郭 晶，王 勇

(四川中電啟明星信息技術(shù)有限公司，四川 成都 610041)

0 引言

隨著信息系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模、業(yè)務(wù)范圍的不斷擴(kuò)大，其重要性不斷增強(qiáng)[1-2]，可靠性相關(guān)問題逐漸暴露。尤其是一級部署系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)故障，將造成全網(wǎng)范圍的大規(guī)模系統(tǒng)無法正常提供服務(wù)，給電力的生產(chǎn)運(yùn)行帶來嚴(yán)重危害。

目前提高信息系統(tǒng)可靠性的方法和技術(shù)措施雖然很多，但缺乏足夠的方法論支撐，且具有一定的局限性。文獻(xiàn)[3]分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)識別設(shè)備節(jié)點(diǎn)隱患，進(jìn)行針對性系統(tǒng)架構(gòu)加固。文獻(xiàn)[4]利用基于存儲的雙活技術(shù)，提高調(diào)度自動化系統(tǒng)的可靠性。文獻(xiàn)[5]綜合了節(jié)點(diǎn)度和節(jié)點(diǎn)間的緊密程度，提出基于節(jié)點(diǎn)度與聚集系數(shù)的度量指標(biāo)來辨認(rèn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，但由于只考慮了節(jié)點(diǎn)的簡單結(jié)構(gòu)信息，度量的準(zhǔn)確性有待提高。文獻(xiàn)[6]利用禁忌搜索算法進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識別，但該算法應(yīng)對大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)時(shí)會無法收斂導(dǎo)致準(zhǔn)確性下降。

這些方法措施不能指導(dǎo)信息系統(tǒng)進(jìn)行全面系統(tǒng)的監(jiān)控，不能有效識別關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)與非關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，在故障發(fā)生后無法及時(shí)處理形成級聯(lián)擴(kuò)張，從而造成嚴(yán)重的影響。

1 信息一、二次系統(tǒng)劃分

電氣設(shè)備在電力生產(chǎn)和電力系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)方面發(fā)揮著重要的作用，按作用通常分成一次設(shè)備和二次設(shè)備[7]。一次設(shè)備構(gòu)成電力一次系統(tǒng)，二次設(shè)備相互連接構(gòu)成電力二次系統(tǒng)。電力系統(tǒng)通過一、二次系統(tǒng)的劃分，專業(yè)管理及故障隔離分段保護(hù)等措施，有效支撐電網(wǎng)的高可靠運(yùn)行。

信息系統(tǒng)開始建設(shè)時(shí)沒有一、二次劃分，運(yùn)行與監(jiān)控部分存在融合建設(shè)情況，在何處加裝類電力保護(hù)控制的二次系統(tǒng)缺少理論指導(dǎo)，導(dǎo)致不能進(jìn)行全面系統(tǒng)的監(jiān)控，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)與非關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)無法有效識別，故障發(fā)生后無法及時(shí)處理形成級聯(lián)擴(kuò)張，從而造成嚴(yán)重的影響。

信息系統(tǒng)與電力系統(tǒng)均以用戶為主導(dǎo)，在工作環(huán)節(jié)、用戶安全穩(wěn)定性需求方面具有相通性，可以基于電力系統(tǒng)一、二次劃分方法對信息系統(tǒng)進(jìn)行一、二次劃分。信息一次系統(tǒng)負(fù)責(zé)信息采集、傳輸、處理、存儲和輸出，其工作對象為信息內(nèi)容本身，相當(dāng)于電力系統(tǒng)對電能的生產(chǎn)和輸配處理。信息二次系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制信息一次設(shè)備安穩(wěn)可靠運(yùn)行，其工作對象為信息一次設(shè)備，包括設(shè)備故障診斷、故障恢復(fù)和應(yīng)急處置等方面?？梢娦畔⒁淮蜗到y(tǒng)主要處理業(yè)務(wù)信息流，信息二次系統(tǒng)主要處理監(jiān)控保護(hù)信息流。

信息一、二次系統(tǒng)處理對象均為信號，其設(shè)備類型和系統(tǒng)組成方式相近。信息二次系統(tǒng)并不像電力二次系統(tǒng)完全與電力一次系統(tǒng)隔離，并構(gòu)成電氣回路，信息二次系統(tǒng)設(shè)備存在與一次系統(tǒng)設(shè)備復(fù)用的情況，也即某些設(shè)備同時(shí)承擔(dān)著信息的轉(zhuǎn)運(yùn)處理，也承擔(dān)著設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測等任務(wù)，這種組件或設(shè)備復(fù)用的情況，使得信息一、二次系統(tǒng)更為復(fù)雜。

國網(wǎng)公司權(quán)限管理平臺為全網(wǎng)信息系統(tǒng)提供統(tǒng)一身份、認(rèn)證鑒權(quán)、安全審計(jì)服務(wù)，負(fù)責(zé)每個(gè)國網(wǎng)員工訪問信息系統(tǒng)的登錄認(rèn)證和鑒權(quán)，一旦發(fā)生故障就會造成全網(wǎng)大量業(yè)務(wù)系統(tǒng)無法登錄，中斷正常的服務(wù)，產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。

基于電網(wǎng)一、二次系統(tǒng)的劃分方法，結(jié)合權(quán)限管理平臺業(yè)務(wù)特點(diǎn)進(jìn)行一、二次劃分，業(yè)務(wù)生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)為一次系統(tǒng)，監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)為二次系統(tǒng)，權(quán)限管理平臺一、二次劃分見圖1。其中一次系統(tǒng)即圖中業(yè)務(wù)生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)，主要對用戶提供統(tǒng)一認(rèn)證服務(wù)、鑒權(quán)服務(wù)，確保用戶能夠按權(quán)限要求訪問業(yè)務(wù)系統(tǒng)。二次系統(tǒng)即圖中監(jiān)控調(diào)度切換系統(tǒng)，主要對一次系統(tǒng)進(jìn)行輔助管理，智能監(jiān)控一次系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)或預(yù)警。比如在用戶訪問過程中，進(jìn)行認(rèn)證數(shù)據(jù)檢測、認(rèn)證服務(wù)訪問檢測、認(rèn)證訪問緩存檢測、認(rèn)證消息同步檢測、認(rèn)證數(shù)據(jù)庫訪問檢測、鑒權(quán)服務(wù)檢測、鑒權(quán)訪問緩存檢測、鑒權(quán)消息同步檢測、鑒權(quán)數(shù)據(jù)庫訪問檢測等。

圖1 權(quán)限管理平臺的一、二次劃分

2 信息一、二次系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化

基于電力一、二次可靠性保障方法，信息一次系統(tǒng)可以采用分區(qū)分域運(yùn)行模式降低故障影響范圍，結(jié)合信息技術(shù)全局負(fù)載和分布式超大規(guī)模集群技術(shù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)可向并列運(yùn)行系統(tǒng)調(diào)度和上一級系統(tǒng)(如災(zāi)備系統(tǒng))調(diào)度，通過流量引導(dǎo)將故障區(qū)域用戶引流至正常運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)故障快速轉(zhuǎn)移，快速恢復(fù)服務(wù)能力。信息二次系統(tǒng)必須具有運(yùn)行監(jiān)測和運(yùn)行控制能力，建立信息系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測指標(biāo)體系提升運(yùn)行監(jiān)測能力，建立信息系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控基線實(shí)現(xiàn)組件級故障預(yù)警[8]。提高二次系統(tǒng)的控制保護(hù)能力，使其在故障發(fā)生后能夠通過一系列的邏輯判斷做出相應(yīng)動作，實(shí)現(xiàn)一次生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。同時(shí)遵循一、二次劃分的方法對新建的信息系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，杜絕設(shè)備復(fù)用現(xiàn)象。

一、二次系統(tǒng)劃分后，對信息系統(tǒng)執(zhí)行不同的技術(shù)保護(hù)策略，解決了業(yè)務(wù)生產(chǎn)運(yùn)行和監(jiān)控調(diào)度耦合問題，降低了用戶登錄認(rèn)證和業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成的影響范圍，便于快速隔離故障。對權(quán)限管理平臺進(jìn)行一、二次劃分后，對信息系統(tǒng)執(zhí)行不同的技術(shù)保護(hù)策略，在不大規(guī)模改造的原則下，構(gòu)建同城異地雙活架構(gòu)，以最優(yōu)資源配比，提高信息系統(tǒng)的可靠性，權(quán)限管理平臺整體架構(gòu)如圖2所示。部署兩套數(shù)據(jù)庫為生產(chǎn)系統(tǒng)并行提供服務(wù)，對外提供服務(wù)的應(yīng)用組件方面，識別關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)后對于重點(diǎn)核心組件采用N-2原則重點(diǎn)保護(hù)，平臺一般組件均采用N-1可靠性原則設(shè)計(jì)，形成“分域分區(qū)、重點(diǎn)保障、范圍可控、以換代修”信息系統(tǒng)典型可靠性架構(gòu)。

圖2 權(quán)限管理平臺整體架構(gòu)

一次組件架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，對統(tǒng)一權(quán)限業(yè)務(wù)的認(rèn)證服務(wù)、鑒權(quán)服務(wù)、數(shù)據(jù)同步服務(wù)以及授權(quán)的審計(jì)服務(wù)等核心服務(wù)進(jìn)行讀寫分離改造。通過接口以及多數(shù)據(jù)源配置，將應(yīng)用中需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改操作的接口進(jìn)行剝離，實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前應(yīng)用服務(wù)的讀寫分離操作。同時(shí)在數(shù)據(jù)層使用ADG方案對授權(quán)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，將數(shù)據(jù)同步復(fù)制到兩個(gè)機(jī)房的認(rèn)證庫以及雙活備用機(jī)房的授權(quán)庫，用以達(dá)到數(shù)據(jù)的一致性。

二次組件部署設(shè)計(jì)方面，為保障監(jiān)測系統(tǒng)指標(biāo)的狀態(tài)正常，統(tǒng)一權(quán)限平臺審計(jì)服務(wù)實(shí)現(xiàn)讀服務(wù)雙活，同時(shí)為了降低審計(jì)消息寫服務(wù)壓力過大影響到審計(jì)讀服務(wù)，保證關(guān)鍵審計(jì)業(yè)務(wù)不中斷，對審計(jì)模塊采用讀寫分離的架構(gòu)優(yōu)化。審計(jì)數(shù)據(jù)庫依然采用ADG方案，實(shí)現(xiàn)兩地審計(jì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)一致性。對審計(jì)模塊應(yīng)用進(jìn)行拆分，拆分為審計(jì)讀服務(wù)模塊和審計(jì)寫服務(wù)模塊；主機(jī)房的審計(jì)庫作為讀寫數(shù)據(jù)庫，承擔(dān)讀寫服務(wù)，在主機(jī)房分別部署審計(jì)讀服務(wù)模塊和審計(jì)寫服務(wù)模塊；備用機(jī)房的審計(jì)庫作為只讀數(shù)據(jù)庫，只承擔(dān)讀服務(wù)，在備用機(jī)房只部署審計(jì)讀服務(wù)模塊。

深入分析信息一、二次系統(tǒng)耦合網(wǎng)絡(luò)與電力信息耦合網(wǎng)絡(luò)差異，基于電力信息耦合網(wǎng)絡(luò)的脆弱性保護(hù)和魯棒性提升方法，信息一、二次系統(tǒng)整體上可以采取保護(hù)脆弱節(jié)點(diǎn)、增設(shè)自治節(jié)點(diǎn)、調(diào)整單側(cè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與合理分配耦合邊、針對脆弱節(jié)點(diǎn)實(shí)施故障恢復(fù)等措施提升信息一、二次系統(tǒng)耦合網(wǎng)絡(luò)可靠性[9-11]。在保護(hù)脆弱節(jié)點(diǎn)方面，準(zhǔn)確辨識耦合網(wǎng)絡(luò)中的脆弱節(jié)點(diǎn)(或者稱為關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn))是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3 應(yīng)用情況

國網(wǎng)某幾個(gè)省市公司應(yīng)用本研究成果，通過數(shù)據(jù)庫雙活異地部署、認(rèn)證及鑒權(quán)服務(wù)雙活異地部署、審計(jì)讀寫分離來優(yōu)化權(quán)限平臺架構(gòu)，成功提升權(quán)限管理平臺可靠性，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)不中斷運(yùn)行。改造后的統(tǒng)一權(quán)限架構(gòu)能夠有效控制故障影響范圍，增強(qiáng)故障隔離能力，確保接入系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，持續(xù)提供高服務(wù)品質(zhì)。由圖3可見，2017年權(quán)限平臺架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化后，系統(tǒng)故障頻率明顯下降。

圖3 2014—2019年省市公司權(quán)限平臺故障頻次統(tǒng)計(jì)

通過組件的解耦降低權(quán)限平臺對目錄系統(tǒng)的依賴，消除目錄系統(tǒng)與權(quán)限平臺中功能重復(fù)、多余備份組件，并將冗余組件下線，設(shè)備騰退，硬件節(jié)約情況如圖4所示。相比公司現(xiàn)有災(zāi)備架構(gòu)，統(tǒng)一權(quán)限平臺“同城異地雙活”的資源利用更加經(jīng)濟(jì)合理。

圖4 權(quán)限管理平臺硬件資源占用情況統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

以上基于電力系統(tǒng)屬性劃分方法，將信息系統(tǒng)進(jìn)行一、二次劃分，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)生產(chǎn)任務(wù)功能和運(yùn)行維護(hù)功能的分離。信息系統(tǒng)完成劃分后，對一、二次系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在不大規(guī)模改造的原則下構(gòu)建雙活架構(gòu)提升可靠性，同時(shí)對于抽象出的業(yè)務(wù)生產(chǎn)運(yùn)行和監(jiān)控調(diào)度一、二次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳煌?jié)點(diǎn)實(shí)施不同保護(hù)策略。研究成果應(yīng)用到電網(wǎng)典型大型信息系統(tǒng)權(quán)限管理平臺，對權(quán)限管理平臺進(jìn)行一、二次劃分后，構(gòu)建同城異地雙活架構(gòu)，在國網(wǎng)某幾個(gè)省市電力公司進(jìn)行試點(diǎn)驗(yàn)證，結(jié)果表明：該方案提升了平臺的可靠性，降低了故障頻率。研究成果可應(yīng)用在國網(wǎng)公司其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，也可全面推向國內(nèi)其他行業(yè)。