引言/導讀
華為創(chuàng)立于1987年，是全球領(lǐng)先的ICT（信息與通信）基礎(chǔ)設(shè)施和智能終端提供商，致力于把數(shù)字世界帶入每個人、每個家庭、每個組織，構(gòu)建萬物互聯(lián)的智能世界。目前華為有19.4萬員工，業(yè)務(wù)遍及170多個國家和地區(qū)，服務(wù)30多億人口。華為在通信網(wǎng)絡(luò)、IT、智能終端和云服務(wù)等領(lǐng)域為客戶提供有競爭力、安全可信賴的產(chǎn)品、解決方案與服務(wù)，與生態(tài)伙伴開放合作，持續(xù)為客戶創(chuàng)造價值，釋放個人潛能，豐富家庭生活，激發(fā)組織創(chuàng)新。華為堅持圍繞客戶需求持續(xù)創(chuàng)新，加大基礎(chǔ)研究投入，厚積薄發(fā)，推動世界進步。
北京三聯(lián)虹普新合纖技術(shù)服務(wù)股份有限公司（股票代碼：300384）——國際一流的聚酰胺新材料工程技術(shù)服務(wù)公司。公司創(chuàng)立于1999年，是一家專注于合成纖維及其原料生產(chǎn)技術(shù)及裝備領(lǐng)域的高新技術(shù)企業(yè)，公司集工藝技術(shù)開發(fā)、工程方案提供、主工藝設(shè)備制造及技術(shù)服務(wù)為一體，提供專業(yè)化“交鑰匙”工程技術(shù)服務(wù)，是國內(nèi)提供高品質(zhì)錦綸聚合及紡絲整體技術(shù)解決方案的工程公司。公司于2014年8月1日在深交所掛牌上市。三聯(lián)虹普數(shù)據(jù)科技有限公司為北京三聯(lián)虹普新合纖技術(shù)服務(wù)股份有限公司與日本TMT機械株式會社成立的合資公司，其目的是以兩家公司全面覆蓋合成纖維行業(yè)聚酯、聚酰胺兩大行業(yè)纖維及原材料領(lǐng)域具備技術(shù)壁壘的關(guān)鍵工藝技術(shù)，核心裝備為基礎(chǔ)，借助工業(yè)大數(shù)據(jù)、人工智能解決方案能力，構(gòu)筑合成纖維工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。
面向未來，客戶差異化定制需求日益增多，對產(chǎn)品品質(zhì)的一致性要求更高，但當前化纖行業(yè)生產(chǎn)過程中預(yù)測能力欠缺，人工抽檢難度大，嚴重影響化纖產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、邊緣計算、機器視覺等新興技術(shù)蓬勃發(fā)展，業(yè)界亟需構(gòu)建有預(yù)測能力的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施支撐未來化纖行業(yè)的快速發(fā)展。通過工業(yè)技術(shù)（OT）與新一代信息通信技術(shù)（ICT）深度融合，推進化纖行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型——依托智能裝備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)打造端-邊-云協(xié)同智能化纖產(chǎn)線。
一、關(guān)鍵詞
邊緣計算、安全、化纖工業(yè)
二、發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式
華為技術(shù)有限公司，聯(lián)系人：朱錦濤，17791596167，jintao.zhu@huawei.com
三聯(lián)虹普數(shù)據(jù)科技有限公司，聯(lián)系人：沈暉，18610686310，shenhui@slhpcn.com
三、合作公司
中國科學院沈陽自動化研究所，聯(lián)系人：王挺，18204015560，wangting1@sia.cn
四、測試床項目目標和概述
化纖行業(yè)的傳統(tǒng)實踐是統(tǒng)一標準體系下的中心控制機制，但是這一機制在應(yīng)對需求更加多變、細分的需求時已經(jīng)顯得困難。例如：
客戶定制化風格要求多：質(zhì)量標準單一無法滿足高端客戶差異化需求；
人工抽檢負擔重：產(chǎn)能規(guī)模大，用工多，檢測效率低，無法在線檢測；
產(chǎn)品品質(zhì)一致性要求高：化纖產(chǎn)品不同批次間質(zhì)量波動不可控。
上述需求通過傳統(tǒng)的中心化云計算模式難以妥善解決，因此通過引入端邊云協(xié)同的“化纖工業(yè)智能體“來解決上述的需求。
本測試床基于“化纖工業(yè)智能體”業(yè)務(wù)相關(guān)的端-邊-云協(xié)同總體架構(gòu)，并且著重測試其中的輕量化邊緣計算平臺的安全性。本測試床使用的輕量化邊緣計算平臺為華為Atlas500智能小站。
Atlas 500智能小站是一款性能強大，能在邊緣進行實時處理的邊緣計算產(chǎn)品，機頂盒大小的機身可以提供16 TOPS INT8的處理能力，同時功耗極低。Atlas 500集成了WIFI和LTE兩種無線數(shù)據(jù)接口，通過與私有云、公有云協(xié)同，云端推送應(yīng)用、更新算法云端統(tǒng)一進行設(shè)備管理和固件升級。Atlas 500在業(yè)界第一個在邊緣計算產(chǎn)品中大規(guī)模應(yīng)用TEC（Thermo-electric Cooling）半導體制冷散熱技術(shù)，使其支持嚴苛部署環(huán)境，在極端溫度下，Atlas 500都可以穩(wěn)定運行。因此其對部署環(huán)境的要求極低，可以實現(xiàn)輕量化的部署與管理，同時滿足了化纖行業(yè)場景下對于邊緣計算的性能要求。
業(yè)界邊緣計算方案提出了一段時間，但是對于邊緣計算方案的安全如何保證，尤其是如何應(yīng)用于化纖行業(yè)解決當前面臨的安全挑戰(zhàn)的業(yè)界實踐是空白，因此本測試床的主要目標就是通過展示該邊緣計算方案的安全能力，給化纖行業(yè)乃至流程制造的相關(guān)行業(yè)提供參考。
五、測試床解決方案架構(gòu)
（一）測試床應(yīng)用場景
測試床的應(yīng)用場景主要是面向化纖行業(yè)流程生產(chǎn)場景下端邊云整體解決方案中輕量化邊緣計算平臺面臨的安全風險，給出合理的安全保護方案，并給出測試床的測試建議。
安全風險主要可以將歸納為：
安全性風險：邊緣設(shè)備部署在產(chǎn)線旁，存在潛在的生產(chǎn)敏感數(shù)據(jù)泄露、被篡改的風險。
可靠性風險：部署在物理環(huán)境中的邊緣設(shè)備長期運行存在業(yè)務(wù)失效的風險。
可用性風險：邊緣計算平臺被惡意攻擊或自運行出現(xiàn)故障時，存在業(yè)務(wù)中斷的風險。
數(shù)據(jù)隱私風險：工廠內(nèi)生產(chǎn)制造關(guān)鍵工藝參數(shù)、生產(chǎn)狀態(tài)參數(shù)存在被竊取風險。
（二）測試床重點技術(shù)
針對前述的化纖行業(yè)基于邊緣計算平臺工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的不同測試床應(yīng)用場景，本測試床項目提供的重點技術(shù)包括：安全性、數(shù)據(jù)隱私性、可用性和網(wǎng)關(guān)安全的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)及其測試項。
創(chuàng)新點 | 描述 | |
可用性 | 雙機熱備 | 雙機熱備，保證用戶業(yè)務(wù)不中斷；對外呈現(xiàn)只有一個IP，上層業(yè)務(wù)平臺不感知； |
無狀態(tài)運維 | 更換設(shè)備，使用設(shè)備克隆技術(shù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)無感知。 | |
安全性 | 數(shù)據(jù)加密 | 邊緣側(cè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密，防數(shù)據(jù)丟失、防篡改 |
安全啟動 | 完善Atlas邊緣產(chǎn)品的安全啟動機制，支持客戶自定義開發(fā)場景下的安全啟動。 | |
隱私性 | 聯(lián)邦學習 | 產(chǎn)線與云端只傳遞模型參數(shù)，所有數(shù)據(jù)留在本地，保證數(shù)據(jù)隱私性 |
網(wǎng)關(guān)安全性 | 協(xié)議控制安全策略配置 | 南北向接口豐富，微服務(wù)靈活裁剪，安全可靠 |
（三）技術(shù)創(chuàng)新性及先進性
本測試床的相關(guān)技術(shù)均為化纖行業(yè)端邊云解決方案中的創(chuàng)新性解決方案。例如：為保障數(shù)據(jù)隱私性的聯(lián)邦學習機制，目前已經(jīng)申請專利（US62897808）。而其它測試床重點技術(shù)也都是基于業(yè)界領(lǐng)先的安全可信的相關(guān)理念進行的特性設(shè)計，在業(yè)內(nèi)的邊緣計算平臺防護上都屬于較為先進的技術(shù)方案。
（四）測試床解決方案架構(gòu)
化纖行業(yè)基于輕量化邊緣計算平臺的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景安全測試床解決方案總體架構(gòu)核心是：一站式數(shù)據(jù)采集+全景可視化監(jiān)控+人工智能分析應(yīng)用。具體包括如下幾個流程：
自動化產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集、傳輸與匯聚，包括紡絲、卷繞、落筒、質(zhì)檢、包裝和倉儲；
網(wǎng)關(guān)收集產(chǎn)線數(shù)據(jù)，并進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)往邊緣計算平臺；
邊緣計算平臺將產(chǎn)線數(shù)據(jù)安全上傳至云端（特征提取、脫敏、加密）；
云端對于產(chǎn)線數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析及模型訓練；
云端將訓練優(yōu)化后的模型推送至邊緣計算平臺；
邊緣計算平臺基于訓練模型對于本地數(shù)據(jù)處理進行進一步的處理；
邊緣計算平臺將推理結(jié)果反推回產(chǎn)線，優(yōu)化產(chǎn)線的決策。
六、預(yù)期成果
（一）測試床的預(yù)期測試結(jié)果，針對測試項（重點）
本測試床針對基于化纖行業(yè)輕量化邊緣計算平臺的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的4大類安全場景安全性、可靠性、可用性、韌性進行測試，下表列舉了本測試床項目的潛在測試項，但是具體的測試項可能隨項目的實際進展和測試條件變動而有所調(diào)整。
安全性
測試項 | 描述 |
安全啟動 | 補齊邊緣設(shè)備安全啟動能力，系統(tǒng)啟動全流程逐級校驗，確保啟動文件合法。 |
處理器提供加解密能力 |
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本地敏感數(shù)據(jù)保護 |
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密鑰管理 | Atlas 500密鑰管理采用“根密鑰 + 工作密鑰”的“兩層密鑰管理結(jié)構(gòu)”，根密鑰用來對工作密鑰進行加密，工作密鑰對被保護數(shù)據(jù)進行加密。
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傳輸安全 | 外部接入訪問默認使用SSH、HTTPS方式，傳輸通道通過使用安全協(xié)議進行加密。不安全協(xié)議HTTP默認關(guān)閉。
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系統(tǒng)安全加固 |
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賬號安全 | Atlas 500支持Web、Redfish、WebSocket等管理接口，并提供了統(tǒng)一的用戶管理功能。只支持1個外部可登錄用戶，不支持增加、刪除用戶。帳號安全措施包括：密碼復雜度檢查、密碼有效期和帳號防暴力破解。 |
認證管理 | 用戶通過Web、CLI訪問時需要進行認證，支持“用戶名 + 密碼”的認證方式。認證通過后才能進行設(shè)備的管理配置和信息查詢等操作。 |
證書管理 |
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會話管理 |
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用戶權(quán)限控制 | Atlas 500系統(tǒng)內(nèi)部創(chuàng)建了不可登錄的普通用戶帳號，用于運行非關(guān)鍵進程。管理員賬號，默認只有普通用戶權(quán)限，降低管理員賬號泄露帶來的安全風險。 |
雙向認證 | 創(chuàng)建邊緣節(jié)點時，邊緣節(jié)點綁定唯一證書。與云上通信時，云端校驗邊緣節(jié)點證書，防止邊緣節(jié)點被仿冒。同時邊緣節(jié)點校驗云上證書，防止云上應(yīng)用被仿冒。即通過HTTPS雙向證書認證，保證數(shù)據(jù)通道安全。（需邊云聯(lián)動測試，邊緣側(cè)單獨無法完成） |
韌性
方案 | 描述 |
容器安全隔離 | 支持指定每個容器可使用的CPU、內(nèi)存等資源，限制每個容器可訪問的磁盤空間，單個容器異常不影響系統(tǒng)整體功能。 |
系統(tǒng)重啟 | 系統(tǒng)和關(guān)鍵進程異常都可被看門狗復位拉起。 |
邊緣自治 | 中心網(wǎng)管中斷不影響邊緣軟件繼續(xù)運行；提供邊緣WEBUI近端管理能力。 |
可用性
方案 | 描述 |
雙機備份 | 支持兩臺智能小站組成雙機備份系統(tǒng)，提供雙機軟件平臺，支持快速倒換（2s），支持主備仲裁，自動防雙主、雙備。 |
軟硬件故障主動上報 | 提供豐富的故障檢測功能，精確定位硬件故障，并支持發(fā)現(xiàn)容器服務(wù)異常，上報硬件/軟件告警。 |
容器故障修復 | 當邊緣部署的容器運行出現(xiàn)故障時，可以通過容器引擎重啟該容器。 |
進程黑匣子 | 在芯片中保存關(guān)鍵日志，以便系統(tǒng)或設(shè)備意外宕機時遠程獲取黑匣子日志。 |
一鍵恢復出廠設(shè)置 | 提供一鍵恢復出廠設(shè)備功能，將系統(tǒng)固件、配置恢復到出廠狀態(tài)。 |
可靠性
方案 | 描述 |
審計日志自動備份 | Atlas 500日志保存在Flash文件系統(tǒng)中，當日志文件達到指定大小后會自動進行日志文件備份。 |
固件、系統(tǒng)雙備份 | 支持uboot、MCU固件雙備份，以及操作系統(tǒng)、驅(qū)動軟件雙備份，固件、系統(tǒng)損壞情況下自動切換備區(qū)運行，并保持原有配置不丟失。 |
（二）商業(yè)價值
本項目研究成果可提高基于邊緣計算平臺的紡絲工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)安全運行的可靠性，降低安全事件造成的經(jīng)濟損失。本項目成果為邊緣計算平臺在化纖行業(yè)的應(yīng)用提供綜合的安全防護方案，增強紡絲工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)防范網(wǎng)絡(luò)安全攻擊的能力，保障生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行并減少安全事件造成的損失，為用戶帶來顯著的經(jīng)濟效益。
（三）經(jīng)濟效益
本安全測試床項目研究成果可做為紡絲工業(yè)智能體產(chǎn)品的重要組成部分，為基于邊緣計算平臺的紡絲工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)線提供安全防護。
在實際生產(chǎn)環(huán)境中，每套紡絲工業(yè)智能體產(chǎn)品可為約40條卷繞機位產(chǎn)線提供服務(wù)，每條卷繞機位產(chǎn)線價值約10萬美元，因此本項目研究成果每套可為價值約400萬美元的產(chǎn)線提供安全防護，保障生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
方案可在合成纖維行業(yè)、紡織行業(yè)推廣使用。
（四）社會價值
本項目的設(shè)計思想、核心技術(shù)、相關(guān)成果不僅適用于化纖行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景，對其他行業(yè)和相關(guān)系統(tǒng)也具有示范作用。通過本項目積累高等級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)安全防護體系的建設(shè)經(jīng)驗，可供其他行業(yè)參考借鑒，對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)整體數(shù)字化水平的提升具有重要意義，滿足國家高質(zhì)量發(fā)展的需求，也為國家網(wǎng)絡(luò)空間安全戰(zhàn)略提供支撐。
七、測試床技術(shù)可行性
（一）物理平臺
本次測試床所涉及的邊緣計算平臺硬件基于華為Atlas 500智能小站。Atlas 500是一款性能強大，能在邊緣進行實時處理的邊緣計算產(chǎn)品，單臺可提供16 TOPS INT8的處理能力，同時功耗極低，每天耗能小于一度電。Atlas 500集成了WIFI和LTE兩種無線數(shù)據(jù)接口，提供靈活的網(wǎng)絡(luò)接入和數(shù)據(jù)傳輸方案。Atlas500小站大小與電視機頂盒相近，免風扇設(shè)計，通過業(yè)界第一個在邊緣計算產(chǎn)品中大規(guī)模應(yīng)用TEC散熱技術(shù)，使其可以在-40℃~70℃穩(wěn)定運行。
（二）軟件平臺
本次測試床所涉及的邊緣計算平臺Atals500智能小站軟件基于EulerOS。EulerOS是基于開源技術(shù)的開放的企業(yè)級Linux操作系統(tǒng)軟件，具備高安全性、高可擴展性、高性能等技術(shù)特性，能夠滿足客戶IT基礎(chǔ)設(shè)施和云計算服務(wù)等多業(yè)務(wù)場景需求。
通過部署于Atlas500小站上的智能邊緣平臺IEF（Intelligent EdgeFabric ）滿足客戶對邊緣計算資源的遠程管控、數(shù)據(jù)處理、分析決策、智能化的訴求， 為用戶提供完整的邊緣和云協(xié)同的一體化服務(wù)。實現(xiàn)隱私數(shù)據(jù)本地化、業(yè)務(wù)處理低時延、數(shù)據(jù)智能化，驅(qū)動企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。IEF提供海量邊緣節(jié)點安全接入、邊緣應(yīng)用生命周期管理、安全可靠的邊云數(shù)據(jù)通道、豐富的邊緣AI算法等關(guān)鍵能力。
八、和AII技術(shù)的關(guān)系
（一）與AII總體架構(gòu)的關(guān)系
本測試床符合AII總體架構(gòu)，主要驗證內(nèi)容屬于邊緣計算特設(shè)組與安全組工作范疇。
（二）AII安全（可選）
本測試床項目將化纖行業(yè)生產(chǎn)過程中邊緣計算面臨的安全問題作為核心測試因素，因而設(shè)計了基于邊緣計算平臺的整體安全能力解決方案，包括安全性、隱私性、可用性、可靠性和韌性等多種特性，如下圖所示：
（三）詳細清單（可選）
參與方 | 物料信息 |
華為 | 提供邊緣計算平臺； |
沈自所 | 提供工業(yè)網(wǎng)關(guān)，完成工業(yè)私有協(xié)議的向上轉(zhuǎn)換。 |
三聯(lián)虹普 | 提出業(yè)務(wù)安全需求； |
日本TMT | 提供卷繞機等生產(chǎn)設(shè)備。 |
（四）安全聯(lián)系人
華為技術(shù)有限公司，聯(lián)系人：朱錦濤，17791596167，jintao.zhu@huawei.com
（五）與已存在AII測試床的關(guān)系
本測試床定位面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)流程中的邊緣計算平臺的安全能力測試，與現(xiàn)有其他測試床之間存在一定互補關(guān)系，暫未見到在應(yīng)用領(lǐng)域上存在重復的情況。
九、交付件
測試床交付物包括前述包含邊緣計算平臺的安全解決方案以及“預(yù)期成果”中的相關(guān)測試項測試結(jié)果報告。
十、測試床使用者
本測試床歡迎更多合作伙伴加入安源安全測試驗證。非發(fā)起方的參與者可以使用驗證示范平臺的所有操作功能，但僅限于功能的操作使用，禁止泄露給同行業(yè)的第三方。
十一、知識產(chǎn)權(quán)說明
項目合作過程中產(chǎn)生的全部開發(fā)成果及其知識產(chǎn)權(quán)，包括但不限于申請專利的權(quán)利、專利申請權(quán)、專利權(quán)、版權(quán)、商業(yè)秘密，均歸發(fā)起方共有；未經(jīng)一方書面同意，另一方不可將本協(xié)議項目合作過程中產(chǎn)生的任何知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓、許可給任何第三方。
十二、部署，操作和訪問使用
本次測試部署于三聯(lián)虹普數(shù)據(jù)科技有限公司的紡絲智能試點產(chǎn)線，測試床資源由三聯(lián)虹普數(shù)據(jù)科技有限公司負責運營。
十三、資金
本安全測試床項目總投資xxx萬元人民幣，全部由參與單位自籌。其中，科研投資約60%，試點示范單位工程費用投資估算40%。
十四、時間軸
本方案驗證分為三個階段：
十五、附加信息
本測試床成果將不僅應(yīng)用于化纖行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景，未來測試床還可以廣泛復制到各種對邊緣計算有需求的行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景中，具備規(guī)模復制性。在提升其流程建模分析效率，找出降低生產(chǎn)質(zhì)量的因素，進而提升良品率的基礎(chǔ)之上，保障了其生產(chǎn)過程中的安全性。
聲明
本報告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數(shù)據(jù)、觀點、建議，不構(gòu)成法律建議，也不應(yīng)替代律師意見。本報告所有材料或內(nèi)容的知識產(chǎn)權(quán)歸工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟所有（注明是引自其他方的內(nèi)容除外），并受法律保護。如需轉(zhuǎn)載，需聯(lián)系本聯(lián)盟并獲得授權(quán)許可。未經(jīng)授權(quán)許可，任何人不得將報告的全部或部分內(nèi)容以發(fā)布、轉(zhuǎn)載、匯編、轉(zhuǎn)讓、出售等方式使用，不得將報告的全部或部分內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)方式傳播，不得在任何公開場合使用報告內(nèi)相關(guān)描述及相關(guān)數(shù)據(jù)圖表。違反上述聲明者，本聯(lián)盟將追究其相關(guān)法律責任。
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