一種跨安全分區(qū)數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)模式

李新華 周艷妮 葉珂嘉

摘要??? 本文設(shè)計(jì)了一種跨安全分區(qū)數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)模式方案，綜合采用了總線內(nèi)外消息交互機(jī)制，總線服務(wù)名稱注冊、同步、解析機(jī)制、總線服務(wù)穿透代理機(jī)制，成功地集成了跨區(qū)的兩條數(shù)據(jù)交互總線，實(shí)現(xiàn)了一條虛擬的一體化數(shù)據(jù)交換總線。本方案可廣泛應(yīng)用于國、網(wǎng)、省、地市、縣各級(jí)電力軟件應(yīng)用系統(tǒng)集成領(lǐng)域。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)交換總線 信息交互 跨安全分區(qū)

電力系統(tǒng)中各軟件應(yīng)用系統(tǒng)為克服各自系統(tǒng)信息孤島問題，方便信息的高效便利的互連互通，采用信息總線技術(shù)，滿足各獨(dú)立系統(tǒng)間信息交互的需求。但按電力系統(tǒng)安全規(guī)范要求，信息總線必須分別部署在生產(chǎn)區(qū)、管理區(qū)兩個(gè)安全分區(qū)中，之間用物理裝置隔離，就形成了兩條跨區(qū)的信息交互總線，各軟件應(yīng)用系統(tǒng)之間不但存在同安全分區(qū)數(shù)據(jù)交換需求，也存在跨不同安全分區(qū)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換需求。

1 方案概述

一種跨安全分區(qū)數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)模式，是以IEC61970和IEC61968的公共信息模型及接口規(guī)范為基礎(chǔ)，建立開放的、具有良好可擴(kuò)充性的數(shù)據(jù)訪問平臺(tái)，將電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)和統(tǒng)一建模，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表達(dá)和信息共享的信息交換總線，從而實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、營銷管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)等相互之間進(jìn)行信息交換和集成。其特征在于：綜合采用總線內(nèi)外消息交互機(jī)制，總線服務(wù)名稱注冊、同步、解析機(jī)制、總線服務(wù)穿透代理機(jī)制等多種技術(shù)，集成了跨區(qū)的兩條數(shù)據(jù)交互總線，實(shí)現(xiàn)了一條虛擬的一體化數(shù)據(jù)交換總線;總線提供兩種數(shù)據(jù)交換方式：請求/應(yīng)答、發(fā)布/訂閱。總線和接入的服務(wù)必須提供統(tǒng)一的服務(wù)接口，具體定義如下：總線的統(tǒng)一服務(wù)接口int Message，接入服務(wù)的訂閱接口int Publish Message，請求方服務(wù)的回復(fù)接口int Response Message，應(yīng)答方服務(wù)的請求接口int Request Message。

對(duì)總線數(shù)據(jù)交換采用面向消息的設(shè)計(jì)，運(yùn)用總線消息交互機(jī)制，不采用面向直接的連接，雙方向都應(yīng)用單向消息交換信息，從而形成虛擬的邏輯連接。

總線服務(wù)名稱注冊、同步、解析機(jī)制，使系統(tǒng)間交互信息時(shí)，不直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交互，屏蔽了地址及位置信息，系統(tǒng)間交互信息都是直接面向虛擬的一體化總線，由總線自身的名稱注冊、同步、解析機(jī)制完成最終要訪問的地址的確定。

設(shè)計(jì)穿透服務(wù)機(jī)制，使總線系統(tǒng)傳遞的信息通過物理隔離時(shí)，都由穿透服務(wù)機(jī)制負(fù)責(zé)屏蔽正向、反向隔離的不同傳遞要求，并將兩個(gè)安全分區(qū)的總線虛擬為一條數(shù)據(jù)交換總線：總線服務(wù)上的消息在穿透隔離裝置時(shí)，需要經(jīng)過如下四種方式的代理：I區(qū)服務(wù)出口，I區(qū)服務(wù)入口，III區(qū)服務(wù)出口，III區(qū)服務(wù)入口，I區(qū)服務(wù)出口和III區(qū)的服務(wù)入口需要明確Socket端口，I區(qū)服務(wù)入口和III區(qū)服務(wù)出口需要明確文件存放路徑，服務(wù)出口對(duì)總線提供統(tǒng)一封裝的接口，當(dāng)總線需要把消息路由到對(duì)側(cè)安全區(qū)時(shí)，則調(diào)用服務(wù)出口的接口函數(shù)，由服務(wù)出口程序來根據(jù)所在安全區(qū)的情況，選擇Socke（tI區(qū)）或文件（III區(qū)）的方式把消息提交給穿透程序，由服務(wù)入口程序根據(jù)所在安全區(qū)的情況，選擇Socket（III區(qū)）或文件（I區(qū)）的方式來負(fù)責(zé)監(jiān)聽是否有消息過來，如果有，則把消息發(fā)送到同機(jī)的總線上，服務(wù)出口程序表現(xiàn)為一個(gè)動(dòng)態(tài)庫，由總線服務(wù)來調(diào)用;服務(wù)入口程序則表現(xiàn)為一個(gè)獨(dú)立守護(hù)進(jìn)程或者線程，來監(jiān)視某一個(gè)端口或者某一目錄。

2 具體實(shí)施方式

一種跨安全分區(qū)數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)模式同時(shí)要跨越兩個(gè)安全區(qū)I和安全區(qū)III，徹底解決各隔離區(qū)的透明訪問問題，使得所有的應(yīng)用系統(tǒng)可以直接訪問跨區(qū)的服務(wù)，使其他應(yīng)用系統(tǒng)能夠方便規(guī)范的使用集成在總線上的數(shù)據(jù)，綜合采用了總線內(nèi)外消息交互機(jī)制，總線服務(wù)名稱注冊、同步、解析機(jī)制、總線服務(wù)穿透代理機(jī)制，成功地集成了跨區(qū)的兩條數(shù)據(jù)交互總線，實(shí)現(xiàn)了一條虛擬的一體化數(shù)據(jù)交換總線，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間的配合。各系統(tǒng)之間不能直接連接，需要連接到信息交換總線上與其它系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，保證信息交互的靈活性、可靠性、安全性。

2.1 總線內(nèi)外消息交互機(jī)制

參見圖1，信息交互總線上進(jìn)行傳輸是針對(duì)接入到總線的Web Service服務(wù)來進(jìn)行規(guī)范消息的，總線提供兩種數(shù)據(jù)交換方式：請求/應(yīng)答、發(fā)布/訂閱，總線和接入的服務(wù)必須提供了統(tǒng)一的服務(wù)接口。

服務(wù)接口的應(yīng)用方式如下：

2.1.1 請求/應(yīng)答服務(wù)

（1）請求方構(gòu)建一個(gè)請求消息。

（2）請求方把請求消息發(fā)送給的Message服務(wù)接口。

（3）解析消息體，通過合適的流程把請求消息request message送到對(duì)應(yīng)服務(wù)端的應(yīng)答服務(wù)Request Message。

（4）服務(wù)端接收到相應(yīng)的消息。（5）應(yīng)答方檢查消息體，判斷是否能夠

處理相應(yīng)的請求，如果完全不能處理，則返回一個(gè)錯(cuò)誤的應(yīng)答消息，并停止處理該請求消息。如果處理結(jié)果有部分錯(cuò)誤，需要把錯(cuò)誤內(nèi)容包含在應(yīng)答消息中。

（6）應(yīng)答方完成響應(yīng)的處理，產(chǎn)生應(yīng)答消息的消息體。

（7）應(yīng)答方把應(yīng)答消息發(fā)送給統(tǒng)一的Messagee服務(wù)接口。

（8）解析消息體，通過合適的流程把應(yīng)答消息response message送到請求方的接受服務(wù)Response Message。

（9）請求方處理應(yīng)答消息，根據(jù)需要解析消息體。

（10）處理過程結(jié)束。

2.1.2 發(fā)布/訂閱服務(wù)

（1）發(fā)布方構(gòu)建一個(gè)事件消息。

（2）服務(wù)端把消息發(fā)送給的Message服務(wù)接口。

（3）解析消息體，分發(fā)事件消息event message給訂閱端的接受服務(wù)PublishMessage。

（4）訂閱方接收該消息，然后進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。

（5）支持定時(shí)或即時(shí)訂閱。

2.1.3 消息規(guī)范

消息規(guī)范是總線系統(tǒng)的核心，它規(guī)范了消息的結(jié)構(gòu)，以及消息各部分的具體元素，主要包括：

頭（Header）：消息頭是消息結(jié)構(gòu)的核心，主要就是根據(jù)消息頭中的信息進(jìn)行路由，因此，接入服務(wù)必須要按照規(guī)范正確生成消息頭，否則消息可能不會(huì)被正確處理。所有的消息都需要的結(jié)構(gòu)，所有的服務(wù)接口都要采用一個(gè)共同的結(jié)構(gòu)。

請求（Request）：可選項(xiàng)，用來定義請求消息。

應(yīng)答（Reply）：只對(duì)應(yīng)答消息有效，表明服務(wù)端的處理結(jié)果是成功還是失敗、并說明錯(cuò)誤的細(xì)節(jié)。消息體（Payload）：有時(shí)需要對(duì)消息頭附加明確的表述，說明具體的內(nèi)容。

2.2 總線服務(wù)名稱注冊、同步、解析機(jī)制

2.2.1 服務(wù)名稱注冊

任何系統(tǒng)向其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)信息時(shí)，做為一個(gè)數(shù)據(jù)源，向總線申請注冊一個(gè)唯一的名稱，同時(shí)將自身的端口、地址等信息告之總線，總線設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的注冊接口，供各系統(tǒng)注冊名稱，提供各種數(shù)據(jù)信息服務(wù)。

2.2.2 服務(wù)名稱同步

某安全分區(qū)的總線注冊管理模塊在收到各數(shù)據(jù)系統(tǒng)注冊信息后，立即通過跨隔離代理機(jī)制向另一分區(qū)的總線注冊管理模塊同步注冊信息，形成一致的名稱管理庫。

2.2.3服務(wù)名稱解析

任何系統(tǒng)要請求數(shù)據(jù)時(shí)，都通過公開的名稱，向總線請求數(shù)據(jù)，由總線解析服務(wù)名稱，決定同區(qū)或跨區(qū)路由、代理訪問，轉(zhuǎn)交最終的結(jié)果。

總線服務(wù)器提供Web管理界面。在Web管理界面中可以注冊新的服務(wù)，總線注冊管理模塊負(fù)責(zé)管理名稱的同步。代理、路由模塊負(fù)責(zé)名稱的解析。

2.3 穿透服務(wù)代理

總線服務(wù)上的消息在穿透隔離裝置，需要經(jīng)過如下四種方式的代理：

I區(qū)服務(wù)出口，I區(qū)服務(wù)入口，III區(qū)服務(wù)出口，III區(qū)服務(wù)入口。I區(qū)服務(wù)出口和III區(qū)的服務(wù)入口需要明確Socket端口。

I區(qū)服務(wù)入口和III區(qū)服務(wù)出口需要明確文件存放路徑。

服務(wù)出口對(duì)總線提供統(tǒng)一封裝的接口，當(dāng)總線需要把消息路由到對(duì)側(cè)安全區(qū)時(shí)，則調(diào)用服務(wù)出口的接口函數(shù)，由服務(wù)出口程序來根據(jù)所在安全區(qū)的情況，選擇Socket（I區(qū)）或文件（III區(qū)）的方式把消息提交給穿透程序。

由服務(wù)入口程序根據(jù)所在安全區(qū)的情況，選擇Socket（III區(qū)）或文件（I區(qū)）的方式來負(fù)責(zé)監(jiān)聽是否有消息過來，如果有，則把消息發(fā)送到同機(jī)的總線上。

因此，服務(wù)出口程序表現(xiàn)為一個(gè)動(dòng)態(tài)庫，由總線服務(wù)來調(diào)用。服務(wù)入口程序則表現(xiàn)為一個(gè)獨(dú)立守護(hù)進(jìn)程（或者線程），來監(jiān)視某一個(gè)端口或者某一目錄。

3 結(jié)論

本方案綜合采用了總線內(nèi)外消息交互機(jī)制，總線服務(wù)名稱注冊、同步、解析機(jī)制、總線服務(wù)穿透代理機(jī)制，成功地集成了跨區(qū)的兩條數(shù)據(jù)交互總線，實(shí)現(xiàn)了一條虛擬的一體化數(shù)據(jù)交換總線。采用這種跨隔離一體化的軟件機(jī)制，使部署于不同安全分區(qū)的電力系統(tǒng)各軟件應(yīng)用系統(tǒng)，能屏蔽物理裝置的隔離，在虛擬的一體化總線上高效、便利地交換信息數(shù)據(jù)，同時(shí)又符合電力系統(tǒng)關(guān)于跨區(qū)安全規(guī)范要求。

本方案可廣泛應(yīng)用于國、網(wǎng)、省、地市、縣各級(jí)電力軟件應(yīng)用系統(tǒng)集成領(lǐng)域。也可應(yīng)用于電力系統(tǒng)外同樣有隔離要求和數(shù)據(jù)交換需求的軟件集成領(lǐng)域。

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