(wǎng)脆弱性分析指標(biāo)

在對電力通信網(wǎng)進行脆弱性評估時，需要選取合適的指標(biāo)來度量其脆弱程度。本文采用了以下幾個方面的指標(biāo)來衡量電力通信網(wǎng)的脆弱性。

一是節(jié)點度中心性：節(jié)點度中心性是指與該節(jié)點相連接的邊數(shù)占總網(wǎng)絡(luò)中實際存在的連邊數(shù)目的比例。節(jié)點調(diào)度中心性越高，說明該節(jié)點在整個網(wǎng)絡(luò)中扮演著越重要的角色，一旦出現(xiàn)故障或擾動，將會影響到整個系統(tǒng)的運行。因此，節(jié)點調(diào)度中心性可以作為一個有效的指標(biāo)用于衡量電力通信網(wǎng)的脆弱性。

二是介數(shù)中心性：介數(shù)中心性是指某一節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中所處位置的重要程度，即該節(jié)點連接其他節(jié)點的數(shù)量和的比重。介數(shù)中心性高的節(jié)點通常具有較強的控制能力和信息傳遞功能，能夠更好地協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)資源，保證網(wǎng)絡(luò)正常運轉(zhuǎn)。因此，介數(shù)中心性也可被用來衡量電力通信網(wǎng)的脆弱性。

三是緊密中心性：緊密中心性是指數(shù)據(jù)集中最短路徑經(jīng)過某個節(jié)點的頻率。緊密中心性越高，說明該節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的作用越大，如果發(fā)生故障或擾動，將會導(dǎo)致更大范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信中斷。因此，緊密中心性也可用來衡量電力通信網(wǎng)的脆弱性。

四是平均路徑長度：平均路徑長度是指從源點到目標(biāo)點所需的最短傳輸路徑長度。較長的平均路徑會增加數(shù)據(jù)包傳輸時間，降低網(wǎng)絡(luò)效率，進而加劇網(wǎng)絡(luò)的脆弱性。因此，平均路徑長度也可被用作衡量電力通信網(wǎng)脆弱性的指標(biāo)之一。

綜上所述，以上四個指標(biāo)均從不同角度反映了電力通信網(wǎng)的脆弱性特征，并且都是客觀可靠、易于獲取的定量化指標(biāo)。通過這些指標(biāo)的綜合應(yīng)用，可以全面準(zhǔn)確地評價電力通信網(wǎng)的脆弱性水平，為進一步提高其穩(wěn)定性和魯棒性提供科學(xué)依據(jù)。

6 電力通信網(wǎng)脆弱性分析實例

本文采用特征指標(biāo)評價法，對某些電力業(yè)務(wù)的重要性進行了評估，并以此為基礎(chǔ)，對評估結(jié)果進行了驗證，以證明該方法的可靠性。具體而言，本文采用的電力業(yè)務(wù)、特征指標(biāo)、指標(biāo)要和業(yè)務(wù)重要值見表1。

表1 部分電力業(yè)務(wù)及其對不同特征指標(biāo)的要求

將表中的業(yè)務(wù)重要值序列代入到矩陣中，得到相應(yīng)的重要值矩陣值A(chǔ)，最后得到結(jié)果：

Asum=[a1sum，a2sum，…a13sum]T=[62，61，38，59]T

計算Asum結(jié)果見表2。

表2 電力業(yè)務(wù)重要度評價結(jié)果

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，繼電保護的重要性顯著超過其他業(yè)務(wù)，并且隨著電壓等級的提升，其重要性也有所增加，這與實際情況一致。安穩(wěn)系統(tǒng)、廣域測量和調(diào)度自動化的發(fā)展為電力系統(tǒng)的安全運行提供了有效的支持，其重要性僅次于繼電保護，并在評估結(jié)果中得到充分的反饋。通過實踐發(fā)現(xiàn)，電力業(yè)務(wù)的特征指標(biāo)的要求是客觀的，不受個人的主觀意愿的影響，因此，特征指標(biāo)評估方法的準(zhǔn)確性得到了有效的保障。經(jīng)過嚴(yán)格的測試，發(fā)現(xiàn)使用特征指標(biāo)來評估方法是準(zhǔn)確的。

7 結(jié)語

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，智能電網(wǎng)的普及和應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)今社會的一個重要趨勢。因此，研究和評估電力通信網(wǎng)的脆弱性變得越來越重要，以便更好地保障其安全和可靠地運營。四種常見的評估方法被提出，有助于更好地識別和評估電力通信網(wǎng)的脆弱性，從而有效地提升其安全性和可靠性，從而為智能電網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展作出貢獻。