CN114553878A - 一种基于lvs的工控***主备运行电力监控*** - 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***主备运行电力监控***，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***平台通信连接。本发明降低了因某一单机故障造成监控***部分功能失效或***停运的风险，提高了电力监控***的稳定性和可靠性。

Description

一种基于LVS的工控***主备运行电力监控***
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***主备运行电力监控***。
背景技术
随着工控***中电力监控***（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***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***会不时的出现***卡顿、模块停用和设备宕机等零星的部分功能失效或***停运等事故，一定程度上影响了监控***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***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***主备运行电力监控***，降低了因某一单机故障造成监控***部分功能失效或***停运的风险，提高了电力监控***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***，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***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***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***，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***部分功能失效或***停运的风险，提高了电力监控***的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是电力监控***安管平台单机版部署拓扑图；
图2是电力监控***安管平台单机应用数据流图；
图3是电力监控***安管平台的业务架构图；
图4是电力监控***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***主备运行电力监控***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***主备运行电力监控***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***安全可控的基本原则，电力监控***安管平台的部署拓扑图如图1所示。整个***的数据流走向如图2所示，应用服务***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***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***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***原始安全信息的采集。
单机部署的安管平台会不时的出现***卡顿、模块停用和设备宕机等零星的部分功能失效或***停运等事故，一定程度上影响了监控***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***统一管控的原则，构建感知、采集、管控的电力监控***三层技术架构。电力监控***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***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***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***的数据流走向如图6所示，电力监控***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***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***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，***账户管理，***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***有序的进行服务调用，实现和相应设备和***的交互，完成***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：***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。
***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***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 (8)

1.一种电力监控***，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***平台通信连接。
2.根据权利要求1所述的电力监控***，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***，其特征在于，数据库通过多台服务器进行集群构建，通过Linux***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。
4.根据权利要求3所述的电力监控***，其特征在于，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。
5.根据权利要求3所述的电力监控***，其特征在于，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。
6.根据权利要求3所述的电力监控***，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。
7.根据权利要求3所述的电力监控***，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。
8.根据权利要求3所述的电力监控***，其特征在于，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。
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