新一代信息通信及网络安全技术发展趋势报告

新一代信息通信及网络安全技术发展趋势许海清中国电力科学研究院有限公司2020年11月 目录CONTENTS战略需求发展现状发展趋势020304背景概述01 3目前，国内能源总需求持续增长的趋势明显，可再生能源消费比重逐渐提高，能源逐步电气化的趋势逐渐明朗，电力需求和发电装机容量持续提高，能源互联网正在建设，人工智能、边缘计算、物联网、区块链等现代技术将大量运用于电力系统各业务领域，进一步提高发、输、变、配、 用、 调等环节的自动化与智能化，满足 各类电网业务需求。一、背景概述清洁能源发展提速2030年一次能源中非化石能源占比要达到25%，非化石能源发电量占比达到49%，能源电气化趋势明显预计2025、2030年全社会用电量达9.2、10.3万亿千万时, 增速达24.3%、39.2%，电力需求继续增长预计2025年，新能源发电装机将达10亿千瓦，占全国电源装机容量的33.3%能源互联网逐步建成电网主网架紧密衔接，逐步形多能互补、跨季节互济、广域配置的电力流格局 一、背景概述4信息通信技术已经在电网各个重要环节深度融合，构建了电网运行的“神经系统”。随着能源结构转型，能源供需实时平衡矛盾进一步加剧。电网将进一步依托高效信息处理技术 、先进通信传输技术以及信息网络安全保障技术，逐渐转型为开放共享、弹性灵活的能源互联网。 5能源互联网将传统的电力技术与现代化的信息与通信技术紧密结合，具有完备的信息系统架构与基础设施体系。能源互联网中设备组成复杂、终端设备众多、多网融合 、架构开放、内外网界限模糊等问题给能源互联网网络安全带来严峻挑战。保障网络 安全是能源互联网建设过程中至关重要的一环。一、背景概述 目录CONTENTS战略需求发展现状发展趋势020304背景概述01 7信息技术发展现状目前，全球信息技术创新日益加快。以大数据、云计算、物联网、人工智能、区块链为代表的新一代信息技术蓬勃发展。电力行业信息网络基础设施逐步夯实，信息化应用逐步覆盖各业务领域，先进技术在多个环节初步应用：基础设施转型升级速度加快：区块链、人工智能等前沿技术支撑基础设施转型升级速度逐步提速。开展云平台、高效能数据中心、卫星通信网络、业务中台及数据中台等基础设施建设。智能化与自动化结合愈加紧密：基于图像识别、语义识别等智能技术与传统自动化技术结合愈加紧密。前沿技术引领与业务驱动并重：驾驭和运行电力生产的能力不断增强、业务管理水平得到提升、智能控制和自动化技术全面应用、移动作业和远程运营获得了广泛应用。基础学科建设亟待创新：诸如AI概念提取、全纠缠量子计算、超态非平凡算子构建、自主演进及事件跨域弥散等支撑各类前沿技术实现自洽完备的理论基础仍亟需完善。二、发展现状信息技术 8通信技术发展现状随着通信技术由模拟通信向数字通信演进，光纤通信、互联网、无线通信及卫星通信飞速发展，通信网络向大容量高带宽、广覆盖大连接、低时延高可靠、异构融合可定制的“空天地海”协同一体化泛在通信网演进。二、发展现状通信技术第一代（1837～1900）模拟通信电报、电话无线电第二代（1900～1960）数字通信电子管奈奎斯特、香农半导体、集成电路第三代（1960～2000）激光、光导纤维光通信、互联网、无线通信SDHATM互联网1G2G第四代（2000～2012）3G4G波分、OTN、PTN卫星通信第五代（2012～2020）5GSDN、NFV、MEC物联网空天地海协同泛在通信太赫兹、卫星互联网6G微波通信SDHIPOTN无线公网无线专网载波通信第二代（2000～2020）第一代（1960～2000）IMS5G 9二、发展现状通信技术——有线通信容量增加/业务多样化196680年代1994199990年代初19981976DWDM开始建设SDH标准完善PDH仍为主力实用化产品出现SDH逐步成为传输主力设备PDH产品开始规模使用高锟提出光传输理论DWDM规模建设，全光网试验MSTP/ASON2002OTN/PTN/SPN21世纪PDH：准同步数字系列；SDH：同步数字系列；MSTP：多业务传输平台；DWDM：密集型光波复用；ASON：自动交换光网络；OTN：光传送网；PTN：分组传送网；SPN：切片分组网 10二、发展现状通信技术——移动通信1G2G3G4G5G年代技术服务19801991200120082018AMPSTACS（模拟通信，FDMA）GSMTDMACDMA（数字通信，TDMA）WCDMACDMA2000TD-SCDMA（无线宽带，CDMA）LTE FDDLTE TDD（移动互联网，OFDMA）5G NRPolarLDPC（物联网，新型多址、MIMO）语音语音+短信语音+短信+图片语音+短信+图片+视频语音+短信+图片+视频+万物互连 11当前，全球5G产业正在迅猛发展中。中国5G用户已破亿，5G基站超过48万个。预计到2030年5G将累计带动直接经济产出36.7万亿元，经济增加值14万亿元，运营商5G市场总规模累计可达8万亿元。同时，我国也在加快芯片、操作系统等通信自主产业体系建设。二、发展现状通信技术——5G5G旗舰产品已形成规模量产华为、三星、小米、OPPO、vivo 等知名厂商相继发布量产5G 手机。截止2019年9月，我国共发布18款5G手机，出货量78.7万。预测2023年5G智能手机出货量将占智能手机出货量的50%以上。其中中国将占据5G智能手机出货总量的34%，北美19%，亚太其他地区占17%。我国自主产业体系破除垄断坚冰核心芯片：国产基带芯片已推出华为巴龙5000和紫光展锐春藤510，华为麒麟990 5G芯片是世界首款集成5G基带的商用SoC。操作系统：华为鸿蒙操作系统适配手机、电视、智能汽车等，可能借助5G打破安卓和iOS长期垄断局面。屏幕：柔宇科技、京东方、国产OLED屏幕从质量到产能大幅提升。预计到2024年中国5G用户将突破10亿，未来中国将成为全球最大的5G市场。 12网络安全技术发展现状国内外网络安全发展总体由静态的被动防御技术向主动的安全防护技术转变。二、发展现状网络安全技术国内外网络安全发展总体由静态的被动防御技术（如：防火墙技术、入侵检测技术、防病毒技术等）向主动的安全防护技术（如：安全免疫技术、内生安全）转变。我国网络安全的发展目前落后于国外先进水平，《网络强国战略实施纲要》明确指出：加强技术体系架构创新，促进安全技术研发由外挂式向内生性转变。121983年2000年2013年2020年2011年可信计算机内生安全零信任1983年，美国国防部提出可信计算机评价，开展计算机安全免疫研究2011年，美国提出移动目标防御技术，开展网络内生安全研究。今年8月，NIST发布零信任框架最终版本。可信计算2000年，开始研究可信计算技术。内生安全2013年，提出网络空间拟态防御技术，网络内生安全技术研究开始起步。技术融合当前，新技术与传统行业的融合发展出现新业态形成经济新动能，可信技术、智能化技术、物联网技术等受到关注。国内：国外： 13电力网络安全技术发展现状我国电力网络安全的发展经历了无体系化防护、边界隔离被动防护、由被动防护向主动防御转变三个阶段。进 入能源互联网建设新时期，为适应新时期的网络安全形势，需要结合态势感知、动态防御、可信计算等一系列国际先进防御技术攻关，保障电力物联网的安全。二、发展现状网络安全技术132000年2010年2020年2002年无体系化防护边界隔离被动防护由被动防护向主动防御转变能源互联网建设新时期电网安全无体系化防护手段，主要停留在物理安全及重要环节保密通信的规定，开始出现单机版计算机防病毒软件。2002年，国家经贸委30号令，要求建立以边界防护为主的安全防护体系；2004年，电监会5号令，确立了“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”为原则的电力二次系统边界安全纵深防护体系。安全技术从被动的安全防御向主动的安全防护转变，已逐步了实现自主可控、可信免疫、安全监控、态势感知等。提出“分级分域、可信接入、智能感知、动态防护”的总体防护策略，规划了内生安全、态势感知、数据安全、可信计算等一系列国际先进防御技术攻关。 目录CONTENTS战略需求发展现状发展趋势020304背景概述01 15信息技术战略需求信息技术行业的战略需求体现在边缘计算的重要性稳步提升、企业对于弹性数字化的需求逐渐加强、产品与服务的智能化比例逐步提高三大趋势。对电力行业而言，能源互联网建设对电力信息提出了新的战略需求，并集中体现在两部分：前沿科研成果与电力业务的结合：基于人工智能、区块链、5G通信等既有成果，结合能源互联网建设实际需求将加速落地，可进一步提升能源互联网的技术先进程度、提高相关产业国际竞争力、构建产学研良性循环体系；学科融合发展：以能源互联网为代表的新发展趋势意味着电力信息领域不同学科间的交互及融合逐步增强，通信、仿真、安全、云平台、高效能数据中心、分析评估等多学科必将通过进一步协同融合对能源互联网的构建提供更强有力的支撑。三、战略需求信息技术 16通信技术战略需求能源互联网的业务变革，要求大幅提升信息通信对电网业务的支撑能力，需要高速、实时、可靠实现全面感知和全程在线，对信息通信的容量及其泛在性、开放性 、互动性、智能性、可信性提出了新需求。三、战略需求通信技术未来智能电网场景信息通信需求特征信息通信技术新需求完善动态集中的云计算基础设施；建设开放的社会公共服务和增值服务平台。需要推进大容量、长距离骨干传输网建设；需要不断优化传输时延及可靠性指标。需建设支持多种互动业务的各类应用系统；建设支持开放式能源交易的电子商务平台需建设具备高度智能数据处理能力的大数据平台需建设新一代安全防护体系，全面保障各类移动和互动业务开展开放高速智能互动可信网络平台应用安全可再生和分布式能源大规模接入能源开发方式变革大范围优化配置和统筹平衡能源配置方式变革供应商与消费者双重身份、能源交易能源消费方式变革低碳化、智慧化，各类公共服务和增值服务生产生活方式改变需加强网络开放、泛在，对网络基础设施进行提升；需推进IP数据网和双向对等的接入网建设；泛在 17电力系统网络安全技术战略需求电网作为国家基础设施，成为国家级敌对势力网络攻击重要对象和网络战争的首要攻击目标，未来的网络攻击特征呈集团化、自动化、组合型。随着能源互联网的发展，未来电网面临网络边界外延，数据融合共享等问题，加之量子计算等新技术对隔离网络持久性造成威胁，以防为主、“封闭隔离”的传统电网防护体系已不能满足未来电网安全的需求。通过“分级分域、可信接入、智能感知、动态防护”策略，力求打破封闭隔离的被动式安全防御体系，向动态的、智能的主动式安全防御体系转变，研究动态防御、态势感知、可信计算等技术和抗量子技术，提升安全防护水平。三、战略需求网络安全技术以防为主，封闭性措施动态融通、智能内生调度控制市场交易经营管理智能用电新能源客户服务数据高度融合集团化、自动化网络攻击特征网络边界外延未来防护形式态势感知动态防御可信计算网络边界模糊内外网隔离不再可控2020年电力信息通信与网络安全国际发展论坛暨IEEE PES电力系统通信与网络安全技术委员会（中国）成立大会2020年电力信息通信与网络安全国际发展论坛暨IEEE PES电力系统通信与网络安全技术委员会（中国）成立大会2020年电力信息通信与网络安全国际发展论坛暨IEEE PES电力系统通信与网络安全技术委员会（中国）成立大会2020年电力信息通信与网络安全国际发展论坛暨IEEE PES电力系统通信与网络安全技术委员会（中国）成立大会2020年电力信息通信与网络安全国际发展论坛暨IEEE PES电力系统通信与网络安全技术委员会（中国）成立大会2020年电力信息通信与网络安全国际发展论坛暨IEEE PES电力系统通信与网络安全技术委员会（中国）成立大会 目录CONTENTS战略需求发展现状发展趋势020304背景概述01 19信息技术发展趋势未来，全球信息技术创新速度不断加快、专业程度不断提高、融合边界不断扩展，以