智能電網(wǎng)IT運(yùn)維駕駛艙跨區(qū)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

黃海英 張今革 葉思斯

（1.南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司 廣東省廣州市 510663 2.電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司 廣東省廣州市 510663）

隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的全面推進(jìn)以及智能化在電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用普及，IT 信息系統(tǒng)被我國(guó)國(guó)家電力企業(yè)和各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)所采用，龐大的電網(wǎng)需要更大規(guī)模的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和更復(fù)雜的系統(tǒng)關(guān)系提供智能化服務(wù)，這為智能電網(wǎng)的IT 運(yùn)維工作帶來(lái)了更高層次的難度。目前，我國(guó)電力部門的IT 運(yùn)維管理存在著業(yè)務(wù)區(qū)域分散，被動(dòng)運(yùn)維管理以及應(yīng)用為導(dǎo)向等多種難題，對(duì)目前電網(wǎng)企業(yè)的多業(yè)務(wù)變更，智能化個(gè)性服務(wù)等需求無(wú)法提供支持。在這樣的背景下，IT 運(yùn)維支撐的信息平臺(tái)，通過(guò)IT 運(yùn)維駕駛艙系統(tǒng)，能夠?qū)PI 指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)化分析，用服務(wù)方式提供異常事件的提前預(yù)警機(jī)制以及輔助智能化決策分析，從而滿足智能電網(wǎng)對(duì)于IT 運(yùn)維系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支持的目標(biāo)。

1 IT運(yùn)維駕駛艙技術(shù)介紹

IT 運(yùn)維駕駛艙技術(shù)利用了一致性較高的信息服務(wù)平臺(tái)，在一定范圍內(nèi)所有的電子設(shè)備的數(shù)據(jù)能夠通過(guò)這個(gè)平臺(tái)進(jìn)行集成和整合，方便后續(xù)系統(tǒng)的分析。除此之外，在能夠進(jìn)行IT 系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)備和軟件設(shè)備等的有效管理的前提條件下，立足于相關(guān)支撐服務(wù)于應(yīng)用服務(wù)等實(shí)現(xiàn)整個(gè)IT 系統(tǒng)地智能管理以及潛在風(fēng)險(xiǎn)分析和預(yù)警。IT運(yùn)維駕駛艙技術(shù)能夠借助驅(qū)動(dòng)引擎相關(guān)知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，分析不同數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)并整理成表格，對(duì)數(shù)據(jù)之間所存在的關(guān)系進(jìn)行量化的分析，然后對(duì)分析完成之后的結(jié)果進(jìn)行參數(shù)評(píng)估，從而為用戶提供更加準(zhǔn)確和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)用于參考，幫助用戶做出更加科學(xué)和合理的決策。IT 運(yùn)維駕駛艙技術(shù)的主要貢獻(xiàn)在于，將傳統(tǒng)模式下一應(yīng)用為中心的運(yùn)營(yíng)模式朝著以服務(wù)為中心的模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，原本的分散隔離狀態(tài)轉(zhuǎn)變成協(xié)同集中管理，被動(dòng)的運(yùn)維管理機(jī)制朝著積極主動(dòng)的運(yùn)維管理模式靠攏，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)有效創(chuàng)新的同時(shí)，能夠有效作用于傳統(tǒng)的服務(wù)模式，使服務(wù)模式隨著時(shí)代變化和用戶需求加以拓展，為我國(guó)的智能化電網(wǎng)建設(shè)提供了強(qiáng)有力的支持。

2 數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，電力系統(tǒng)實(shí)行分區(qū)制度，Ⅲ區(qū)，Ⅳ區(qū)的生產(chǎn)系統(tǒng)通常和內(nèi)網(wǎng)中Ⅰ區(qū)，Ⅱ區(qū)的生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其相似，前者作為后者的鏡像存在，目前應(yīng)用比較廣泛，具有代表意義的有DMS系統(tǒng)，EMS 系統(tǒng)等，它們的不同在于，Ⅲ區(qū)，Ⅳ區(qū)的電力系統(tǒng)的管理結(jié)構(gòu)對(duì)于Ⅰ區(qū)，Ⅱ區(qū)來(lái)說(shuō)，顯得更有延展性，在原有的基礎(chǔ)上做到了向深處拓展，進(jìn)一步涉及到水調(diào)系統(tǒng)以及雷電系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在這種情況下，Ⅲ，Ⅳ區(qū)的電力生產(chǎn)系統(tǒng)基于同一系統(tǒng)的前提條件下，外網(wǎng)組合成一個(gè)完整的，智能化比較高的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。另外，為了更好地實(shí)現(xiàn)全方位，更多層次的決策分析，對(duì)決策指定進(jìn)行必要的科學(xué)數(shù)據(jù)支持，IT 運(yùn)維就駕駛艙應(yīng)該具備這樣的能力，也就是在管理范圍內(nèi)對(duì)所有安全區(qū)內(nèi)的所有IT系統(tǒng)進(jìn)行集成數(shù)據(jù)，整合數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，然后將系統(tǒng)的IT 數(shù)據(jù)分析結(jié)果反映給安全區(qū)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)種，這樣做的目的是為了給內(nèi)網(wǎng)的生產(chǎn)控制西永運(yùn)營(yíng)的安全性提供足夠的數(shù)據(jù)支持和參照指標(biāo)，進(jìn)一步為整個(gè)智能電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及高效率數(shù)據(jù)處理提供可靠和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。

3 駕駛艙跨區(qū)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

駕駛艙跨區(qū)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是在當(dāng)前應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中最重要的一個(gè)重要的技術(shù)內(nèi)容之一，但同樣在該技術(shù)進(jìn)行整理使用過(guò)程當(dāng)中也存在其他輔助技術(shù)的應(yīng)用。這些輔助技術(shù)的應(yīng)用能夠使得駕駛艙跨區(qū)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的工作正常開(kāi)展。比如在使用過(guò)程當(dāng)中，需要服務(wù)代理虛擬隧道技術(shù)負(fù)載均衡處理技術(shù)等等。在日常的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，駕駛艙跨區(qū)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)際上就是在以上所提到的三種基礎(chǔ)的基礎(chǔ)之上，所開(kāi)展出的一種數(shù)據(jù)傳遞以及網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用功能。在IT 運(yùn)維駕駛艙體系中，內(nèi)外網(wǎng)有各自的職能和工作范圍，分別布置服務(wù)代理程序之間如何共同協(xié)作保障系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的工作，進(jìn)一步完成跨安全區(qū)的數(shù)據(jù)相互傳遞的工作。另外，在大量的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行跨安全區(qū)進(jìn)行傳遞的時(shí)侯，應(yīng)該著重考慮不同物理隔離設(shè)備種動(dòng)態(tài)負(fù)載能否做到安全的問(wèn)題，以進(jìn)一步保障系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3.1 服務(wù)代理

在IT 運(yùn)維駕駛艙庫(kù)區(qū)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中，給予虛擬隧道和負(fù)載均衡算法的服務(wù)代理是內(nèi)外網(wǎng)的應(yīng)用代理程序，它的作用主要就是能夠進(jìn)行運(yùn)維駕駛艙跨安全區(qū)IT系統(tǒng)的運(yùn)維數(shù)據(jù)之間的相互傳遞，服務(wù)代理在研究上我們通常將其分成Ⅱ區(qū)服務(wù)代理以及Ⅲ區(qū)服務(wù)代理兩個(gè)部分。下面簡(jiǎn)單介紹兩個(gè)部分服務(wù)代理的內(nèi)容。

（1）Ⅱ區(qū)服務(wù)代理程序的主要功能包括：外網(wǎng)請(qǐng)求XML 文件處理，服務(wù)代理程序間的消息通信，Ⅲ區(qū)駕駛艙系統(tǒng)中IT 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析結(jié)果文件的接收以及分析入庫(kù)，Ⅱ區(qū)IT 系統(tǒng)運(yùn)維數(shù)據(jù)的收集，數(shù)據(jù)收集結(jié)果文件和報(bào)文的正常傳輸，集成駕駛艙數(shù)據(jù)采集層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)等等。完成這部分功能那個(gè)需要涉及大量的原始文件和數(shù)據(jù)，主要包括，Ⅰ區(qū)，Ⅱ區(qū)IT 系統(tǒng)運(yùn)維數(shù)據(jù)的收集結(jié)果，除了一些數(shù)據(jù)庫(kù)文件，日志文件之外，還有SNMP 報(bào)文數(shù)據(jù)，API 和Web Service 接口產(chǎn)生的XML 文件等等，這些數(shù)據(jù)的處理以及處理結(jié)果成為支持Ⅱ區(qū)服務(wù)代理程序能夠正常完成職責(zé)的主要?jiǎng)恿Α?/p>

（2）Ⅲ區(qū)服務(wù)代理程序的主要功能包括，代理程序見(jiàn)消息的傳遞，接受內(nèi)網(wǎng)傳輸?shù)奈募ú杉Y(jié)果文件等，將報(bào)文傳遞給駕駛艙前置數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，生成服務(wù)請(qǐng)求XML 文件以及定時(shí)或者異常狀態(tài)下實(shí)時(shí)生成XML 格式的運(yùn)行狀態(tài)分析結(jié)果，將分析結(jié)果進(jìn)一步傳遞給內(nèi)網(wǎng)等等。與Ⅱ區(qū)服務(wù)代理相比，Ⅲ區(qū)服務(wù)代理更傾向于數(shù)據(jù)的處理和反饋，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深層次挖掘和分析，并將分析結(jié)果反饋給內(nèi)網(wǎng)，共同完成服務(wù)代理程序的功能。

3.2 虛擬隧道技術(shù)

正向物理格式設(shè)備只能使用TCP 協(xié)議，拒絕UDP 協(xié)議的使用，因此外網(wǎng)只被允許發(fā)送字節(jié)長(zhǎng)度為1 的短報(bào)文進(jìn)行請(qǐng)求確認(rèn)。反向物理隔離設(shè)備中能夠?qū)崟r(shí)讀取外網(wǎng)程序指定的特定的文本文件，并且安全地，在加密的條件下將這些數(shù)據(jù)和文件傳遞到內(nèi)網(wǎng)程序中，內(nèi)網(wǎng)需要對(duì)加密的文本文件進(jìn)行解密，這涉及到一些算法的使用，解密之后的文本文件被存放在特定的目錄之下。虛擬隧道在IT 運(yùn)維駕駛艙跨區(qū)傳輸技術(shù)中的應(yīng)用主要是通過(guò)安全區(qū)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和隔離設(shè)備完成數(shù)據(jù)的傳輸，使用多線程并行處理技術(shù)以及報(bào)文校驗(yàn)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行消息的傳遞和確認(rèn)，同時(shí)能夠保證文件傳輸通道的封裝。數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地，也就是對(duì)端之后，數(shù)據(jù)包被內(nèi)網(wǎng)解封，完整恢復(fù)封裝之前的格式，在這個(gè)過(guò)程中應(yīng)用到應(yīng)用程序編程接口的封裝，下面簡(jiǎn)單介紹虛擬隧道所應(yīng)用到的處理技術(shù)以及它們?cè)谔摂M隧道中的作用。

3.2.1 數(shù)據(jù)封裝技術(shù)

在虛擬隧道中，消息和數(shù)據(jù)的傳遞不可避免地會(huì)應(yīng)用到封裝技術(shù)，由于數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)于需要傳遞的數(shù)據(jù)，包括分段文件數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議數(shù)據(jù)，系統(tǒng)信息等報(bào)文消息在傳遞之前需要進(jìn)行數(shù)據(jù)包的封裝，數(shù)據(jù)打包之后在數(shù)據(jù)包的頭部文件加上輔助報(bào)文信息，然后被送到數(shù)據(jù)傳輸鏈。

3.2.2 報(bào)文校驗(yàn)技術(shù)

報(bào)文校驗(yàn)工作作用主要在于為所有的應(yīng)用服務(wù)提供穩(wěn)定的TCP連接，保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包安全，完整地到達(dá)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院屯暾?。在進(jìn)行報(bào)文傳輸?shù)倪^(guò)程中，報(bào)文檢驗(yàn)技術(shù)通過(guò)返回特定的短報(bào)文（通常是0 或者1）對(duì)收到的信息報(bào)文進(jìn)行反饋，確保應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳輸可靠性，監(jiān)測(cè)TCP 傳輸通道是否正常工作，同時(shí)也能夠檢測(cè)隔離設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

3.2.3 多線程并發(fā)處理技術(shù)

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，IT 運(yùn)維駕駛艙跨區(qū)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)行多線程并發(fā)處理模式，同一時(shí)間并不是只有一個(gè)任務(wù)進(jìn)行，而是多個(gè)任務(wù)進(jìn)行排序等待，程序有序釋放資源，發(fā)送可利用資源的信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)任務(wù)的解鎖和處理。服務(wù)處理程序能夠進(jìn)行本地任務(wù)的實(shí)時(shí)處理，并且支持對(duì)端服務(wù)請(qǐng)求任務(wù)，在這一過(guò)程中，每個(gè)任務(wù)都可以創(chuàng)建子線程進(jìn)行服務(wù)請(qǐng)求的處理，但是需要注意的是，由于硬件資源有限，CPU 計(jì)算能力在單位時(shí)間內(nèi)尤其最大限度以及內(nèi)存資源的占用等實(shí)際因素，所以每一個(gè)線程并不能夠做到實(shí)時(shí)上的同時(shí)進(jìn)行，在進(jìn)行線程并發(fā)的過(guò)程中，需要注意資源區(qū)的占用，避免死鎖等問(wèn)題。

3.2.4 應(yīng)用接口的使用

應(yīng)用接口在IT 運(yùn)維駕駛艙跨區(qū)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中的應(yīng)用主要是為了封裝Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)之間傳輸?shù)膱?bào)文和消息，文件等數(shù)據(jù)包，進(jìn)行應(yīng)用層技術(shù)API 接口的數(shù)據(jù)傳遞，是上層服務(wù)代理程序能夠?qū)ο聦訑?shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)，所以說(shuō)，應(yīng)用接口實(shí)際上是提供了上層程序和下層應(yīng)用之間的通信渠道。

3.3 負(fù)載均衡處理技術(shù)

由于隨著時(shí)間的推移，智能電網(wǎng)系統(tǒng)需要承擔(dān)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)量以及數(shù)據(jù)傳輸量越來(lái)越多，所以在實(shí)際應(yīng)用中，內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)之間IT運(yùn)維的成本增多，其他應(yīng)用的系統(tǒng)跨區(qū)通信涉及的信息量越來(lái)越多，在這樣的情況下，正反向物理隔離的性能已經(jīng)成為系統(tǒng)性能提升的阻礙。而在當(dāng)前的技術(shù)環(huán)境之下，針對(duì)以上問(wèn)題出現(xiàn)了一種全新的解決辦法。該解決方法實(shí)際上主要運(yùn)用的技術(shù)內(nèi)容也在上網(wǎng)研究過(guò)程當(dāng)中，主要提到就是負(fù)載均衡處理技術(shù)。在進(jìn)行該方法使用過(guò)程當(dāng)中，最主要的應(yīng)用重點(diǎn)就是保證靜態(tài)的IP 地址和整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部所存在的端口具備同樣的作用。達(dá)到實(shí)現(xiàn)散列任務(wù)分配的效果，但是這種方法并沒(méi)有解決全部的問(wèn)題，實(shí)際鏈路上跨安全區(qū)傳遞的數(shù)據(jù)量的多少以及隔離裝置失效等情況目前還沒(méi)有列入考慮因素中。

4 應(yīng)用案例

4.1 運(yùn)行環(huán)境

國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)治供電公司IT 運(yùn)維系統(tǒng)部署在安全Ⅲ區(qū)，對(duì)所有設(shè)備例如數(shù)據(jù)庫(kù)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，服務(wù)器等進(jìn)行統(tǒng)一的管理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。這個(gè)系統(tǒng)中的安全防護(hù)數(shù)據(jù)傳輸包括的硬件有物理隔離四臺(tái)，反向物理隔離兩臺(tái)，防火墻四臺(tái)，服務(wù)器四臺(tái)，交換機(jī)兩臺(tái)，軟件部分采用的是Linux OS 和Java 高級(jí)語(yǔ)言。

4.2 跨區(qū)數(shù)據(jù)傳輸

4.2.1 應(yīng)用策略

不同的數(shù)據(jù)類型，例如數(shù)據(jù)表文件，XML 文件，日志文件，SNMP 文件等都有各自獨(dú)立的傳輸端口以及數(shù)據(jù)最小采集間隔，同一個(gè)端口在虛擬隧道和負(fù)載均衡上支持多條鏈路的通信，提高系統(tǒng)工作效率。另外，基于數(shù)據(jù)源的上層應(yīng)用業(yè)務(wù)劃分的工作是由運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行得，最后運(yùn)維系統(tǒng)將分析結(jié)果一個(gè)完整的業(yè)務(wù)為單位返回到上層應(yīng)用程序中去。

4.2.2 應(yīng)用分析

對(duì)跨安全區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸效率以及負(fù)載均衡算法的實(shí)現(xiàn)效果進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)文中提到的方法能夠在進(jìn)行數(shù)據(jù)最高效率傳送的同時(shí)保證傳輸性能，盡可能避免丟包和漏包事件的產(chǎn)生，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，有效性和?zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不管是正向傳輸還是反向傳輸，在連接數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)（正向連接數(shù)達(dá)到1000，反向連接數(shù)達(dá)到100），但連接的平均速率（單位：kb/s）能夠分別維持在30 和155，說(shuō)明本文提出的方法即使在極端連接數(shù)目下，仍然能夠保持比較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸速率，傳輸性能有所保障。在系統(tǒng)地負(fù)載均衡方面，我們發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)中有4 個(gè)隔離裝置的情況下，每一個(gè)裝置的負(fù)載率維持在0.55 左右，系統(tǒng)總負(fù)載數(shù)圍毆0.548，這個(gè)數(shù)據(jù)說(shuō)明采用本文提出的算法之后，系統(tǒng)負(fù)載均衡性能良好。

5 總結(jié)

總而言之，目前我國(guó)電網(wǎng)企業(yè)信息化系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用，為客戶提供更加智能，更加個(gè)性化的服務(wù)，IT 運(yùn)維駕駛艙系統(tǒng)在這樣的情況下能夠通過(guò)對(duì)IT 系統(tǒng)信息實(shí)時(shí)采集和KPI 指標(biāo)的分析，實(shí)現(xiàn)IT 系統(tǒng)對(duì)所有硬件設(shè)備的實(shí)施操控，滿足智能電網(wǎng)管理運(yùn)行系統(tǒng)的需求。本文提出的智能電網(wǎng)IT運(yùn)維駕駛艙跨區(qū)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)為國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)治供電公司IT 運(yùn)維系統(tǒng)提供了智能電網(wǎng)管理的關(guān)鍵技術(shù)，能夠有效地解決目前困擾智能電網(wǎng)發(fā)展的跨安全區(qū)數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，為未來(lái)我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展添磚加瓦。