[00139343]物联网系统可生存技术及应用

[课题来源与背景]系统可生存技术旨在容忍各种类型的故障和破坏行为,保障系统的关键服务。通俗地说,让系统“带病工作”以容忍故障、容忍入侵的方式,使得故障不会停机、入侵不会泄密,从而实现系统的可生存性。 项目第一、第二完成人自2004年在西安电子科技大学攻读博士阶段开始关注容错、容侵的安全关键技术,依托国家自然基金重大研究计划项目研究容忍入侵的理论技术方法;毕业后两人分别在江苏大学、解放军信息工程大学组建研究团队,将容忍入侵技术用于解决传感网安全、传输网络安全等领域,各自获得了中国博士后科学基金、国家自然科学基金及国家863计划项目的支持。随后,两个团队进行合作,将各自掌握的可生存技术融合应用于物联网系统的感知子网、网络接入、生存服务等各个环节,进行再创新,研发各类可生存的物联网系统,形成了特色的物联网系统可生存技术。 [研究目的和意义]物联网系统利用通信、计算机技术,将各类智能感知信息以无线网络方式收集,传输到骨干网及服务器,为用户提供监视、控制与管理一体化的智能服务。物联网是“十二五”规划的战略性新兴产业,其发展关系到国家经济发展与民众生活水平提升。然而物联网也面临着新的安全与可靠性技术问题：对现场信息实时收集时,硬件节点、软件组件、通信环境等比传统网络更易于发生故障,导致网络不稳定;恶意用户也更易于入侵系统获取信息甚至控制网络,从而产生灾难性后果。这些问题逐渐成为物联网产业发展必须突破的关键技术瓶颈。 项目研究了密码学和非密码学的容忍入侵的可生存理论与技术;同时,针对测振传感网、智能开关远程监控系统、移动办公应用及车载网络通信系统等几类典型的物联网系统环境,提出面向行业特定需求进行“应用可生存技术”研究,同时开发出各类可生存物联网系统;总结应用研究的方法,形成面向物联网系统的可生存技术,为系统解决物联网系统应用中可靠性与安全性问题提供解决方案。 [主要科技内容]项目包含四个方面的主要科技内容：一、针对感知节点计算能力和通信能力难以满足工业监控恶劣环境的需求,提出环境适应性的物联网节点设计方法,设计出基于硬件冗余的双核多模节点样机及配套可生存的网络系统;二、针对无线感知网络接入传输骨干网的移动性、弱计算及组合安全需求,设计出适用于节点移动漫游的密钥管理与组合认证协议,进一步设计出此类协议常用的基于短hash链组轻量级密码机制ShortHC,以容侵性能实现上述矛盾性需求的折中;三、针对分布式服务应用的可生存需求,基于通用入侵者模型提出基于密码学的主动先应式秘密共享方案,设计出容错的会议密钥分发、容侵的授权认证等关键协议,并基于J2EE应用服务器研究实用容侵方法及中间件系统;四、针对物联网系统可生存的度量需求,提出传感网容错/容侵等可生存性度量方法,设计出基于模型检测机制与方法,开发出相应的软件仿真检测系统,实现对系统生存能力不足的部件的先应式发现与预防机制。 [主要技术指标]（1）所研发的无线测振传感网系统,可在测振场合、数据峰值突发性变迁及通信环境变化等特殊环境下保障多跳15000m,单跳75m内实现零丢包率;（2）所研制的智能开关柜远程控制通信系统,可在电磁干扰的工业控制环境中实现不低于100kbps传输速率,及小于0.5%的传输及数据A/D转换带来数据误差;（3）所研制基于ShortHC的节点移动漫游认证方案,以再生性短链实现无限长度的Hash链应用需求,实现安全生命期的可生存性;（4）所研制基于J2EE应用服务器的中间件系统,支持多服务器群集部署、负载均衡、组件级的失效即时恢复,支持会话亲和,均衡负载策略支持简单轮转、加权轮转、随机、备份等方式,支持异构Cluster,支持动态增加服务器;（5）研制的车联网通信及交通信息服务系统,实现了120KM/H状态下车车通信的0丢包率,及30%节点为自私节点或50%RSU不能提供服务时,在少量车辆（移动RSU）的辅助下,车辆网络服务系统能提供正常服务。 [经济效益和社会效益]基于本项目物联网系统可生存技术所研发的无线测振传感网系统,替补了国内市场同类产品的空白,获得机械工业行业学会的科技进步二等奖。 所研制的智能开关柜远程控制通信系统用于大全集团有限公司,2年实现了7100万的销售利润,新增税收2000万;相关产品销售到江苏、安徽、上海、河南、四川等20多个省份。所研制的网络通信技术及入侵容忍中间件系统用于南京烽火星空通信发展有限公司的上网审计系统软件、主干网安全审计系统软件等,已通过销售被全国多家公安部门使用,3年实现了1.17亿的销售利润,新增税收近3000万。 项目完成系统专著2部,发表论文100余篇,其中SCI、EI检索91篇;其中,10篇代表作论文被他引240次。申请专利10项,已授权6项。培养博士生6名,硕士生18名。科技成果被鉴定为整体国内领先,部分国际先进水平。