CN112350891A - 一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统，包括远程云平台、光耦隔离模块、外网通讯模块、内部网络测试模块和电源模块；所述远程云平台用于下发网络测试指令以及接收网络测试结果；所述光耦隔离模块包括电连接的内网光耦I/0双向通讯模块和外网光耦I/O双向通讯模块；所述外网通讯模块与所述远程云平台通讯连接，通过网络交互数据，所述外网通讯模块与所述外网光耦I/O双向通讯模块电连接，通过I/O量交互数据；所述内部网络测试模块与所述内网光耦I/0双向通讯模块电连接，所述内部网络测试模块通过内网有线网络接口访问内网并进行网络测试，通过I/O量与所述内网光耦I/0双向通讯模块交互数据。

Description

一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统及控制方法，属于电力系统数据传输技术领域。
背景技术
主流的隔离网闸和物理隔离卡技术主要包括：静态包过滤(Static PacketFilter)、动态包过滤(Dynamic or Stateful Packet Filter)、电路网关(Circuit LevelGateway)、应用网关(Application Level Gateway)、状态检测包过滤(StatefulInspection Packet Filter)、切换代理(Cutoff Proxy)和物理隔离(Air Gap)；上、述现有技术主要存在的问题有：1.系统复杂，存在大量的黑盒机制，除设计者外大细节外部人员无法得知和控制；2.成本高、部署工作量大；3.系统往往存在数据实时性问题，需要完成审核、检查等流程后才可以完成入网和出网操作。
“一键顺控”是将大量、繁琐的人工倒闸操作步骤固化到专用后台计算机上，只要在计算机上点击一下所需的“操作任务”，计算机就可以自动地完成一系列的设备遥控操作，同时还能够自动校验是否操作到位，确保操作正确。因此基于一键顺控实现变电站控制对网络安全提出了更高的要求，必需实现内外网的网络隔离。
基于变电站的网络测试应用背景，上述主流的网络隔方案实用性效差。原因有：
1、变电站的特殊使用环境，需要百分百确保系统安全，即使是供电商通过了相关认证也并没有实质上解决技术方案天然存在的问题，就是复杂系统必然会存在更多设计未覆盖的地方，比如：常见的代码注入漏洞就是源于功能设计的需要。
2、成本高、部署工作量大，难于大规模使用到每一个变电站端点；
3、数据实时性问题，变电站的服务特性决定了系统对实时性比较高的要求，如果需要做审核、检查操作，如果再要求人工参与，在变电站的应用背景中该方案实际上没有操作性。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统及控制方法，确保系统实现安全可靠的网络物理隔离和通讯。
本发明的技术方案如下：
技术方案一：
一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统，包括远程云平台、光耦隔离模块、外网通讯模块、内部网络测试模块和电源模块；
所述远程云平台用于下发网络测试指令以及接收网络测试结果；
所述光耦隔离模块包括电连接的内网光耦I/0双向通讯模块和外网光耦I/O双向通讯模块；所述内网光耦I/0双向通讯模块设置于内网环境中，通过I/O量传输数据；所述外网光耦I/O双向通讯模块设置于外网环境中，通过I/O量传输数据；
所述外网通讯模块与所述远程云平台通讯连接，通过网络交互数据，所述外网通讯模块与所述外网光耦I/O双向通讯模块电连接，通过I/O量交互数据；
所述内部网络测试模块与所述内网光耦I/0双向通讯模块电连接，所述内部网络测试模块通过内网有线网络接口访问内网并进行网络测试，通过I/O量与所述内网光耦I/0双向通讯模块交互数据；
所述电源模块为系统内用电模块提供电能。
进一步的，所述内部网络测试模块基于openwrt嵌入式操作系统开发。
进一步的，还包括人机交互模块，所述人机交互模块包括蜂鸣器、指标灯和液晶显示屏。
进一步的，所述光耦隔离模块、外网通讯模块、内部网络测试模块和电源模块集成于PCB板上，PCB板上还设置有主控电路；其中，所述光耦隔离模块与主控电路之间进行挖空设计。
进一步的，所述电源模块包括内部电源和外部电源，所述内部电源为内网光耦I/0双向通讯模块和内部网络测试模块供电，所述外部电源为外网光耦I/0双向通讯模块和外网通讯模块供电。
进一步的，所述PCB板上还设置有防雷电路、防电池冲击电路和防强电导入电路。
技术方案二：
一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统的控制方法，包括以下步骤：
双向通讯基于有限组合的I/0量完成；
在远程云平台上选择需要进行的测试任务并根据测试任务下发一指令I/0量；
所述外网通讯模块接收指令I/0量，并将指令I/O量发送至外网光耦I/0双向通讯模块；外网光耦I/0双向通讯模块接收并将指令I/O量发送至所述内网光耦I/0双向通讯模块，所述网光耦I/0双向通讯模块接收并将指令I/O量发送至内部网络测试模块；
所述内部网络测试模块读取指令I/O量内容，根据指令I/O量执行测试任务，在完成测试任务后，将测试结果转换为测试结果I/O量并发送至所述内网光耦I/0双向通讯模块；
所述内网光耦I/0双向通讯模块接收并将测试结果I/O量发送至外网光耦I/0双向通讯模块，外网光耦I/0双向通讯模块接收并将测试结果I/O量发送至外网通讯模块，外网通讯模块将测试结果I/O量发送至远程云平台；
所述远程云平台读取测试结果I/O量，获取测试结果。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明使用光耦隔离的I/O量进行数据传输，实现外网与内网的有限双向网络隔离通讯，外网能给内网带来的最大能量冲击限制于I/O量的有无；另一方面外部与内部系统通讯可以基于IO量的变化实时通讯。
2、本发明基于低成本的基于openwrt嵌入式操作系统开发开发，只实现变电站网络测试需要的相关逻辑，功能简单无复杂系统过多冗余功能带来的其它风险。
3、本发明通讯行为可控、功能有限，逻辑透明，系统的网络安全隐患完全已知，不会出现比如外部系统的操作系统层或芯片被黑客攻破后，执行提权、越权、代码注入等操作，外部系统被攻击最坏的情况比如芯片有木马，出现烧毁或被控制等，也不会影响到内部系统的正常工作。
附图说明
图1为本发明的系统框架图；
图2为本发明实施例中内部网络测试状态上报的流程图；
图3为本发明实施例中外部网络控制指令下发的流程图；
图4为本发明实施例中的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
实施例一
参见图1，一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统，包括远程云平台、光耦隔离模块、外网通讯模块、内部网络测试模块和电源模块；
所述远程云平台用于下发网络测试指令以及接收网络测试结果；
所述光耦隔离模块包括电连接的内网光耦I/0双向通讯模块和外网光耦I/O双向通讯模块；所述内网光耦I/0双向通讯模块设置于内网环境中，通过I/O量传输数据；所述外网光耦I/O双向通讯模块设置于外网环境中，通过I/O量传输数据；通过I/O量进行数据传输，外部系统能给内部系统带来的最大能量冲击限制于I/O量的有无；另一方面外部与内部系统通讯可以基于IO量的变化实时通讯。
所述外网通讯模块与所述远程云平台通讯连接，通过网络交互数据，所述外网通讯模块与所述外网光耦I/O双向通讯模块电连接，通过I/O量交互数据；进行双向心跳设计，光耦隔离模块两端的位于外网环境的系统部分和位于内网环境的系统部分之间按约定的周期进行通讯，心跳信息包含双方通讯链路状态，从而提高系统故障自检能力；
所述内部网络测试模块与所述内网光耦I/0双向通讯模块电连接，所述内部网络测试模块通过内网有线网络接口访问内网并进行网络测试，通过I/O量与所述内网光耦I/0双向通讯模块交互数据；
所述电源模块为系统内用电模块提供电能。
进一步的，所述内部网络测试模块基于openwrt嵌入式操作系统开发，相关软件测试代码易于更新开发，硬件通讯接口完善，有基于网页的管理控制界面，可以实现多种通讯协议，实现各种内部网络测试要求,也可以通过光耦模块接收外部控制，执行预先设置的特定测试任务。
进一步的，还包括人机交互模块，所述人机交互模块包括蜂鸣器、指标灯和液晶显示屏，在测试到网络问题时，可以使用多种方式显著提示现场人员。
进一步的，所述光耦隔离模块、外网通讯模块、内部网络测试模块和电源模块集成于PCB板上，PCB板上的具体电路原理图参见图4，PCB板上还设置有主控电路；其中，所述光耦隔离模块与主控电路之间进行挖空设计，减少爬电效应。
进一步的，所述电源模块包括内部电源和外部电源，所述内部电源为内网光耦I/0双向通讯模块和内部网络测试模块供电，所述外部电源为外网光耦I/0双向通讯模块和外网通讯模块供电；采用两个电源分别供电，实现了电源隔离；并且，外部电源和内部电源均使用自恢复保险器件，如果发生外部强电导入的情况下，在系统没有完全损坏时，提高其系统故障自恢和能力。
进一步的，针对变电站环境，所述PCB板上还设置有防雷电路、防电池冲击电路和防强电导入电路。
实施例二：
参见图2和图3，一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统的控制方法，包括以下步骤：
双向通讯控制只能基于有限组合条件的I/0量完成，如通讯链路被黑客攻破或芯片自身有后台类似的意外情况，变电站内部的系统也不会出现被意外控制的威胁；
在远程云平台上选择需要进行的测试任务并根据测试任务下发一指令I/0量；
所述外网通讯模块接收指令I/0量，并将指令I/O量发送至外网光耦I/0双向通讯模块；外网光耦I/0双向通讯模块接收并将指令I/O量发送至所述内网光耦I/0双向通讯模块，所述网光耦I/0双向通讯模块接收并将指令I/O量发送至内部网络测试模块；
所述内部网络测试模块读取指令I/O量内容，根据指令I/O量执行测试任务，在完成测试任务后，将测试结果转换为测试结果I/O量并发送至所述内网光耦I/0双向通讯模块；
所述内网光耦I/0双向通讯模块接收并将测试结果I/O量发送至外网光耦I/0双向通讯模块，外网光耦I/0双向通讯模块接收并将测试结果I/O量发送至外网通讯模块，外网通讯模块将测试结果I/O量发送至远程云平台；
所述远程云平台读取测试结果I/O量，获取测试结果；
双向通讯I/O量组合范例：
a.四路光耦隔离的I/O量，两读两写，分别定义为I0～I3；
b.I0和I1为外网的MCU的写I/O，内网MCU的读I/O；
c.I2和I3为内网的MCU的写I/O，外网MCU的读I/O；
d.外网控制对应的IO状态表如下：
Figure BDA0002747897700000081
e.内网输出的IO状态表如下：
Figure BDA0002747897700000082
Figure BDA0002747897700000091
f.内网MCU只按I/O量状态处理，不关心时序，外网MCU对I2、I3的采样频率小于0.5Hz，防止极端情况下传输过多状态到远端服务器；
g.因此当外网被入侵或控制的情况，对内网的影响完全可控，而内网在任何情况下都无法产生太多非预设的信息到外网。
本实施例基于I/O量的通讯设计，可以实现的功能以及可以交换的数据有限，所有的数据和反馈在系统设计之中，不会出现比如外部系统的操作系统层或芯片被黑客攻破后，执行提权、越权、代码注入等操作。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统，其特征在于：包括远程云平台、光耦隔离模块、外网通讯模块、内部网络测试模块和电源模块；
所述远程云平台用于下发网络测试指令以及接收网络测试结果；
所述光耦隔离模块包括电连接的内网光耦I/0双向通讯模块和外网光耦I/O双向通讯模块；所述内网光耦I/0双向通讯模块设置于内网环境中，通过I/O量传输数据；所述外网光耦I/O双向通讯模块设置于外网环境中，通过I/O量传输数据；
所述外网通讯模块与所述远程云平台通讯连接，通过网络交互数据，所述外网通讯模块与所述外网光耦I/O双向通讯模块电连接，通过I/O量交互数据；
所述内部网络测试模块与所述内网光耦I/0双向通讯模块电连接，所述内部网络测试模块通过内网有线网络接口访问内网并进行网络测试，通过I/O量与所述内网光耦I/0双向通讯模块交互数据；
所述电源模块为系统内用电模块提供电能。
2.根据权利要求1所述的一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统，其特征在于：所述内部网络测试模块基于openwrt嵌入式操作系统开发。
3.根据权利要求1所述的一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统，其特征在于：还包括人机交互模块，所述人机交互模块包括蜂鸣器、指标灯和液晶显示屏。
4.根据权利要求1所述的一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统，其特征在于：所述光耦隔离模块、外网通讯模块、内部网络测试模块和电源模块集成于PCB板上，PCB板上还设置有主控电路；其中，所述光耦隔离模块与主控电路之间进行挖空设计。
5.根据权利要求4所述的一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统，其特征在于：所述电源模块包括内部电源和外部电源，所述内部电源为内网光耦I/0双向通讯模块和内部网络测试模块供电，所述外部电源为外网光耦I/0双向通讯模块和外网通讯模块供电。
6.根据权利要求4所述的一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统，其特征在于：所述PCB板上还设置有防雷电路、防电池冲击电路和防强电导入电路。
7.根据权利要求1所述的一种基于一键顺控的变电站远程网络测试系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
双向通讯基于有限组合的I/0量完成；
在远程云平台上选择需要进行的测试任务并根据测试任务下发一指令I/0量；
所述外网通讯模块接收指令I/0量，并将指令I/O量发送至外网光耦I/0双向通讯模块；外网光耦I/0双向通讯模块接收并将指令I/O量发送至所述内网光耦I/0双向通讯模块，所述网光耦I/0双向通讯模块接收并将指令I/O量发送至内部网络测试模块；
所述内部网络测试模块读取指令I/O量内容，根据指令I/O量执行测试任务，在完成测试任务后，将测试结果转换为测试结果I/O量并发送至所述内网光耦I/0双向通讯模块；
所述内网光耦I/0双向通讯模块接收并将测试结果I/O量发送至外网光耦I/0双向通讯模块，外网光耦I/0双向通讯模块接收并将测试结果I/O量发送至外网通讯模块，外网通讯模块将测试结果I/O量发送至远程云平台；
所述远程云平台读取测试结果I/O量，获取测试结果。
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