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安全運(yùn)行對(duì)于IT基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。西門子俄羅斯的研究人員正在為此開(kāi)發(fā)新技術(shù)。

天然氣輸送管道配備了用于監(jiān)測(cè)壓力異常的檢測(cè)器。要不是有了這些檢測(cè)器的幫助，當(dāng)出現(xiàn)壓力下降時(shí)，維護(hù)團(tuán)隊(duì)將不得不對(duì)綿延數(shù)百公里的管道進(jìn)行泄漏排查。然而，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)布線將這些檢測(cè)器連接起來(lái)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。正因如此，未來(lái)將采用無(wú)線技術(shù)在檢測(cè)器之間傳遞這些數(shù)據(jù)。但是，基于無(wú)線局域網(wǎng)的傳統(tǒng)無(wú)線傳輸標(biāo)準(zhǔn)，如家庭互聯(lián)網(wǎng)所使用的標(biāo)準(zhǔn)，雖然已經(jīng)被西門子改良用于工業(yè)設(shè)施，卻并不適用于此處，因?yàn)楣艿辣O(jiān)測(cè)檢測(cè)器的耗電量必需特別低。

未來(lái)，采用無(wú)線技術(shù)的節(jié)能型管道檢測(cè)器將能相互通信并報(bào)告泄漏。

位于俄羅斯圣彼得堡的西門子俄羅斯研究院的Alexander Smirnov說(shuō)：“節(jié)能是工業(yè)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域的關(guān)鍵趨勢(shì)之一，這不止是影響天然氣輸送管道的問(wèn)題。”Smirnov是一位無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)專家，他所倚重的是IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，這種經(jīng)專門開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)旨在簡(jiǎn)化細(xì)密的檢測(cè)器網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的搭建。這種網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率很低，不過(guò)其耗電量同樣也很低。其原因是：每一個(gè)檢測(cè)器節(jié)點(diǎn)都兼具發(fā)送和接收功能，可以將信息傳遞給相鄰節(jié)點(diǎn)。

針對(duì)這種檢測(cè)器，西門子的“可靠嵌入系統(tǒng)研究小組”的13位研究人員開(kāi)發(fā)了適用于電池供電的節(jié)能型小型計(jì)算機(jī)的軟件，以支持這些基于Linux操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通過(guò)該IEEE標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送檢測(cè)器數(shù)據(jù)。可以按100米的間距將這些檢測(cè)器安裝到管道上，并在壓縮機(jī)站安裝有關(guān)計(jì)算機(jī)。無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的布線。在這種應(yīng)用中，安全是重中之重。正因如此，需要對(duì)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議加以保護(hù)，防止操縱控制事關(guān)安危的系統(tǒng)。Smirnov指出，“這也是IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的特性之一。”

Smirnov的工作側(cè)重于降低已經(jīng)具備防御能力的標(biāo)準(zhǔn)的能耗，而他的同事Maxim Nikolaev則面臨著不同的挑戰(zhàn)。Nikolaev的目標(biāo)是使其系統(tǒng)符合IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)安全完整性等級(jí)3的嚴(yán)格要求。問(wèn)題是，計(jì)算機(jī)硬件的日新月異催生了新的潛在錯(cuò)誤源——譬如，當(dāng)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代或安裝新版本軟件的時(shí)候。

在這一點(diǎn)上，尤為重要的是嵌入式系統(tǒng)——隱藏在諸如機(jī)車或X光機(jī)等機(jī)器內(nèi)部的計(jì)算機(jī)。由于軟件與硬件往往聯(lián)系緊密，因此，可以侵入一個(gè)子系統(tǒng)并以此為跳板，攻擊其他系統(tǒng)。更換缺陷計(jì)算機(jī)也隱含著風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槔蠙C(jī)器的硬件通常早已停產(chǎn)。對(duì)于安全專家而言，從具備一顆處理器（被稱為“內(nèi)核”）的單片機(jī)，遷移至速度更快的多核處理器是一個(gè)重大問(wèn)題。在這種情況下，研究人員不得不開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證新的軟件——這是一個(gè)勞民傷財(cái)?shù)倪^(guò)程。

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，Nikolaev提出的解決辦法是使用被稱為管理程序的軟件，在應(yīng)用程序與實(shí)物硬件之間筑起一道隔離層。這樣一來(lái)，這些應(yīng)用程序就被蒙在鼓里，自以為是在適當(dāng)?shù)挠布线\(yùn)行，從而正常發(fā)揮作用，但其實(shí)這些所謂“適當(dāng)?shù)挠布?rdquo;并不存在。應(yīng)用程序再也看不到實(shí)際存在的是哪種單片機(jī)，這種單片機(jī)具備多少顆內(nèi)核或者有多少存儲(chǔ)容量可供使用。得益于此，要求僅具備一顆內(nèi)核的處理器的較早版本的應(yīng)用程序就能在多核處理器上運(yùn)行。專家將這種方法稱為虛擬化。這種方法其實(shí)并無(wú)新意，但由于這個(gè)問(wèn)題對(duì)于西門子推出的與安全有關(guān)的產(chǎn)品而言至關(guān)重要，因此西門子決定自行開(kāi)發(fā)虛擬程序。

盡管管理程序能夠減輕維護(hù)和IT支持人員的工作量，但這并非其初衷。研究小組負(fù)責(zé)人Sergey Sobolev表示，“相比于其他系統(tǒng)，我們平臺(tái)的容錯(cuò)能力高得多。”由于管理程序?qū)?yīng)用程序與有關(guān)硬件相分隔，因此，開(kāi)發(fā)人員可以定義受到*保護(hù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)區(qū)域，以防止如攻擊的外部訪問(wèn)。這樣的區(qū)域可能包括X光機(jī)射線管功率控制區(qū)或者機(jī)械臂的緊急停止功能控制區(qū)。客戶仍可訪問(wèn)系統(tǒng)的其他區(qū)域——譬如，進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。這兩種區(qū)域都在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，但應(yīng)用程序互不相擾。

西門子新的管理程序尚處于基礎(chǔ)研究階段。Nikolaev說(shuō)，計(jì)劃于2013年秋季推出原型。“我們將證明，管理程序能夠滿足面向安全產(chǎn)品的IEC認(rèn)證要求。”