CN208939584U - 一种新型智能配电网终端安全接入系统 - Google Patents

一种新型智能配电网终端安全接入系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种新型智能配电网终端安全接入系统,其避免了将运行有商密算法的CPU板卡替换已有CPU板卡的方式或者直接更换终端的形式,采用单独增加安全接入装置的方式来升级改造现有配电终端,使得改造过程更简单,改造成本更低,适应范围更广。本实用新型包含配电终端和安全接入网关;包含用于连接配电终端和安全接入网关的安全接入装置;所述安全接入装置包含壳体,壳体内设置集成有ARM处理器的ARM开发板;ARM开发板上预留有SD卡插槽;ARM处理器连接有SDRAM存储器、网口芯片、无线通信模块、直流电源模块、实时时钟模块和用于接入终端的串口通信模块;安全接入装置通过光纤网络和/或无线APN网络与智能配电网安全接入区的安全接入网关通讯连接。

Description

一种新型智能配电网终端安全接入系统
技术领域
本实用新型涉及一种配电网的安全接入结构,具体用于配电终端与配电主站的安全接入网关的安全连接通讯。
背景技术
为了提升配电自动化网络的安全性,国家发改委于2014年发布了《电力监控系统安全防护规定》(简称“14号令”)。2015年,国家能源局发布了《关于印发电力监控系统安全防护总体方案等安全防护方案和评估规范的通知》(简称“36号文”)。“14号令”、“36号文”对配电网络的安防建设提出了基本规范。
基于国家“14号令”、“36号文”的相关规定,参考国家信息系统安全防护等级保护要求以及公司信息安全防护相关要求,以“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”为总体原则,从主站、终端、边界、纵向通信、横向隔离等层面对系统进行全面防护,完善了配电自动化安全防护方案[8]。该方案于 2017年初,由《国网运检部关于做好“十三五”配电自动化建设应用工作的通知》(运检三〔2017〕6号)进行了发布。
为了对配电网络进行防护,国家电力调度中心发布了国调168号文件(简称168号文),要求在配网安全体系中必须实现基于数字证书的终端和电力内网间的双向认证和基于国产商用密钥算法的数据加解密。密钥算法选用国产自主算法,同时要求各地要尽快对配网主站系统及配电终端进行升级和改造。同时,国家电力调度通信中心向配电终端厂家提供了基于商密算法的运算库,以便厂家对各自终端设备进行升级改造。
现有配电终端本身存在以下缺陷:1)现有配电终端本身没有实现数据加解密,标准的通信报文仍为明文,容易被截取收集分析;2)现有配电终端安全通信技术采用单向认证,其算法为简单的签名算法,在配电终端使用配电主站的公钥对配电主站发送的控制报文中的签名进行验证;3)现有配电终端安全通信技术使用配电主站的公钥不是以证书为载体,公钥的有效期与电子钥匙的安全性无法完全保证;4)现有配电终端安全通信技术中,配电终端没有相应的密钥安全存储介质,在通信过程中没有使用自己的非对称密钥,配电主站无法对终端身份进行验证,存在伪造终端的风险;5)现有配电终端通常采用基于业务开发为核心的技术构架,支持多种通信方式,但缺少安全防护,难以应对日益猖獗的网络攻击。
针对上述缺陷,配电终端厂商综合各自设备的性能特征,升级改造方式通常通过采用将运行有商密算法的CPU板卡替换已有CPU板卡的方式或者直接更换终端的形式。这种改造方式在在改造过程中需要对终端设备断电,因此需要对改造的配电终端所在区域安排停电计划。由于目前存量配电终端数量多而且覆盖范围广,这种改造方法需要供电公司投入大量的成本实施升级改造,同时会造成替换旧版本CPU板卡或者配电终端带来的资源浪费。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,公开了一种新型智能配电网终端安全接入系统,其避免了将运行有商密算法的CPU板卡替换已有CPU板卡的方式或者直接更换终端的形式,采用单独增加安全接入装置的方式来升级改造现有配电终端,使得改造过程更简单,改造成本更低,适应范围更广。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种新型智能配电网终端安全接入系统,包含配电终端和安全接入网关;包含用于连接配电终端和安全接入网关的安全接入装置;所述安全接入装置包含壳体,壳体内设置集成有 ARM处理器的ARM开发板;ARM开发板上预留有SD卡插槽;ARM处理器连接有 SDRAM存储器、网口芯片、无线通信模块、直流电源模块、实时时钟模块和用于接入终端的串口通信模块;所述网口芯片设置在网线插口内;所述网口芯片的数量为四个,对应的,所述网线插口的数量也为四个;所述ARM处理器还连接有LED灯;
所述无线通信模块为GPRS无线通信模块;所述ARM处理器还连接有加密芯片;所述加密芯片为终端嵌入式安全控制模块;
所述配电终端为多个,每个配电终端通过网线插口或串口通信模块连接一个安全接入装置;安全接入装置通过光纤网络和/或无线APN网络与智能配电网安全接入区的安全接入网关通讯连接。
作为本实用新型的一种优选实施方式:所述智能配电网安全接入区内的安全接入网关还连接有公网采集服务器和专网采集服务器;公网采集服务器和专网采集服务器分别通过一组正反向隔离装置与配电主站连接。
作为本实用新型的一种优选实施方式:所述无线APN网络与安全接入网关之间还设置有防火墙,防火墙与无线APN网络无线通讯,防火墙与安全接入网关连接。
作为本实用新型的一种优选实施方式:所述配电终端包含光纤采集终端、无线三遥终端和无线二遥终端。
作为本实用新型的一种优选实施方式:所述ARM开发板为基于EASM芯片的 ARM开发板平台;所述ARM处理器为ARM7嵌入式处理器;所述加密芯片为TF卡形式的T-ESAM芯片。
作为本实用新型的一种优选实施方式:所述GPRS无线通信模块包含协议处理单元、提供模块对外接口通信单元和负责无线数据收发的射频单元。
作为本实用新型的一种优选实施方式:所述壳体包含安装底座和上盖板,安装底座是由位于底部的底板,以及围绕在底板侧边的前侧板、左支撑板和右支撑板一体成型,上盖板是由位于顶部的顶板,以及围绕在顶板侧边的后侧板、左侧板和右侧板一体成型,上盖板卡接在安装底座上,且上盖板的左侧板与安装底座的左支撑板重叠并通过螺钉固定连接,上盖板的右侧板与安装底座的右支撑板重叠并通过螺钉固定连接;所述左侧板和右侧板上均设置有散热通孔。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
本实用新型公开的一种新型智能配电网终端安全接入系统,包含配电终端和安全接入网关;包含用于连接配电终端和安全接入网关的安全接入装置;配电终端和安全接入网关都是现有的智能配电网基础设施,本实用新型为配电终端连接安全接入装置,然后通过安全接入装置与安全接入网关的通讯来实现配电终端与安全接入网关的安全通讯改造,改造过程仅仅是安全接入装置的连接过程,改造快捷,无需更改现有配电终端结构,改造成本低,避免了现有更换配电终端或者更换配电终端CPU带来的资源浪费;
本实用新型的安全接入装置包含壳体,壳体内设置集成有ARM处理器的ARM 开发板;ARM开发板上预留有SD卡插槽;ARM处理器连接有SDRAM存储器、网口芯片、无线通信模块、直流电源模块、实时时钟模块和用于接入终端的串口通信模块;所述网口芯片设置在网线插口内;所述网口芯片的数量为四个,对应的,所述网线插口的数量也为四个;所述ARM处理器还连接有LED灯;装置集成了串口通信模块,适用于串口终端的接入。多个网络插口和对应的网口芯片增加了设备的可靠性;配备SD卡槽,可用于对系统进行扩张以及进行存储容量的扩充。配备LED灯,有助于实现对操作人员判断设备是否正常运行提供直观的依据。加密芯片实现加密和安全传输功能。网线插口和GPS无线通信模块实现了无线传输和有线传输两种方式,配合通过光纤网络和/或无线APN网络与智能配电网安全接入区的安全接入网关通讯连接。实现了广泛的连接扩展方式,适应范围广。
附图说明
图1为本实用新型的一种具体实施方式的结构示意图;
图2为本实用新型的一种具体应用方式的结构示意图;
图3为本实用新型的基于SSL VPN的信道防护方案示意图。
附图标记说明:
1-配电终端,2-安全接入装置,3-网线插口,4-网口芯片,5-SDRAM存储器,6-SD卡插槽,7-LED灯,8-无线通信模块,9-实时时钟模块,10-直流电源模块, 11-处理器,12-串口通信模块,13-安全接入开关,14-无线APN网络,15-防火墙,16-公网采集服务器,17-安全接入区,18-正反向隔离装置,19-配电主站, 20-专网采集服务器,21-光纤网络。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明,但应当说明的是,这些实施方式并非对本实用新型的限制,本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代,均属于本实用新型的保护范围之内。
如图1~2所示,其示出了本实用新型的具体实施例;如图所示,本实用新型公开的一种新型智能配电网终端安全接入系统,包含配电终端1和安全接入网关13;包含用于连接配电终端和安全接入网关的安全接入装置2;所述安全接入装置2包含壳体,壳体内设置集成有ARM处理器的ARM开发板;ARM开发板上预留有SD卡插槽6;ARM处理器连接有SDRAM存储器5、网口芯片4、无线通信模块8、直流电源模块10、实时时钟模块9和用于接入终端的串口通信模块 12;所述网口芯片4设置在网线插口3内;所述网口芯片4的数量为四个,对应的,所述网线插口3的数量也为四个;所述ARM处理器还连接有LED灯7;
所述无线通信模块为GPRS无线通信模块;所述ARM处理器还连接有加密芯片;所述加密芯片为终端嵌入式安全控制模块;
所述配电终端1为多个,每个配电终端通过网线插口或串口通信模块连接一个安全接入装置2;安全接入装置通过光纤网络21和/或无线APN网络14与智能配电网安全接入区的安全接入网关通讯连接。SDRAM存储器为程序提供运行空间;所述直流电源模块为3.3V直流电源;网口芯片可以选用W5300以太网接口芯片;实时时钟模块可以选用DS1302模块;DS1302工作电压为2.0V~5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
本实用新型的目的在背景技术和实用新型内容的第一段落已明确,主要是为了与现有的改造方式相区别,提供简单高效成本低的改造方式,主要涉及的是硬件结构的方案,软件控制部分可以采用现有技术完成基本的通讯和安全加密解密即可;硬件结构的方案使得本实用新型具备了解决其技术问题的基础,由于软件采用现有技术或者现有的LINUX内核系统加上运行于该系统上行的现有应用程序即可完成,且软件部分不属于实用新型保护客体,故本说明书中不再详细阐述。
关于具体电路结构,本实用新型已经明确了ARM开发板上所连接的各个模块以及主要模块的型号,其具体实施的安装和连接均属于本领域技术人员的公知常识,此处不再赘述。
优选的,如图2所示:所述智能配电网安全接入区内的安全接入网关还连接有公网采集服务器16和专网采集服务器20;公网采集服务器和专网采集服务器分别通过一组正反向隔离装置18与配电主站19连接。本实施例完善了整个系统的基础结构;相比前述实施方式公开的技术特征为现有智能配电网终端常见的优选实施方式。
优选的,如图2所示:所述无线APN网络与安全接入网关之间还设置有防火墙15,防火墙与无线APN网络14无线通讯,防火墙与安全接入网关13连接。本实施例公开了防火墙结构,为无线APN网络通讯提供了进一步的安全保障;防火墙为硬件防火墙。
优选的,如图2所示:所述配电终端包含光纤采集终端、无线三遥终端和无线二遥终端。
优选的,如图1所示:所述ARM开发板为基于EASM芯片的ARM开发板平台;所述ARM处理器为ARM7嵌入式处理器;所述加密芯片为TF卡形式的T-ESAM芯片。T-ESAM芯片是一款安装到集中器和馈线终端(FTU)、开闭所终端(DTU)等设备中的安全芯片,实现数据加解密、签名、验签、身份认证、访问权限控制、通信线路保护等多种功能,保证了终端设备数据存储、传输、交互的安全性。模块支持SM1、SM2、SM3、SM4等国密算法,运算过程中加入随机数参与,具备更高的安全性。
优选的,如图所示:所述GPRS无线通信模块包含协议处理单元、提供模块对外接口通信单元和负责无线数据收发的射频单元。(1)射频部分:主要负责无线数据的收发;(2)协议处理部分:主要对数据进行组帧以及协议封装与解析。(3)通信模块:主要提供模块对外接口,用来对模块进行控制或者进行数据的交互。本实用新型的网线芯片和网线插口采用了冗余网口的设计,增加设备可靠性。每个网络接口可配置自己的IP地址。IP地址的配置属于本领域技术人员公知常识。
优选的:所述壳体包含安装底座和上盖板,安装底座是由位于底部的底板,以及围绕在底板侧边的前侧板、左支撑板和右支撑板一体成型,上盖板是由位于顶部的顶板,以及围绕在顶板侧边的后侧板、左侧板和右侧板一体成型,上盖板卡接在安装底座上,且上盖板的左侧板与安装底座的左支撑板重叠并通过螺钉固定连接,上盖板的右侧板与安装底座的右支撑板重叠并通过螺钉固定连接;所述左侧板和右侧板上均设置有散热通孔。本实施例公开了安全接入装置的壳体结构,其具备一体化的结构设计,增加可靠性和耐用性,便于组装,通过散热通孔为内部器件提供散热能力。
为了进一步增加安全接入装置与安全接入网关通讯的安全,我们设计了如图3所示的基于SSL VPN的信道防护方案;终端数据通过智能配电网终端安全接入装置通过公共网络连上配电安全接入区,数据在传输过程中存在极大的风险,给配电网络带来安全隐患。因此,安全接入装置通过在安全物理传输通道上利用VPN技术打通到安全接入区的安全隧道,隔离了不安全连接的接入,能有效保障数据通信通道的安全。为了对公共网络中传输的业务信息流进行保护,从两个方面进行防护。1)在底层采用APN无线专网或采用专用配电光纤作为物理传输方式。2)在传输层,通过虚拟专网技术(VPN)在传输媒介上建立起安全通道。只有这样的物理上和逻辑上进行双重防护才能最大化的保障配电网络安全。智能配电网终端安全接入装置的基于SSL VPN的安全通道防护如附图的图3所示。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本实用新型的保护范围,凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种新型智能配电网终端安全接入系统,包含配电终端和安全接入网关;其特征在于:包含用于连接配电终端和安全接入网关的安全接入装置;所述安全接入装置包含壳体,壳体内设置集成有ARM处理器的ARM开发板;ARM开发板上预留有SD卡插槽;ARM处理器连接有SDRAM存储器、网口芯片、无线通信模块、直流电源模块、实时时钟模块和用于接入终端的串口通信模块;所述网口芯片设置在网线插口内;所述网口芯片的数量为四个,对应的,所述网线插口的数量也为四个;所述ARM处理器还连接有LED灯;
所述无线通信模块为GPRS无线通信模块;所述ARM处理器还连接有加密芯片;所述加密芯片为终端嵌入式安全控制模块;
所述配电终端为多个,每个配电终端通过网线插口或串口通信模块连接一个安全接入装置;安全接入装置通过光纤网络和/或无线APN网络与智能配电网安全接入区的安全接入网关通讯连接。
2.如权利要求1所述的一种新型智能配电网终端安全接入系统,其特征在于:所述智能配电网安全接入区内的安全接入网关还连接有公网采集服务器和专网采集服务器;公网采集服务器和专网采集服务器分别通过一组正反向隔离装置与配电主站连接。
3.如权利要求1所述的一种新型智能配电网终端安全接入系统,其特征在于:所述无线APN网络与安全接入网关之间还设置有防火墙,防火墙与无线APN网络无线通讯,防火墙与安全接入网关连接。
4.如权利要求1所述的一种新型智能配电网终端安全接入系统,其特征在于:所述配电终端包含光纤采集终端、无线三遥终端和无线二遥终端。
5.如权利要求1所述的一种新型智能配电网终端安全接入系统,其特征在于:所述ARM开发板为基于EASM芯片的ARM开发板平台;所述ARM处理器为ARM7嵌入式处理器;所述加密芯片为TF卡形式的T-ESAM芯片。
6.如权利要求1所述的一种新型智能配电网终端安全接入系统,其特征在于:所述GPRS无线通信模块包含协议处理单元、提供模块对外接口通信单元和负责无线数据收发的射频单元。
7.如权利要求1所述的一种新型智能配电网终端安全接入系统,其特征在于:所述壳体包含安装底座和上盖板,安装底座是由位于底部的底板,以及围绕在底板侧边的前侧板、左支撑板和右支撑板一体成型,上盖板是由位于顶部的顶板,以及围绕在顶板侧边的后侧板、左侧板和右侧板一体成型,上盖板卡接在安装底座上,且上盖板的左侧板与安装底座的左支撑板重叠并通过螺钉固定连接,上盖板的右侧板与安装底座的右支撑板重叠并通过螺钉固定连接;所述左侧板和右侧板上均设置有散热通孔。
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