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城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息安全分析論文
關(guān)鍵詞：信息安全論文
摘要：根據(jù)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)信息安全評估方法難以衡量的問題，分析城市軌道交通信息網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化運營的特點，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(gòu)建衡量指標使其安全評估進行量化分析。從而為城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)信息安全評估提供基礎(chǔ)。
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(xiàn)代城市建設(shè)的發(fā)展，以及私家車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，就會采用多種方式。而由于城市軌道自身的優(yōu)點，使之成為城市主流的出行工具。避免了開私家車在路面上遇到的擁堵現(xiàn)象。2015年，我國有28個城市建成了近百條地鐵線路，線路里程4000多公里，城市軌道[1]也明顯增多。隨著網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及工業(yè)設(shè)備遭受ATP攻擊、后門利用、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽和Dos攻擊的日趨激烈，城市軌道網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)遭受著嚴重的考驗，軌道運營的安全實用性受到社會的廣泛關(guān)注。在歐美等國家現(xiàn)在都將城市軌道交通公共安全作為國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)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(tǒng)中的信息安全保護方面，存在系統(tǒng)梳理難、安全定級難、從而導致信息安全隱患問題突出，同時會隨著數(shù)據(jù)流量每天的增長對整個系統(tǒng)構(gòu)成極大的安全威脅。在大數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的處理方式，對如何合理確定城市軌道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中信息安全的方法進行有效的研究，對促進交通安全運行，維護公共秩序起到重大作用。
1現(xiàn)狀分析
城市軌道交通實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運營后，網(wǎng)絡(luò)信息安全面臨著嚴峻的考驗。為了保證安全運營、有序發(fā)展，實現(xiàn)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，其網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的邊界問題較為龐大。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(jié)點上具有一定的難度。因此，確定交通軌道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)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(tǒng)分析
城市軌道交通信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)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(tǒng)升級改造提供指導，旨在實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shè)備對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)進行安全防護。首先，在安全防護設(shè)備上，可在互聯(lián)網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)之間設(shè)置防火墻、IPS插卡及ACC插卡等安全隔離裝置，用以隔離來自互聯(lián)網(wǎng)的不法攻擊。安全隔離裝裝置投運后，應指派專人定期觀測用戶的使用情況。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(nèi)網(wǎng)之間建起一道安全防護屏障，能夠大大提高內(nèi)網(wǎng)信息的安全性。最終，在PC終端上設(shè)置安全準入系統(tǒng)，對接入信息進行安全認證和動態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)隱患隔離，從而大大提網(wǎng)絡(luò)信息安全。
1.2網(wǎng)絡(luò)化運營特點
車站是最基本的網(wǎng)絡(luò)運營單元，也是本文的重點研究對象。整個乘客出行完成活動的起始點，也是工作人員進行各項工作的場所。在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中，車站、線路、車輛段、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(tǒng)。因此，他們之間的相互關(guān)系、相互作用以及所呈現(xiàn)出的內(nèi)在規(guī)律，都會形成表征網(wǎng)絡(luò)特性的度量[4]。由此，軌道網(wǎng)絡(luò)運營系統(tǒng)的特點就顯而易見了：①網(wǎng)絡(luò)的成長擴大性，使客運量大幅增大。近年來，城市軌道交通規(guī)模逐步擴展，人們在出行方面越來越關(guān)注軌道交通的便捷性、時效性和連通性。地鐵作為城市軌道交通系統(tǒng)中最主要的出行方式，隨著基礎(chǔ)設(shè)施和軌道運營設(shè)備的不斷完善，近年來對客流的吸引力不斷增大，線路負荷強度不斷增大。②規(guī)模越來越大，使管理的復雜度持續(xù)上升。隨著國內(nèi)各大一，二線城市軌道交通的不斷投入運營，覆蓋范圍和建設(shè)規(guī)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越大。以北京為例，北京地鐵全網(wǎng)在役車輛共8000余輛，設(shè)車輛基站22處，變電站30座，員工人數(shù)超過3萬多，網(wǎng)絡(luò)運營規(guī)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(diào)和組織難度加速呈現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)化運營規(guī)模的持續(xù)擴張[5]使得站點之間、線路之間以及系統(tǒng)之間聯(lián)系更加緊密，一旦其中某一站點運營異常，就會迅速波及整個網(wǎng)絡(luò)運營系統(tǒng)，并對其產(chǎn)生嚴重的安全威脅，若不及時處理，就有可能引發(fā)嚴重后果。在軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營系統(tǒng)中，換乘站作為線路中的連接點，如果運行異常，必然對相鄰線路客流情況以及網(wǎng)絡(luò)運營造成嚴重的安全威脅。④網(wǎng)絡(luò)依賴的程度越高，使得安全保障要求空前提高。根據(jù)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年可能會超過50%，將對提升城市交通網(wǎng)絡(luò)運營效率起到至關(guān)重要的作用。相比于單線路運營模式來講，安全穩(wěn)定是網(wǎng)絡(luò)化運營首先要考慮的因素，因為其影響程度往往是全局性的。網(wǎng)絡(luò)化運營的安全性和可靠性，主要體現(xiàn)在城市軌道交通系統(tǒng)是否能快速應對急劇增加的客流量以及各類突發(fā)性運營事件。為此，北京，上海等城市軌道交通管理部門，提出了建立一個信息安全評估方法，根據(jù)運營數(shù)據(jù)提前解決不安全事故的發(fā)生。1.3國內(nèi)事故分析根據(jù)對國內(nèi)收集的1200起故障/事故，按照北京地鐵運營公司的事故指標，將運營延誤5分鐘以上事件定位運營事故，則國內(nèi)共計發(fā)生運營事故459起，具體可劃分為9大類，53小類。從大類來看，發(fā)生事故次數(shù)排在前三的依次為通信系統(tǒng)、車體系統(tǒng)和制動系統(tǒng)，三者合計達到總運營事故數(shù)的71%。從小類上看，排在前五位的具體事故類型主要有信號故障、乘客跳下站臺、道岔故障、列車故障等，占總數(shù)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，以事實和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，遵循DMAIC方法準則，運用統(tǒng)計技術(shù)、實驗設(shè)計和管理方法進行平復，實現(xiàn)信息質(zhì)量持續(xù)改進，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(shè)計改進流程，重新對數(shù)據(jù)進行定義、測量、分析、改進和控制。構(gòu)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(shù)，風險管理者可以根據(jù)各個不同的安全因素設(shè)定不同k，來表達因素監(jiān)控的目的[7]。然后根據(jù)每個因素指標的上下限值分別組合起來就可對該系統(tǒng)中的因素梯度指標進行衡量。并根據(jù)上下限值繪制坐標圖，圖中的每個空間點代表單個因素對安全影響指標的大小，離原點或最小衡量點越遠，表示該因素安全指數(shù)越大，圖1中G點（標準化后）表示最不安全狀態(tài)的最大點，簡言之，就是說離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(jù)北京上海兩地地鐵運營公式2009-2012年的車輛運營故障統(tǒng)計，得出車輛在運營過程中的故障比例如表1所示。從表1可以看出，地鐵各系統(tǒng)故障中，通信系統(tǒng)的故障率最高占43%，最低的是牽引系統(tǒng)占9%，其次是車體系統(tǒng)占25%，以及制動系統(tǒng)和輔助電源系統(tǒng)。地鐵系統(tǒng)復雜，并位于城市的地下，各個系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，故障比較多，風險因素也分廠多。本文通過事故統(tǒng)計分析，根據(jù)系統(tǒng)故障率，結(jié)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(tǒng)進行安全評價。如表2所示。根據(jù)六西格瑪隨機賦權(quán)法公式（1）、（2）的計算上下限門檻值的范圍，產(chǎn)生隨機數(shù)為0.60，歸一化得到的權(quán)重向量[Dm，Sm，Im]=[0.218，0.287，0.337]。根據(jù)故障率和因素屬性的累計率和權(quán)重可知，在此次測試的地鐵車輛安全水平的下、上限制分別為XLmi=0.322，XUmi=0.371。說明在檢查過程中，該車輛的安全評估為安全狀態(tài)。只需在平時安全檢查時注意牽引系統(tǒng)對重要度的影響即可。根據(jù)權(quán)重向量和安全水平的限制，可以了解各系統(tǒng)故障所處的安全風險水平，同時根據(jù)其所處的安全風險水平采取相應的措施，可以實現(xiàn)事前預控，保證地鐵運營安全。
4結(jié)論
本文通過對城市軌道系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化運營的分析研究，提出了基于六西格瑪理論的單因素多屬性安全評估方法，并通過該方法計算實現(xiàn)了不同系統(tǒng)對車輛安全風險故障率評估。該方法以六西格瑪理論、坐標組合、隨機賦權(quán)法等理論與方法為基礎(chǔ)，結(jié)合動態(tài)和靜態(tài)因素衡量因子，實現(xiàn)系統(tǒng)安全評估，以此可以為車輛進行事前故障定位、檢修，并以此為車輛運行提供有效的安全控制監(jiān)測提供參考和指導。
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