[发明专利]工业控制系统的功能安全与信息安全实时协调控制方法

权利要求书

1.一种工业控制系统的功能安全与信息安全实时协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立系统模型，包括工业控制系统功能支撑模型、安全相关任务与功能间映射关系模型、安全相关任务评价模型；所述安全相关任务包括功能安全任务和信息安全任务；

所述步骤(1)包括如下子步骤：

(1.1)根据系统目标确定支撑该目标实现所需的功能，建立各功能的功能支撑模型，根据功能支撑模型确定系统的原子功能；

(1.2)根据任务实现的功能，建立安全相关任务与功能间映射关系模型；

(1.3)根据任务所固有的属性建立安全相关任务评价模型，获取任务的评价分数；所述步骤(1.3)包括如下子步骤：

(1.3.1)采用模糊综合评价方法确定各任务属性的权重ω₁,ω₂,…,ω_i,…,ω_m；m是指任务属性的个数；安全相关任务的属性包括任务的执行时间、占用内存、防护等级、任务所实现功能的重要度以及任务通信损失；

(1.3.2)对各属性进行等级划分，确定各属性所属的等级xl_i；

(1.3.3)根据属性的权重及等级，采用加权平均的方法获取任务τ的评价分数(2)获取就绪的功能安全任务与信息安全任务之间可能存在的冲突或矛盾；根据所述冲突或矛盾，按照预设的冲突协调规则获取无冲突安全相关任务集；所述步骤(2)包括如下子步骤：

(2.1)将功能安全任务与系统安全任务求并集获得安全相关任务集合，根据所述安全相关任务与功能间映射关系模型，确定各任务所实现的功能；

(2.2)将所述安全相关任务集合的所有任务按照各自所实现的功能进行分组，将实现相同功能的任务分在同一组，将实现不同的功能任务分到不同的组；

(2.3)采用所述安全相关任务评价模型对任务分组内的每个任务进行评价，获取每个任务的评价分数；

(2.4)根据预设的冲突协调规则来协调任务；所述冲突协调规则具体为：同一分组内，若任务的评价分数不相等，则保留评价分数最大的一个任务，删除其他任务；否则，随机保留一个任务，删除其他任务；根据保留的任务构建该分组的无冲突安全相关任务集；

(2.5)重复步骤(2.3)～(2.4)，直至将所有任务分组遍历完毕，获取无冲突安全相关任务集；

(3)根据系统功能性任务集和所述无冲突安全相关任务集，确定全局任务集；

基于全局任务集构建基于DAG的任务图；并将风险作为约束条件、将全局任务的完成时间作为优化目标；采用遗传算法对任务图里的全局任务进行一体化调度及优化，获取各执行节点的任务调度表。

2.如权利要求1所述的功能安全与信息安全实时协调控制方法，其特征在于，所述步骤(3)包括如下子步骤：

(3.1)将所述无冲突安全相关任务集与系统功能性任务集求并集；删除并集中重复的、实现相同功能的系统功能性任务，获得系统全局任务集；

(3.2)根据全局任务中任务间的优先级关系构建基于DAG的全局任务图；

(3.3)采用遗传算法进行全局任务调度分析以获取各执行节点的任务调度表。

3.如权利要求2所述的功能安全与信息安全实时协调控制方法，其特征在于，所述步骤(3.3)包括如下子步骤：

(3.3.1)对所述全局任务进行染色体编码；

(3.3.2)通过随机方法对染色体编码获得的规模为Pop_Size的种群进行初始化，使得种群中的每个个体符合DAG内任务优先级约束、以及各任务的可执行节点列表约束；对不满足所述两类约束的个体重新初始化，直至满足约束；

(3.3.3)从步骤(3.3.2)获得的初始种群开始进行遗传迭代处理，直到迭代次数达到设定最大迭代次数；根据种群中的最优个体，确定各执行节点的任务调度表；所述遗传迭代处理包括评价运算、更新运算、交叉运算、变异运算；

所述评价运算具体为：计算获取种群中个体的适应度；第k个个体的适应度其中makespan_k为第k个个体的调度长度；

建立第i个任务的实施所降低的风险与时间的关系Δr_i(t)＝r_i×u(t-st_i-δ_i)；

其中，u(t)为单位阶跃函数；Δr_i(t)是指实施第i个任务的风险降低函数；r_i是指实施第i个任务的风险降低的量；st_i是指第i个任务的起始执行时间，δ_i是指相对于st_i、实施第i个任务风险降低的滞后时间；

获取任务实施过程中的系统实时风险其中，R₁(t)为任务实施前评估的动态系统风险；其中，N是指全局任务的个数；

在任务调度过程中，风险满足以下约束条件：

R(t)≤RISKAccept,∀t]]>

其中，RISK_Accept为系统可接受风险，t是指任意时刻；

所述更新运算具体为：采用轮盘赌方法，从当前种群中按照适应度从高到低的顺序选择Pop_Size个个体，构成新一代种群；

所述交叉运算具体为：采用单点交叉方法对染色体基因进行交叉生成新的个体，并对不符合约束条件的新个体进行修复；

所述变异运算具体为：对染色体中基因值按照有效值范围内随机变换，将所述基因值变异为另一个允许的值。