城市軌道交通網(wǎng)絡(luò )系統信息安全分析論文

　　關(guān)鍵詞：信息安全論文

　　摘要：根據城市軌道交通網(wǎng)絡(luò )信息安全評估方法難以衡量的問(wèn)題，分析城市軌道交通信息網(wǎng)絡(luò )的系統和網(wǎng)絡(luò )化運營(yíng)的特點(diǎn)，提出從事故分析出發(fā)的基于六西格瑪理論的評估方法，并構建衡量指標使其安全評估進(jìn)行量化分析。從而為城市軌道交通網(wǎng)絡(luò )信息安全評估提供基礎。

　　關(guān)鍵詞：城市軌道交通；信息安全；六西格瑪理論；衡量因素

　　引言

　　現代城市建設的發(fā)展，以及私家車(chē)的普及和城市擴大化的發(fā)展，人們上班的地方和居住的地方距離并不是很近，因此在出行方面，就會(huì )采用多種方式。而由于城市軌道自身的優(yōu)點(diǎn)，使之成為城市主流的出行工具。避免了開(kāi)私家車(chē)在路面上遇到的擁堵現象。2015年，我國有28個(gè)城市建成了近百條地鐵線(xiàn)路，線(xiàn)路里程4000多公里，城市軌道[1]也明顯增多。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )系統及工業(yè)設備遭受ATP攻擊、后門(mén)利用、網(wǎng)絡(luò )監聽(tīng)和Dos攻擊的日趨激烈，城市軌道網(wǎng)絡(luò )信息系統遭受著(zhù)嚴重的考驗，軌道運營(yíng)的安全實(shí)用性受到社會(huì )的廣泛關(guān)注。在歐美等國家現在都將城市軌道交通公共安全作為國家關(guān)鍵基礎設施，高度重視其安全和應急響應工作。在我國城市軌道網(wǎng)絡(luò )通信系統中的信息安全保護方面，存在系統梳理難、安全定級難、從而導致信息安全隱患問(wèn)題突出，同時(shí)會(huì )隨著(zhù)數據流量每天的增長(cháng)對整個(gè)系統構成極大的安全威脅。在大數據處理信息蓬勃發(fā)展的今天，城市軌道交通信息可以有效的利用大數據的處理方式，對如何合理確定城市軌道網(wǎng)絡(luò )系統中信息安全的方法進(jìn)行有效的研究，對促進(jìn)交通安全運行，維護公共秩序起到重大作用。

　　1現狀分析

　　城市軌道交通實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化運營(yíng)后，網(wǎng)絡(luò )信息安全面臨著(zhù)嚴峻的考驗。為了保證安全運營(yíng)、有序發(fā)展，實(shí)現平安運行的目標，必須加強網(wǎng)絡(luò )安全管理[2]。涉及物理范圍廣、業(yè)務(wù)領(lǐng)域多、運行管理流程復雜。從未在信息安全等級界定方面比較復雜。同時(shí)，其網(wǎng)絡(luò )信息系統的邊界問(wèn)題較為龐大。而等級保護級別和保護要素中，要明確到確定的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)上具有一定的難度。因此，確定交通軌道網(wǎng)絡(luò )系統中信息安全的評估方法就成了一項重要工作。

　　1.1城市軌道交通網(wǎng)絡(luò )系統分析

　　城市軌道交通信息網(wǎng)絡(luò )系統建設規劃主要是針對目前新建的道路交通工程的網(wǎng)絡(luò )信息系統升級改造提供指導，旨在實(shí)現數據集中和安全保障[3]。網(wǎng)絡(luò )安全是信息網(wǎng)絡(luò )安全運行的基本保障，需要借助一整套安全防護設備對現有網(wǎng)絡(luò )信息系統進(jìn)行安全防護。首先，在安全防護設備上，可在互聯(lián)網(wǎng)與內網(wǎng)之間設置防火墻、IPS插卡及ACC插卡等安全隔離裝置，用以隔離來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的不法攻擊。安全隔離裝裝置投運后，應指派專(zhuān)人定期觀(guān)測用戶(hù)的使用情況。在網(wǎng)絡(luò )交換機中安裝防火墻，運用虛擬防火墻技術(shù)在交換機與內網(wǎng)之間建起一道安全防護屏障，能夠大大提高內網(wǎng)信息的安全性。最終，在PC終端上設置安全準入系統，對接入信息進(jìn)行安全認證和動(dòng)態(tài)監測，實(shí)現隱患隔離，從而大大提網(wǎng)絡(luò )信息安全。

　　1.2網(wǎng)絡(luò )化運營(yíng)特點(diǎn)

　　車(chē)站是最基本的網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)單元，也是本文的重點(diǎn)研究對象。整個(gè)乘客出行完成活動(dòng)的起始點(diǎn)，也是工作人員進(jìn)行各項工作的場(chǎng)所。在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò )中，車(chē)站、線(xiàn)路、車(chē)輛段、控制中心之間相輔相成，共同組成了一套完善的交通網(wǎng)絡(luò )運行系統。因此，他們之間的相互關(guān)系、相互作用以及所呈現出的內在規律，都會(huì )形成表征網(wǎng)絡(luò )特性的度量[4]。由此，軌道網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)系統的特點(diǎn)就顯而易見(jiàn)了：①網(wǎng)絡(luò )的成長(cháng)擴大性，使客運量大幅增大。近年來(lái)，城市軌道交通規模逐步擴展，人們在出行方面越來(lái)越關(guān)注軌道交通的便捷性、時(shí)效性和連通性。地鐵作為城市軌道交通系統中最主要的出行方式，隨著(zhù)基礎設施和軌道運營(yíng)設備的不斷完善，近年來(lái)對客流的吸引力不斷增大，線(xiàn)路負荷強度不斷增大。②規模越來(lái)越大，使管理的復雜度持續上升。隨著(zhù)國內各大一，二線(xiàn)城市軌道交通的不斷投入運營(yíng)，覆蓋范圍和建設規模都在不斷拓展，運用管理尤其是安全管理方面的工作壓力越來(lái)越大。以北京為例，北京地鐵全網(wǎng)在役車(chē)輛共8000余輛，設車(chē)輛基站22處，變電站30座，員工人數超過(guò)3萬(wàn)多，網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)規模就覆蓋了整座北京城，管理難度相當大。③網(wǎng)絡(luò )交叉關(guān)聯(lián)，錯綜復雜，協(xié)調和組織難度加速呈現。網(wǎng)絡(luò )化運營(yíng)規模的持續擴張[5]使得站點(diǎn)之間、線(xiàn)路之間以及系統之間聯(lián)系更加緊密，一旦其中某一站點(diǎn)運營(yíng)異常，就會(huì )迅速波及整個(gè)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)系統，并對其產(chǎn)生嚴重的安全威脅，若不及時(shí)處理，就有可能引發(fā)嚴重后果。在軌道交通網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)系統中，換乘站作為線(xiàn)路中的連接點(diǎn)，如果運行異常，必然對相鄰線(xiàn)路客流情況以及網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)造成嚴重的安全威脅。④網(wǎng)絡(luò )依賴(lài)的程度越高，使得安全保障要求空前提高。根據交通客流研究報告顯示，以北京為例，軌道交通的客流量占全市公交客運量在2016年可能會(huì )超過(guò)50%，將對提升城市交通網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)效率起到至關(guān)重要的作用。相比于單線(xiàn)路運營(yíng)模式來(lái)講，安全穩定是網(wǎng)絡(luò )化運營(yíng)首先要考慮的因素，因為其影響程度往往是全局性的。網(wǎng)絡(luò )化運營(yíng)的安全性和可靠性，主要體現在城市軌道交通系統是否能快速應對急劇增加的客流量以及各類(lèi)突發(fā)性運營(yíng)事件。為此，北京，上海等城市軌道交通管理部門(mén)，提出了建立一個(gè)信息安全評估方法，根據運營(yíng)數據提前解決不安全事故的發(fā)生。1.3國內事故分析根據對國內收集的1200起故障/事故，按照北京地鐵運營(yíng)公司的事故指標，將運營(yíng)延誤5分鐘以上事件定位運營(yíng)事故，則國內共計發(fā)生運營(yíng)事故459起，具體可劃分為9大類(lèi)，53小類(lèi)。從大類(lèi)來(lái)看，發(fā)生事故次數排在前三的依次為通信系統、車(chē)體系統和制動(dòng)系統，三者合計達到總運營(yíng)事故數的71%。從小類(lèi)上看，排在前五位的具體事故類(lèi)型主要有信號故障、乘客跳下站臺、道岔故障、列車(chē)故障等，占總數的48.8%。

　　2基于六西格瑪理論的信息安全評估方法

　　六西格瑪管理理論[6]是一種以顧客需求為導向，以事實(shí)和數據為基礎，遵循DMAIC方法準則，運用統計技術(shù)、實(shí)驗設計和管理方法進(jìn)行平復，實(shí)現信息質(zhì)量持續改進(jìn)，達到以降低缺失率為目的的綜合優(yōu)化管理方法。對交通網(wǎng)絡(luò )中的信息提出了六西格瑪設計改進(jìn)流程，重新對數據進(jìn)行定義、測量、分析、改進(jìn)和控制。構建衡量指標：首先建立靜態(tài)衡量因子空間，其中由Im（因素信息），Sm（故障后果危害度），Dm（因素故障難檢度），Pm（故障嚴重度）等四項衡量因子組成，來(lái)分析整體網(wǎng)絡(luò )的安全等級。其中k為因素評估的公職幅度參數，風(fēng)險管理者可以根據各個(gè)不同的安全因素設定不同k，來(lái)表達因素監控的目的[7]。然后根據每個(gè)因素指標的上下限值分別組合起來(lái)就可對該系統中的因素梯度指標進(jìn)行衡量。并根據上下限值繪制坐標圖，圖中的每個(gè)空間點(diǎn)代表單個(gè)因素對安全影響指標的大小，離原點(diǎn)或最小衡量點(diǎn)越遠，表示該因素安全指數越大，圖1中G點(diǎn)（標準化后）表示最不安全狀態(tài)的最大點(diǎn)，簡(jiǎn)言之，就是說(shuō)離G越近，該因素對安全情況起的作用就越關(guān)鍵。

　　3仿真驗證

　　根據北京上海兩地地鐵運營(yíng)公式2009-2012年的車(chē)輛運營(yíng)故障統計，得出車(chē)輛在運營(yíng)過(guò)程中的故障比例如表1所示。從表1可以看出，地鐵各系統故障中，通信系統的故障率最高占43%，最低的是牽引系統占9%，其次是車(chē)體系統占25%，以及制動(dòng)系統和輔助電源系統。地鐵系統復雜，并位于城市的地下，各個(gè)系統相互關(guān)聯(lián)，故障比較多，風(fēng)險因素也分廠(chǎng)多。本文通過(guò)事故統計分析，根據系統故障率，結合安全評估的需要，利用六西格瑪理論的信息安全評估方法對選取的地鐵系統進(jìn)行安全評價(jià)。如表2所示。根據六西格瑪隨機賦權法公式（1）、（2）的計算上下限門(mén)檻值的范圍，產(chǎn)生隨機數為0.60，歸一化得到的權重向量[Dm，Sm，Im]=[0.218，0.287，0.337]。根據故障率和因素屬性的累計率和權重可知，在此次測試的地鐵車(chē)輛安全水平的下、上限制分別為XLmi=0.322，XUmi=0.371。說(shuō)明在檢查過(guò)程中，該車(chē)輛的安全評估為安全狀態(tài)。只需在平時(shí)安全檢查時(shí)注意牽引系統對重要度的影響即可。根據權重向量和安全水平的限制，可以了解各系統故障所處的安全風(fēng)險水平，同時(shí)根據其所處的安全風(fēng)險水平采取相應的措施，可以實(shí)現事前預控，保證地鐵運營(yíng)安全。

　　4結論

　　本文通過(guò)對城市軌道系統，網(wǎng)絡(luò )化運營(yíng)的分析研究，提出了基于六西格瑪理論的單因素多屬性安全評估方法，并通過(guò)該方法計算實(shí)現了不同系統對車(chē)輛安全風(fēng)險故障率評估。該方法以六西格瑪理論、坐標組合、隨機賦權法等理論與方法為基礎，結合動(dòng)態(tài)和靜態(tài)因素衡量因子，實(shí)現系統安全評估，以此可以為車(chē)輛進(jìn)行事前故障定位、檢修，并以此為車(chē)輛運行提供有效的安全控制監測提供參考和指導。

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