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东北大学任汝飞、孙秋野等:信息能源系统的边缘节点可信评估及控制策略

信息能源系统的边缘节点可信评估及控制策略

任汝飞,胡旌伟,孙秋野*

(东北大学信息科学与工程学院)


本文发表在《全球能源互联网》2020年第6期“能源战略与能源互联网”专题上,欢迎点击品读本文受国家重点研发计划项目(2018YFA0702200)资助。

文章导读

随着新基建及能源互联网的发展,利用信息技术满足能源高效运行的需求日益增长。信息能源系统是能源互联网发展的新阶段和应用的新形态,隶属于信息物理系统,更注重能源信息的调控与处理。而以云计算为核心的大数据处理系统计算能力低、必要网络带宽大、延时严重,且传统分布式控制存在边缘设备隐私安全性低、数据传输能耗大、通信节点故障率高等缺点,已无法满足信息能源系统的需求。本文针对边缘数据隐私和分布式计算,构建了信息能源边缘服务系统,提升信息能源系统稳定性与高效性。

文章亮点

(1)针对信息能源系统集中式云计算数据传输能耗大、计算能力低、边缘设备隐私安全性低的缺点,依托边缘计算、分布式控制和智能终端模型建立了信息能源边缘服务系统;

(2)针对边缘设备隐私安全性低的特点,建立基于零信任模型的隐私保护策略和可信度感知模型;

(3)基于设备的可信评估,提出数据可信下的事件触发边缘控制方法,保障系统的一致性控制。

摘要

能源行业新兴分布式技术不断发展,分布式计算虽然能弥补传统集中式计算网络拥堵、 计算能力低的缺点,但对边缘设备隐私安全和可信感知存在不足。首先根据能源互联网和边缘设备特性,依托边缘计算、分布式控制和智能终端建立了信息能源边缘服务系统(cyber energy edge service system, CEESS),保证网络信息流通量的同时,实现了边缘信息存储和安全传输。在零信任模型下,针对边缘设备和能源信息分别提出相应的信任感知策略。最后提出数据可信下的事件触发边缘控制,以及网络崩溃情况下的节点自愈方法,保障了信息能源系统的设备安全运行和可信性控制。

主要内容

信息能源系统产能侧、网侧、负荷侧的参数和运行信息都会发送至云端服务器,大量数据流通给计算中心带来沉重负担,考虑通信堵塞带来的时滞、丢包,甚至网络攻击。边缘计算可以利用网络边缘的原始数据执行模型计算,实现信息网络的数据降维、隐私保护、调度控制以及能源网络崩溃时的自愈控制。本文提出的CEESS框架如图1所示,系统依托边缘计算、分布式控制和智能终端的模型把控,既分担了终端设备的计算压力,也有效的利用网络传输链路资源。借助物理和通讯网络,通过边缘、边边、云边等多级控制协同,保证复杂系统的自适应安全、高效运行。

⬆ 图1 信息能源边缘服务系统运行框架图

信息能源边缘服务框架的隐私保护中,主要由边缘设备、边缘节点、边缘终端和云端服务器构成,分为存储类隐私数据保护和传输类隐私数据保护。对于存储类隐私数据保护,边缘终端对云端服务器发出的上传请求进行把控,同时对云端服务器下载的命令文件进行安全监测,从而降低节点数据被暴露的风险。云端服务器向边缘节点发起数据调用时,通过边缘终端进行命令中转,向节点发送二次调用命令,才允许将边缘节点的原始数据调用至云端服务器。而针对传输类隐私数据保护,利用边缘节点的智能性、可控性,使同一个网络下的终端设备IP与边缘设备点对点连接,与自主选择的目标形成私密连接。为了减少数据传输量,边缘节点起到数据降维的作用,在保留原始数据重要特征的前提下,实现数据可解释降维。

⬆ 图2 数据隐私保护示意图

建立零信任系统框架模型,默认一切数据均是不可信、不可用的。在该框架下边缘通讯数据信任感知和能源数据的可信评估,从边缘节点安全服务、边缘终端管理、动态权限管理、统一身份认证4个方面建立。与传统静态访问的控制规则不同,防护系统持续监测访问设备的身份安全,按需求动态调整权限制度和访问规则。

⬆ 图3 零信任安全防护系统

在关键问题处理上,可基于人在运行过程中的操作,增添柔性逻辑推理和规则之间的相容性和关联性分析,利用决策反馈的方式优化专家规则库和深度神经网络。

⬆ 图4 边缘数据信任感知过程

根据隐私保护策略和零信任模型,本文提出信任下的事件触发控制策略,将周期性的可信度检测纳入系统控制结构,按信任度调整该边缘节点信息流的动作权重,逐渐降低不可信智能终端数据对整体通讯网络的影响。

本文引文信息

任汝飞,胡旌伟,孙秋野. 信息能源系统的边缘节点可信评估及控制策略[J]. 全球能源互联网,2020,3(6):552-559.


REN Rufei, HU Jingwei, SUN Qiuye. Edge-node reliability assessment and control strategy in cyber energy systems [J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(6): 552-559 (in Chinese).

作者简介

任汝飞


博士研究生


主要研究方向为信息能源系统分布式控制、能源互联网、边缘计算等

E-mail:

rrf_neu@foxmail.com


胡旌伟


博士研究生


主要研究方向为能源市场、博弈论、系统建模及优化控制

E-mail:

hjw_neu@outlook.com


孙秋野


博士,教授


主要研究方向为能源互联网的建模与优化运行、多能源综合互补优化、分布式发电系统的网络控制等。通信作者

E-mail:

sunqiuye@mail.neu.edu.cn


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编辑:张宇

审核:白恺