CN114553878B - 一种基于lvs的工控系统主备运行电力监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电力监控技术领域的一种基于LVS的工控系统主备运行电力监控系统,包括分别配置有主服务器和备用服务器的数据库、应用服务、数据网关、服务网关和主站监测装置;所述数据网关、服务网关、主站监测装置分别与数据库通信连接;所述数据网关与厂站监测装置通信连接;所述服务网关与下级电力监控系统平台通信连接。本发明降低了因某一单机故障造成监控系统部分功能失效或系统停运的风险,提高了电力监控系统的稳定性和可靠性。

Description

一种基于LVS的工控系统主备运行电力监控系统
技术领域
本发明属于电力监控技术领域,具体涉及一种基于LVS的工控系统主备运行电力监控系统。
背景技术
随着工控系统中电力监控系统(electric power supervisory and controlsystem,用于监视和控制电力生产及供应过程的、基于计算机及网络技术的业务系统及智能设备,以及作为基础支撑的通信及数据网络等)在电力行业的大规模普及与应用,单机部署的监控系统会不时的出现系统卡顿、模块停用和设备宕机等零星的部分功能失效或系统停运等事故,一定程度上影响了监控系统的使用。
发明内容
为解决现有技术中的不足,本发明提供一种基于LVS(Linux Virtual Server,linux虚拟服务器,是一个实现负载均衡集群的开源软件项目,设计了NAT,IP隧道和DR三种基于IP层的负载均衡技术,主要有轮叫调度,加权轮叫调度,最小连接调度,加权最小连接调度等调度算法。通过LVS达到的负载均衡技术和Linux操作系统可以实现一个高性能高可用的linux服务器集群,具有良好的可靠性、可扩展性和可操作性。)的工控系统主备运行电力监控系统,降低了因某一单机故障造成监控系统部分功能失效或系统停运的风险,提高了电力监控系统的稳定性和可靠性。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种电力监控系统,包括:分别配置有主服务器和备用服务器的数据库、应用服务、数据网关(data gateway machine,部署于主站侧调度数据网边界,用于汇集厂站侧厂站网络安全监测装置采集的安全日志)、服务网关(service gateway machine,部署于主站侧调度数据网边界,用于实现上下级网络安全管理平台间的级联调阅功能)和主站监测装置;所述数据网关、服务网关、主站监测装置分别与数据库通信连接;所述数据网关与厂站监测装置通信连接;所述服务网关与下级电力监控系统平台通信连接。
进一步地,所述应用服务本身做互斥锁调度,所有下发任务全部通过分布式框架进行权重赋予和调节。
进一步地,数据库通过多台服务器进行集群构建,通过Linux系统内置的LVS功能集群进行253/254协议交互,进行104电力协议主、备交互通信;同时构建消息总线(messagequeue,一种跨进程的通信机制,用于在上下游之间传递消息,是一种常见的上下游“逻辑解耦+物理解耦”的消息通信服务,逻辑上和物理上都不用依赖其他服务)集群实现主、备接收syslog/Agent消息;通过分布式一致性组件调度SNMP协议通信进程,完成和网络设备的主、备通信;上、下级平台的数据调阅和上送通过应用层报文冗余实现主、备通信。
进一步地,syslog信息通过指定的514端口进行接收,104电力协议通过指定的8000端口进行信息接收,统一通过LVS虚拟IP地址进行通信。
进一步地,253/254协议通信过程中IP层报文在LVS无法做端口绑定时,通过原始套接字将IP层的报文进行读取和双份转发,发出信息的机器接收到报文进行正常通信,未发出信息的机器丢弃相应的双份报文。
进一步地,LVS对通信报文进行特定端口绑定,保证报文通过特定端口出去后,回复到同样的端口。
进一步地,上、下级主备服务网关分别部署级联程序,首先由下级主服务网关同上级主服务网关建立TCP链接并进行级联动作,如级联失败,则同上级备用服务网关建立TCP链接进行级联操作,如级联失败,则由下级备用服务网关重复级联动作。
进一步地,上、下级主备服务网关分别部署调阅程序,首先由上级主服务网关同下级主服务网关建立TCP链接并进行调阅动作,如调阅失败,则同下级备用服务网关建立TCP链接进行调阅动作,如调阅失败,则由上级备用服务网关重复调阅动作。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:本发明通过分别配置主服务器和备用服务器,构建一种分布式技术框架,利用服务总线实现功能模块的服务注册与调用运行,构建消息总线进行业务信息的统一接收和处理,选用基于linux内核的服务器系统,开启内置的LVS服务,构建linux服务器集群,进行现场消息的主备接收和服务的主备运行;降低了因某一单机故障造成监控系统部分功能失效或系统停运的风险,提高了电力监控系统的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是电力监控系统安管平台单机版部署拓扑图;
图2是电力监控系统安管平台单机应用数据流图;
图3是电力监控系统安管平台的业务架构图;
图4是电力监控系统安管平台的技术架构示意图;
图5是本发明实施例提供的一种基于LVS的工控系统主备运行电力监控系统的主备应用物理拓扑图;
图6是本发明实施例提供的一种基于LVS的工控系统主备运行电力监控系统主备应用数据流图;
图7是本发明实施例中服务注册示意图;
图8是本发明实施例中LVS主备接收消息示意图;
图9是本发明实施例中LVS主备进行253/254协议交互示意图;
图10是本发明实施例中LVS进行TCP通信的示意图;
图11是本发明实施例中SNMP协议通信线程互斥实现图;
图12是本发明实施例中级联上送主备设计实现图;
图13是本发明实施例中级联调阅主备设计实现图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
按照“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的边界防护策略和监控系统安全可控的基本原则,电力监控系统安管平台的部署拓扑图如图1所示。整个系统的数据流走向如图2所示,应用服务系统通过多个远程调用模块进行各种业务控制功能的实现,通过单机应用的消息总线实现消息的统一接收和消费,单台数据网关机与纵向加密装置(专用安全设备,Netkeeper,部署在电力控制系统的内部局域网与电力调度数据网络的路由器之间,可以为电力调度部门上下级控制中心多个业务系统之间的实时数据交换提供认证与加密服务,实现端到端的选择性保护,保证电力实时数据传输的实时性、机密性、完整性和可靠性)通过253/254协议进行数据交互,通过电力104协议与电厂端的监测装置进行交互,完成业务流程。单台监测装置完成syslog日志、消息总线客户端Agent消息以及SNMP协议的交互,从而采集到各种安防设备(syslog日志消息),主机设备(Agent消息)和网络设备(SNMP协议)的日志信息,完成系统原始安全信息的采集。
单机部署的安管平台会不时的出现系统卡顿、模块停用和设备宕机等零星的部分功能失效或系统停运等事故,一定程度上影响了监控系统的使用。
本实施例按照设备自身感知、监测装置分布采集、监控系统统一管控的原则,构建感知、采集、管控的电力监控系统三层技术架构。电力监控系统安管平台建立了四类支撑模块、五类应用功能。
如图3、图4所示,本实施例中,平台四类支撑模块分为数据采集、模型管理、平台管理、应用服务,实现平台基础数据通信与处理、服务注册请求等基础支撑功能;平台五类应用包括安全监视、安全告警、安全分析、安全审计和安全核查,同时平台还支持对上级平台的信息上送和对下级平台的信息调阅,满足电力监控系统网络监管的要求。
本实施例在指定安全区配备了6台服务器,物理拓扑图如图5所示,包括分别配置有主服务器和备用服务器的数据库、应用服务、数据网关、服务网关和主站监测装置;数据网关、服务网关、主站监测装置分别与数据库通信连接;数据网关与厂站监测装置通信连接;服务网关与下级电力监控系统平台通信连接。
本实施例从逻辑上为数据库分配三台服务器进行数据库集群搭建,应用服务分配两台服务器进行主备线程互斥功能的设计,数据网关机分配两台进行主备数据的交互,服务网关机同样分配两台主备进行上下级平台数据的交互。
整个主备系统的数据流走向如图6所示,电力监控系统安管平台应用程序本身做互斥锁调度,所有下发任务全部通过分布式框架进行权重赋予和调节,关系型数据库,缓存数据库和文件数据库全部通过多台服务器进行集群构建,通过Linux系统内置的LVS功能集群完成253/254协议(纵向加密装置)协议交互,完成104电力协议的主备交互通信,同时构建消息总线集群实现了主备接收syslog/Agent消息。通过分布式一致性组件来调度SNMP协议通信进程,完成和网络设备的主备通信。上下级平台的数据调阅和上送通过应用层报文冗余实现主备通信。
分布式组件服务的注册和调用:监控系统不同的服务注册模块将厂站级联,厂站证书版本管理,纵向加密装置管理,设备在离线检测,设备核查漏扫,系统账户管理,系统策略下发,恶意代码监测等服务分别注册到分布式服务总线上,监控系统有序的进行服务调用,实现和相应设备和系统的交互,完成系统的相应功能,如图7所示。
LVS双机的消息接受:syslog信息通过指定的514端口进行接收,104电力协议通过指定的8000端口进行信息接收,统一通过LVS虚拟IP地址进行通信,如图8所示。
关于253/254协议通信过程中IP层报文(网络层报文),LVS无法做端口绑定时,编写特定的钩子函数通过原始套接字将IP层的报文进行读取和双份转发,发出的机器接收到报文进行正常通信,未发出信息的机器丢弃相应的双份报文,如图9所示。
关于TCP的三次握手通信,LVS对通信报文进行特定端口绑定,保证报文通过特定端口出去后,回复到同样的端口,实现TCP报文的成功通信,如图10所示。
上述通过LVS实现了不同的应用场景,整个LVS选用DR负载均衡技术,配置简单的轮叫调度算法(Round-Robin Scheduling),很好的实现了相应的功能。
分布式组件互斥锁的使用:系统通过SNMP协议与网络设备(交换机,路由器)进行交互采集信息,现选分布式组件原生的调度框架为基础,进行主从选举机制的设计,具体选取其中的选主算法,实现逻辑如图11所示。
上下级交互主备的使用:上下级平台之间分为下级数据上送,与上级平台调阅两种业务场景,下级级联上送主备设计如图12所示,上级主备服务网关机部署级联程序,下级主备服务网关机部署级联程序,首先由下级主同上级主建立TCP链接进行级联动作(左侧实线),如级联失败,则同上级备建立TCP链接进行级联操作(左侧虚线),如级联失败,则由下级备用服务网关机重复级联动作(右侧实线及虚线) 。
上级调阅下级的主备设计如图13所示,上级服务主备网关机部署调阅程序,下级主备服务网关机部署调阅程序,首先由上级主同下级主建立TCP链接进行调阅动作(左侧实线),如调阅失败,则同下级备建立TCP链接进行调阅动作(左侧虚线),如调阅失败,则由上级备用服务网关机重复调阅动作(右侧实线及虚线)。
本发明为了减少单机与集群切换之间的工程运维难度,利用LVS技术,避免了现场众多终端设备信息采集时交互地址的变动,通过LVS的虚拟地址代替原有的实际上送地址,在终端无感知的情况下实现集群采集的功能架构。
系统内服务总线、消息总线等技术的实现,选用现有的分布式框架zookeeper、Chubby、kafka、RabbitMQ、dubbo等组件,一方面改造难度小,另一方面对原有程序的逻辑侵入也比较小,即节省了很大的改造成本,又达到了比较好的工程效果。
本发明采用最新的互联网集群调度技术,利用分布式组件进行程序线程的在线调度,保证双网络下多线程的单线程执行,当主线程中断后,备用线程自动选主为新的主线程,保证整体系统的主备运行,在数据采集方面,利用开源的LVS技术,将多台机器进行虚拟化设置,对外进行虚拟地址显示,实际主备运行,达到双机主备采集的效果,在数据接收方面,采用分布式消息中间件对数据进行实时接收,在服务发布方面,采用分布式技术框架进行服务发布,实现整体的主备运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电力监控系统,其特征在于,包括:
分别配置有主服务器和备用服务器的数据库、应用服务、数据网关、服务网关和主站监测装置;
所述数据网关、服务网关、主站监测装置分别与数据库通信连接;
所述数据网关与厂站监测装置通信连接;
所述服务网关与下级电力监控系统平台通信连接;
数据库通过多台服务器进行集群构建,通过Linux系统内置的LVS功能集群进行253/254协议和104电力协议的主、备交互通信;同时构建消息总线集群实现主、备接收syslog/Agent消息;通过分布式一致性组件调度SNMP协议通信进程,完成和网络设备的主、备通信;
上、下级平台的数据调阅和上送通过应用层报文冗余实现主、备通信;
syslog信息通过指定的514端口进行接收,104电力协议通过指定的8000端口进行信息接收,统一通过LVS虚拟IP地址进行通信;
253/254协议通信过程中IP层报文在LVS无法做端口绑定时,通过原始套接字将IP层的报文进行读取和双份转发,发出信息的机器接收到报文进行正常通信,未发出信息的机器丢弃相应的双份报文;
上、下级主备服务网关分别部署调阅程序,首先由上级主服务网关同下级主服务网关建立TCP链接并进行调阅动作,如调阅失败,则同下级备用服务网关建立TCP链接进行调阅动作,如调阅失败,则由上级备用服务网关重复调阅动作。
2.根据权利要求1所述的电力监控系统,其特征在于,所述应用服务本身做互斥锁调度,所有下发任务全部通过分布式框架进行权重赋予和调节。
3.根据权利要求1所述的电力监控系统,其特征在于,LVS对通信报文进行特定端口绑定,保证报文通过特定端口出去后,回复到同样的端口。
4.根据权利要求1所述的电力监控系统,其特征在于,上、下级主备服务网关分别部署级联程序,首先由下级主服务网关同上级主服务网关建立TCP链接并进行级联动作,如级联失败,则同上级备用服务网关建立TCP链接进行级联操作,如级联失败,则由下级备用服务网关重复级联动作。
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