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工业互联网安全教学实训平台

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一、概述

 

工业互联网安全涉及计算机科学、网络技术、自动化控制技术、通信技术、物联网技术、软件编程技术、密码技术、信息安全技术等多个学科领域的综合性学科。其本身涉及的具体安全内容包括很多方面,如网络攻击、恶意代码、身份验证、访问控制、信息隐藏、加密通信、固件分析、安全操作系统、防火墙技术、入侵检测技术、网络扫描、协议分析等。

 

为了满足各类人员学习工业互联网安全的安全相关知识和技能的强力需求,需要专业的实验室,以及配套的教学实验平台、课程、实验,能力认证、师资能力。

 

具体总结出以下典型的 5 类需求:

 

(1)缺乏专业的工业互联网安全教材、教学平台和配套课程;

(2)缺乏工业互联网安全实践实验课程和实验设备;

(3)缺少工控实际场景的平台,不论是教学还是实训都非常不便;

(4)加强传统的互联网、信息系统与工业互联网的学科交叉性;

(5)教学、实训、科研、岗位技能缺乏统一规划,没有对应方案;

(6)学员学习情况缺乏测评与认证。

 

结合以上需求,分析其中存在的问题,针对实验室规划提出了以下 5 点要求:

 

(1)需要系统的配套课程,相应的内容需要与实际业务场景和技能需求对应,其中包括工业互联网安全的理论教材、实验、题库、课件、教学视频、课程方案等。

(2)整体方案中除了理论课程内容外,还需完整的实验训练内容,要有成熟的软硬件教学实训环境、配套的实训培养方案、实验课程、实验手册等,且与理论部分呼应,可以独立成课亦能根据对象不同设计定制化实验场景。

(3)需要可以针对自动控制、信息安全、工控安全、网络安全进行整体教学演示和实验练习的环境,从而模拟真实的互联网信息系统、企业系统环境和场景,最好还能支持扩展以及模块化设计,从而应对更加灵活的教学和实训场景。

(4)整体方案中针对工业控制系统、工业互联网平台、网络空间环境的安全有系统的内容学习设计,根据不同背景的学员和实训人员,可以设置涵盖计算机、网络、通信、信息安全、自动控制等多个应用领域的配套内容。另外,工控系统本身根据分层要求,也可以对互联网、业务监控场景、操作主机、工业控制器、工业一次设备等都有不同的配套内容。

(5)针对不同的应用场景需求,需要分别有针对纯粹的教学、实训、科研、竞赛提供不同的成熟方案。且不同的方案彼此之间也可以彼此关联,实现产学研用等各个阶段的一致性和协调性。

(6)切合教学、研究、网络安全防护、安全集成、安全运维等网络安全人才培养定位、满足院校、产业、公众教育岗位要求、提高人才培养质量的角度出发,以应用型专业人才培养定位为核心,制定先进、科学的人才能力提升方案。

 

二、总体设计

 

本方案通过工业互联网安全教学平台、实训平台的建设和运营来解决工业互联网安全人才培养、院校教育、产业教育、公众社会教育服务中所遇到的问题。

 

教学和实验内容从易到难,逐步加深,可服务于各类线上线下各类人员,并且具备足够的灵活配置能力,便于学员进行实验工作。

 

基于课程开设的实际情况,我们建议工业互联网安全教学实训能力建设分成线上和线下两种方式,两种方式根据实验室具体情况,结合使用效果更佳:

 

线上方式是指学员通过基于互联网的教育云平台,进行线课程教学、线上仿真靶场实验、名师直播教学、在线考试等内容。主要学习和练习一些理论知识和基础实战技能。教师可通过该平台获得学员的学习进度和考核情况。

 

线下方式是指在实验室内,学员按照课程体系,通过教师的面授,结合实验室内平台设备进行相关教学、实验、演练、能力测评等过程,进行的知识学习和技能操作实践。

 

综上所述,通过线上线下学习结合、环境仿真和实践结合、单人和分组协同结合、攻击与防护结合结合等综合模型设计的方案思路,最终实现院校工业互联网安全教学实验能力的建设。

 

三、线上平台产品

 

a. 直播教学
在线实时进行课程授课,可以针对指定班级指定学生进行排课、备课,完成上课签到、教学互动、白板书写、屏幕分享、视频分享、实验演示等直播教学类工作。

 

b. 线上教学
完成培训课程学习、学历教育学习、专业课程学习,并可以线上通过讲义、视频、实验、练习、资料、互动等内容和形式进行学习。

 

c.线上实验
在线进行实验练习、实验指导、实训项目实践等。

 

d.线上测评
针对学员、职员、特定岗位对象进行岗位胜任力测试评估,个人学习路径跟踪,就业域职业发展指导,人才数据分析等。

 

e. 线上认证
针对学生、职员、特定岗位对象进行岗位胜任力测试评估,个人学习路径跟踪,就业域职业发展指导,人才数据分析等。

 

f. 线上竞赛
在线完成竞赛练习、竞赛培训、竞赛模拟、竞赛活动支撑服务、参加竞赛。

 

人才能力测评平台界面

 

四、线下平台产品

 

教学实训模块,提供基于用户角色场景化服务,为学员用户角色定制个性化场景内容,提供学习功能支持。从基础课程搭配到专业课程,从专业课程到拓展课程,设计游戏进阶式的教学、学习方式,激发学员的学习主观能动性。并配有学习日历课程,明确学习内容,知晓学习计划,合理进行预习复习安排。

 

综合管理模块,负责教师端、管理端各项教学相关功能支持。包括:用户管理、班级管理、教学管理、备课管理、问答管理、讲义管理、视频管理、资料管理等功能。

 

教师与学员可以形成强粘性的互动,管理者可以时刻把控参训学员学习数据、参训教师的教学/训练数据。监测各节点资源(虚拟机、CPU、内存、硬盘)使用情况,通过配置物理资源及资源配额,实现合理调度资源,以保障校区、班级的实验靶场的建设及使用能力,提高教学实训效率。

 

教学实训模板

 

部分工业业务仿真实验场景

 

火电厂控制系统网络结构展板

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