李新華 周艷妮 葉珂嘉

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

【關鍵詞】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，滿足各獨立系統(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，建立開放的、具有良好可擴充性的數(shù)據(jù)訪問平臺，將電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)進行一體化設計和統(tǒng)一建模，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表達和信息共享的信息交換總線，從而實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、調度自動化系統(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)外消息交互機制，總線服務名稱注冊、同步、解析機制、總線服務穿透代理機制等多種技術，集成了跨區(qū)的兩條數(shù)據(jù)交互總線，實現(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/應答、發(fā)布/訂閱。總線和接入的服務必須提供統(tǒng)一的服務接口，具體定義如下：總線的統(tǒng)一服務接口int Message，接入服務的訂閱接口int Publish Message，請求方服務的回復接口int Response Message，應答方服務的請求接口int Request Message。

對總線數(shù)據(jù)交換采用面向消息的設計，運用總線消息交互機制，不采用面向直接的連接，雙方向都應用單向消息交換信息，從而形成虛擬的邏輯連接。

總線服務名稱注冊、同步、解析機制，使系統(tǒng)間交互信息時，不直接點對點交互，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、解析機制完成最終要訪問的地址的確定。

設計穿透服務機制，使總線系統(tǒng)傳遞的信息通過物理隔離時，都由穿透服務機制負責屏蔽正向、反向隔離的不同傳遞要求，并將兩個安全分區(qū)的總線虛擬為一條數(shù)據(jù)交換總線：總線服務上的消息在穿透隔離裝置時，需要經(jīng)過如下四種方式的代理：I區(qū)服務出口，I區(qū)服務入口，III區(qū)服務出口，III區(qū)服務入口，I區(qū)服務出口和III區(qū)的服務入口需要明確Socket端口，I區(qū)服務入口和III區(qū)服務出口需要明確文件存放路徑，服務出口對總線提供統(tǒng)一封裝的接口，當總線需要把消息路由到對側安全區(qū)時，則調用服務出口的接口函數(shù)，由服務出口程序來根據(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)）的方式來負責監(jiān)聽是否有消息過來，如果有，則把消息發(fā)送到同機的總線上，服務出口程序表現(xiàn)為一個動態(tài)庫，由總線服務來調用;服務入口程序則表現(xiàn)為一個獨立守護進程或者線程，來監(jiān)視某一個端口或者某一目錄。

2 具體實施方式

一種跨安全分區(qū)數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)模式同時要跨越兩個安全區(qū)I和安全區(qū)III，徹底解決各隔離區(qū)的透明訪問問題，使得所有的應用系統(tǒng)可以直接訪問跨區(qū)的服務，使其他應用系統(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)外消息交互機制，總線服務名稱注冊、同步、解析機制、總線服務穿透代理機制，成功地集成了跨區(qū)的兩條數(shù)據(jù)交互總線，實現(xiàn)了一條虛擬的一體化數(shù)據(jù)交換總線，實現(xiàn)各個系統(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)外消息交互機制

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

服務接口的應用方式如下：

2.1.1 請求/應答服務

（1）請求方構建一個請求消息。

（2）請求方把請求消息發(fā)送給的Message服務接口。

（3）解析消息體，通過合適的流程把請求消息request message送到對應服務端的應答服務Request Message。

（4）服務端接收到相應的消息。（5）應答方檢查消息體，判斷是否能夠

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

（6）應答方完成響應的處理，產(chǎn)生應答消息的消息體。

（7）應答方把應答消息發(fā)送給統(tǒng)一的Messagee服務接口。

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

（9）請求方處理應答消息，根據(jù)需要解析消息體。

（10）處理過程結束。

2.1.2 發(fā)布/訂閱服務

（1）發(fā)布方構建一個事件消息。

（2）服務端把消息發(fā)送給的Message服務接口。

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

（4）訂閱方接收該消息，然后進行業(yè)務處理。

（5）支持定時或即時訂閱。

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)范了消息的結構，以及消息各部分的具體元素，主要包括：

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

請求（Request）：可選項，用來定義請求消息。

應答（Reply）：只對應答消息有效，表明服務端的處理結果是成功還是失敗、并說明錯誤的細節(jié)。消息體（Payload）：有時需要對消息頭附加明確的表述，說明具體的內(nèi)容。

2.2 總線服務名稱注冊、同步、解析機制

2.2.1 服務名稱注冊

任何系統(tǒng)向其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)信息時，做為一個數(shù)據(jù)源，向總線申請注冊一個唯一的名稱，同時將自身的端口、地址等信息告之總線，總線設計了統(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。

2.2.2 服務名稱同步

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服務名稱解析

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

總線服務器提供Web管理界面。在Web管理界面中可以注冊新的服務，總線注冊管理模塊負責管理名稱的同步。代理、路由模塊負責名稱的解析。

2.3 穿透服務代理

總線服務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)服務出口，I區(qū)服務入口，III區(qū)服務出口，III區(qū)服務入口。I區(qū)服務出口和III區(qū)的服務入口需要明確Socket端口。

I區(qū)服務入口和III區(qū)服務出口需要明確文件存放路徑。

服務出口對總線提供統(tǒng)一封裝的接口，當總線需要把消息路由到對側安全區(qū)時，則調用服務出口的接口函數(shù)，由服務出口程序來根據(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)）的方式來負責監(jiān)聽是否有消息過來，如果有，則把消息發(fā)送到同機的總線上。

因此，服務出口程序表現(xiàn)為一個動態(tài)庫，由總線服務來調用。服務入口程序則表現(xiàn)為一個獨立守護進程（或者線程），來監(jiān)視某一個端口或者某一目錄。

3 結論

本方案綜合采用了總線內(nèi)外消息交互機制，總線服務名稱注冊、同步、解析機制、總線服務穿透代理機制，成功地集成了跨區(qū)的兩條數(shù)據(jù)交互總線，實現(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制，使部署于不同安全分區(qū)的電力系統(tǒng)各軟件應用系統(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)，同時又符合電力系統(tǒng)關于跨區(qū)安全規(guī)范要求。

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

參考文獻

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