[论文解读] Critical Utility Infrastructural Resilience

Giovanna Dondossola, Geert Deconinck+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2012

Infrastructure Resilience and Vulnerability Analysis参考文献 9被引用 25

一句话总结

本文提出了一套框架，通过将信息通信技术（ICT）控制与网络化物理系统相结合，提升关键电力基础设施的弹性。该框架聚焦于管理电网的小规模网络化系统，强调电力与信息技术（IT）领域之间的协同设计，以确保智能电子设备在遭受网络攻击或发生故障时仍能保持运行弹性。

ABSTRACT

The paper refers to CRUTIAL, CRitical UTility InfrastructurAL Resilience, a European project within the research area of Critical Information Infrastructure Protection, with a specific focus on the infrastructures operated by power utilities, widely recognized as fundamental to national and international economy, security and quality of life. Such infrastructures faced with the recent market deregulations and the multiple interdependencies with other infrastructures are becoming more and more vulnerable to various threats, including accidental failures and deliberate sabotage and malicious attacks. The subject of CRUTIAL research are small scale networked ICT systems used to control and manage the electric power grid, in which artifacts controlling the physical process of electricity transportation need to be connected with corporate and societal applications performing management and maintenance functionality. The peculiarity of such ICT-supported systems is that they are related to the power system dynamics and its emergency conditions. Specific effort need to be devoted by the Electric Power community and by the Information Technology community to influence the technological progress in order to allow commercial intelligent electronic devices to be effectively deployed for the protection of citizens against cyber threats to electric power management and control systems. A well-founded know-how needs to be built inside the industrial power sector to allow all the involved stakeholders to achieve their service objectives without compromising the resilience properties of the logical and physical assets that support the electric power provision.

研究动机与目标

• 应对因市场 deregulation（市场化改革）和与其他关键系统相互依赖而加剧的电力基础设施日益增加的脆弱性。
• 识别在电力管理中使用的网络化ICT系统因意外故障或蓄意网络攻击而带来的风险。
• 在电力与信息技术（IT）领域之间建立协作性技术方法，以提升系统的弹性。
• 确保商业智能电子设备在不损害物理或逻辑基础设施完整性的前提下支持弹性运行。
• 在工业电力领域建立特定领域的专业知识基础，以在紧急情况下维持服务连续性。

提出的方法

• 为控制电网运行的小规模、网络化ICT系统设计一个整体的弹性框架。
• 将电力系统物理动态与网络控制机制相结合，确保在紧急情况下具备实时响应能力。
• 将关键信息基础设施保护（CIIP）原则应用于电力系统控制与管理应用。
• 建立电力系统与其他基础设施之间相互依赖关系的模型，以预测级联故障风险。
• 提出部署对网络威胁和运行故障具有弹性的智能电子设备的架构指南。
• 促进电力工程与IT领域之间的合作，使技术开发与弹性目标保持一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何使电网中的网络物理系统对意外故障和蓄意网络攻击均具备弹性？
• RQ2 电力系统与其他基础设施之间的相互依赖关系在放大系统性风险方面发挥什么作用？
• RQ3 如何设计和部署智能电子设备，以在不损害运行完整性的前提下维持弹性？
• RQ4 电力与IT领域之间需要何种协作框架，以确保电力基础设施的长期弹性？
• RQ5 在电力系统紧急情况下维持服务交付，需要哪些技术和组织层面的专业知识？

主要发现

• 电网中网络与物理控制系统的集成，需要电力与IT领域之间的协同设计，以确保系统弹性。
• 管理电网的小规模网络化ICT系统易受意外故障和恶意网络攻击的影响。
• 电力系统与其他基础设施之间的相互依赖关系可能放大故障或攻击的影响，从而增加系统性风险。
• 智能电子设备的稳健部署对于保护公民和在面临网络威胁时维持服务连续性至关重要。
• 工业电力领域必须具备扎实的、特定领域的专业知识，以保护逻辑和物理资产的弹性。
• CRUTIAL项目提出的框架为未来开发弹性、安全且可靠的电力管理系统奠定了基础。