馬 軍，虞 躍，劉 昊，劉柃君，那麗丹

（1.國網(wǎng)思極神往位置服務(wù)（北京）有限公司，北京 102209；2.國網(wǎng)冀北電力有限公司秦皇島供電公司，秦皇島 066000）

北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)解決配網(wǎng)設(shè)備的授時(shí)、定位和通信問題，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行的全面實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)故障快速定位，通過GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）定位故障位置并合理規(guī)劃搶修線路，縮短故障停電時(shí)間，加快故障處理速度，提升用戶滿意度和客戶服務(wù)水平，切實(shí)提高用戶供電可靠性。

秦皇島公司作為國網(wǎng)公司首家試點(diǎn)單位，目前已在河北一線、河北二線、南一線等9條線路，安裝100套北斗終端，將北斗衛(wèi)星通信和智能配電網(wǎng)管理有機(jī)結(jié)合。公司利用北斗系統(tǒng)無需建設(shè)專網(wǎng)基站、無需敷設(shè)專用光纜的獨(dú)特優(yōu)勢，以及無可比擬的信息安全性，‘精確定位'‘精準(zhǔn)對(duì)時(shí)'‘短報(bào)文通訊'等功能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新、配電網(wǎng)故障遠(yuǎn)程監(jiān)控，形成了具有切實(shí)推廣性的技術(shù)成果，為北斗衛(wèi)星系統(tǒng)融入電網(wǎng)管控領(lǐng)域提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

現(xiàn)為北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)最終能夠接入管理信息大區(qū)，并在管理信息大區(qū)內(nèi)與配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交互而編寫本文。本文從各個(gè)方面對(duì)北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)接入管理信息大區(qū)提供了安全防護(hù)方案，并對(duì)報(bào)文規(guī)約上的轉(zhuǎn)化做了一些理論上的論述。

1 平臺(tái)功能

基于北斗的配電終端監(jiān)測平臺(tái)設(shè)計(jì)主要包括在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、綜合分析、檔案管理、指標(biāo)維護(hù)、系統(tǒng)管理等幾大模塊，各個(gè)模塊通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)框架和靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合為一個(gè)整體。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。數(shù)據(jù)支撐層的作用是接收系統(tǒng)底層采集到的原始通信數(shù)據(jù)并解析處理，以及提供數(shù)據(jù)處理必需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)層用于將處理后的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按照關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)原則有序存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫；應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)調(diào)用有效的數(shù)據(jù)庫資源，由JSP、Servlet等生成動(dòng)態(tài)web頁面，在頁面上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的展示和交互邏輯；最終用戶通過與系統(tǒng)處于同一網(wǎng)絡(luò)的任意位置的顯示終端的web頁面與系統(tǒng)進(jìn)行直接交互。系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線遵循Java EE技術(shù)體系，采用組件化、動(dòng)態(tài)化的軟件技術(shù)，利用一致的可共享的數(shù)據(jù)模型，按照展現(xiàn)層、應(yīng)用邏輯層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層實(shí)現(xiàn)多層技術(shù)體系設(shè)計(jì)，通過一體化企業(yè)級(jí)平臺(tái)的應(yīng)用集成，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的各接口組件能夠在企業(yè)內(nèi)的協(xié)同工作、各層次上集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和重用，以滿足不同層次的業(yè)務(wù)需求。

2 總體部署結(jié)構(gòu)

北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)系統(tǒng)包括配電監(jiān)測終端、北斗通信模塊、北斗數(shù)傳終端、北斗指揮機(jī)、北斗通信前置、北斗指揮型用戶級(jí)、GIS服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器等。數(shù)據(jù)從北斗通信前置出來后，經(jīng)隔離裝置接入管理信息大區(qū)。北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)總體部署結(jié)構(gòu)如圖2所示，以秦皇島公司為單位進(jìn)行建設(shè)（北斗指揮機(jī)部署于秦皇島公司）。

3 防護(hù)方案

3.1 安全保護(hù)等級(jí)

北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)可承載多種配電監(jiān)測終端，系統(tǒng)遭受攻擊后業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)丟失、泄露、破壞可能造成業(yè)務(wù)敏感信息泄露或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集失敗，對(duì)公司業(yè)務(wù)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害，對(duì)社會(huì)秩序、公共利益造成一般損害；系統(tǒng)服務(wù)不可用可能造成相關(guān)電力業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，對(duì)公司業(yè)務(wù)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害，會(huì)對(duì)社會(huì)秩序、公共利益造成嚴(yán)重?fù)p害。依據(jù)GB/T 22240-2008《信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)定級(jí)指南》和公司《關(guān)于深化管理信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)定級(jí)與備案相關(guān)工作的通知》（信息運(yùn)安[2010]116號(hào)），參照公司現(xiàn)有電力無線專網(wǎng)定級(jí)情況，北北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)的業(yè)務(wù)信息安全保護(hù)等級(jí)（S）定為二級(jí)，系統(tǒng)服務(wù)安全保護(hù)等級(jí)（A）定級(jí)為三級(jí)，整體安全保護(hù)等級(jí)定為三級(jí)（S2A3G3）。

圖1 北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)總體框架圖

圖2 部署結(jié)構(gòu)圖

表1 業(yè)務(wù)信息安全保護(hù)等級(jí)矩陣表（S）

表2 系統(tǒng)服務(wù)安全保護(hù)等級(jí)矩陣表（A）

公民、法人和其他組織的合法權(quán)益 第一級(jí) 第二級(jí) 第二級(jí)社會(huì)秩序、公共利益 第二級(jí) 第三級(jí) 第四級(jí)國家安全 第三級(jí) 第四級(jí) 第五級(jí)

3.2 接入防護(hù)方案

北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)安全防護(hù)涉及終端接入安全、通道傳輸安全、北斗通信設(shè)備安全以及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)邊界安全等方面，針對(duì)上述主要風(fēng)險(xiǎn)，采取“終端集成與綁定、北斗終端接入過濾、關(guān)無用端口服務(wù)、業(yè)務(wù)終端至業(yè)務(wù)主站加密認(rèn)證、內(nèi)部邊界強(qiáng)隔離、加強(qiáng)北斗通信卡管控”的多業(yè)務(wù)接入整體安全策略，系統(tǒng)安全防護(hù)框架如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)安全防護(hù)框架

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)通道安全

本方案主要防護(hù)的網(wǎng)絡(luò)通道為北斗衛(wèi)星通道、信息內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通道，信息內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通道由秦皇島公司負(fù)責(zé)安全管理。北斗衛(wèi)星通道由軍方提供，存在通道被竊聽導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露、無線頻段被干擾風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)通道安全風(fēng)險(xiǎn)其具體防護(hù)措施主要有：

（1）衛(wèi)星空中鏈路采用擴(kuò)頻通信方式。即將待傳送的信息數(shù)據(jù)被偽隨機(jī)編碼調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進(jìn)行解擴(kuò)及相關(guān)的處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。

（2）針對(duì)無線工作頻段干擾，采用頻譜感知規(guī)避局部頻率干擾；采取引入了較多隨機(jī)序列的復(fù)雜頻分復(fù)用和跳頻技術(shù)防范被干擾；制定清除干擾源等應(yīng)急措施。

（3）根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的信息可知北斗衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)北斗配電終端監(jiān)測采取“一戶一密”方式進(jìn)行加密傳輸，防止數(shù)據(jù)被竊聽。但為確保對(duì)數(shù)據(jù)保 密性的可控，應(yīng)在北斗通信終端與北斗通信前置間采用加密措施確保數(shù)據(jù)傳輸安全。

北斗配電監(jiān)測終端必須安裝由中國人民解放軍總參謀部認(rèn)證授權(quán)的北斗通信 ID 卡才能進(jìn)行雙向通信，其中北斗通信所用 ID 卡必須由獲得北斗民用分理級(jí)服務(wù)資質(zhì)的單位向中國人民解放軍總參謀部提交申請，經(jīng)過批準(zhǔn)備案后綁定至北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

3.2.2 通信協(xié)議安全

北斗獨(dú)有的短報(bào)文通信方式在具備全方位、全天候、無死角等優(yōu)勢的同時(shí)，也有著通信頻率低和信道容量不足的劣勢，難以滿足目前普遍應(yīng)用于電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸要求。

系統(tǒng)結(jié)合北斗通信能力和配網(wǎng)線路關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)兩方面考慮，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的配網(wǎng)應(yīng)用通信協(xié)議規(guī)范。該規(guī)范以IEC60870-5-104標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)修改定制而成，簡化了協(xié)議中的非業(yè)務(wù)類信息，保留了三相電流、電壓、功率、告警類型等線路運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵信息，保證系統(tǒng)運(yùn)行在北斗通信能力可支撐的范圍內(nèi)的同時(shí)能夠滿足配網(wǎng)巡檢的功能性和實(shí)時(shí)性需求。

3.2.3 終端安全

北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)所涉及終端主要有配電監(jiān)測終端、運(yùn)維辦公終端，通過北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)接入的業(yè)終端為管理信息大區(qū)業(yè)務(wù)終端和辦公類終端，在身份鑒別、訪問控制、安全審計(jì)、入侵防范、惡意代碼防范、資源控制等方面按照公司相關(guān)要求進(jìn)行統(tǒng)一的安全防護(hù)和管理。采用北斗數(shù)傳終端方式進(jìn)行通信的，應(yīng)采取物理防護(hù)措施確保終端可信（如：可配置防護(hù)箱，并配備非法開箱告警功能）。

要求采用北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)采取業(yè)務(wù)終端至業(yè)務(wù)主站加密認(rèn)證措施防止仿冒和非法接入。業(yè)務(wù)終端可采用外置式、嵌入式安全芯片多種形式的終端安全模塊實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)，對(duì)于早期安裝又不支持軟件升級(jí)的業(yè)務(wù)終端宜采取外置式終端安全模塊防護(hù)，新安裝的業(yè)務(wù)終端宜采取嵌入式安全芯片防護(hù)。

4 接入方案

在論述了北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)的安全防護(hù)方案后，根據(jù)相關(guān)文件資料以及一些成熟案例，制定除了如下接入方案：將北斗配電終端監(jiān)測平臺(tái)的前置交換機(jī)，通過光纖經(jīng)由正反向隔離裝置連接到配電自動(dòng)化系統(tǒng)的前置交換機(jī)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的物理連接，從而可以進(jìn)一步的完成數(shù)據(jù)之間的交互。

5 規(guī)約轉(zhuǎn)化

冀北北斗項(xiàng)目是用于冀北秦皇島配電監(jiān)測的技術(shù)改造項(xiàng)目，項(xiàng)目中將FTU、故障指示器、故障定位裝置通過GPRS或北斗數(shù)傳終端兩種方式傳送到平臺(tái)采集服務(wù)器。為了適應(yīng)北斗短報(bào)文發(fā)送時(shí)間和長度的限制（用戶機(jī)每分鐘只能發(fā)送一次，指揮機(jī)每50秒發(fā)送一次，且報(bào)文長度均為78字節(jié)），在標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文的基礎(chǔ)上，對(duì)通信規(guī)則進(jìn)行了簡化，以減輕傳送的壓力。如表3所示，對(duì)104標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約和簡化規(guī)約做了對(duì)比。

表3 104標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約與104簡化規(guī)約對(duì)比

表格可以看出，常用的應(yīng)用層字節(jié)在104標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約和104簡化規(guī)約中是一致的，因此，其通信報(bào)文可直接進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

5.1 短幀(U-Format、S-Format)格式報(bào)文

U-Format

S-Format

5.2 長幀(I-Format)格式報(bào)文

68 Length控制域1控制域1控制域1控制域4類型標(biāo)識(shí)可變結(jié)構(gòu)限定詞傳送原因低位傳送原因高位公共地址低位公共地址高位信息體APCI ASDU

由于依靠北斗傳輸?shù)脑O(shè)備，受北斗規(guī)約自身的通訊特點(diǎn)（每分鐘每張卡只能發(fā)送一幀報(bào)文，報(bào)文有效數(shù)據(jù)為78字節(jié)），因此此類裝置采用104簡化規(guī)約，但是信息體字節(jié)數(shù)比104標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約少，最多66byte。但由于是從北斗配電監(jiān)測平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文至配電自動(dòng)化系統(tǒng)，因此信息體的大小并不會(huì)產(chǎn)生影響報(bào)文的傳輸，只需直接將收到的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至配電自動(dòng)化系統(tǒng)即可。

6 應(yīng)用成果

加強(qiáng)配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)。持續(xù)提升配電自動(dòng)化覆蓋率，提高配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測、控制能力，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)可管可控，變“被動(dòng)報(bào)修”為“主動(dòng)監(jiān)控”。通過將北斗衛(wèi)星位置信息功能模塊于GIS平臺(tái)相結(jié)合，提供精確的實(shí)時(shí)位置信息，實(shí)現(xiàn)故障精確定位，將故障坐標(biāo)直接發(fā)送至配電搶修指揮系統(tǒng)，引導(dǎo)搶修車輛（人員）快速到達(dá)現(xiàn)場，加快響應(yīng)速度，切實(shí)提高配電網(wǎng)實(shí)用化水平。

加強(qiáng)配電通信網(wǎng)支撐。堅(jiān)持一二次協(xié)調(diào)的原則，同步規(guī)劃改造配電通信網(wǎng)；運(yùn)用北斗衛(wèi)星短報(bào)文通信功能，解決無公網(wǎng)覆蓋地區(qū)配電網(wǎng)狀態(tài)及故障信息上報(bào)，提高通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，提高配電通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)配電自動(dòng)化遙控可靠動(dòng)作和狀態(tài)信息采集業(yè)務(wù)的支撐能力。利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)擴(kuò)大配電自動(dòng)化范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)無公網(wǎng)覆蓋地域設(shè)備的遙測、遙信功能。

7 結(jié)束語

本應(yīng)用在“冀北北斗衛(wèi)星系統(tǒng)支撐配網(wǎng)智能化建設(shè)示范應(yīng)用項(xiàng)目”基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善北斗采集服務(wù)與配電自動(dòng)化接口開發(fā)，同時(shí)還將分析北斗配電終端檢測平臺(tái)存在的信息安全風(fēng)險(xiǎn)，并根據(jù)現(xiàn)有配電自動(dòng)化系統(tǒng)安全防護(hù)需求，從邊界安全、通道安全、接收端和業(yè)務(wù)應(yīng)用安全、北斗數(shù)傳終端安全防護(hù)等方面進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)滿足國家信息安全等級(jí)保護(hù)和公司配電自動(dòng)化系統(tǒng)安全防護(hù)的要求。在原項(xiàng)目基礎(chǔ)上研究北斗短報(bào)文通信體制與配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)需求的匹配能力，同時(shí)針對(duì)存在的問題提出可行的解決方案，提升北斗衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)配網(wǎng)智能化建設(shè)的支撐能力。