2 系统关键技术

2.1 封装多种通信协议的透明代理

通信协议代理过程是针对内网各业务系统数 据访问的协议封装，包含数据库传输代理、文件传 输协议(file transfer protocol，FTP)，数据采集及转 发代理(104/101 规约)等。对于使用关系数据库的业 务系统，采用 Java 数据库连接(Java database  connectivity，JDBC)标准或开放数据库互联(opendatabase connectivity，ODBC)进行接口访问；对于 使用文件传输协议传输的业务系统，按照 FTP 标准 访问其中的文件类数据；对于基于实时数据的业务 系统，根据 IEC60870-5 系列规约接收实时系统转 发的数据。通信协议代理的核心特点是为不同数据 源提供访问接口，并将接收的数据根据数据统一平 台制订的统一数据格式，转换为标准 XML 文件。

2.2 基于 XML 的数据统一平台

数据统一平台针对各业务系统数据的异构性、 松散性，制订了统一的基于 XML 的存储和展现方 式。首先，XML 文件是基于全文本的解释型数据文 件，天然满足了对于隔离装置的数据传输规定；第 二，XML 文件不仅利于数据展示，更可以封装业务 逻辑结构，对于各业务系统的实际数据源来说，是 良构的，可进行良好的数据映射；第三，XML 与其 他数据表现形式最大的不同是，它极其简单，对于 数据的外部共享，具有易读性和可扩展性。

数据统一平台制订了自己的数据字典和数 据描述，构建了基于 XML 的数据库。实际应用 中，针对不同业务，先进行字典映射，保证关键字 与数据唯一性。字典类数据表多采用整表存储，而 各类生熟数据表多采用增量存储，即每次存储上次 数据存储后新增或变化的数据。数据存储包含多种 存储模式：存储字典(即表结构)和数据、仅存储数 据、仅存为本地文件、仅存入本地数据库和传输规 则表等[6]。然后通过数据通信代理发起与外网数据 库的连接并进行单向数据传输；外网平台接收数据 并校验成功后，解析数据并入外网数据库，即外网 数据共享库。

2.3 隔离装置穿越

对物理隔离装置而言，其内网端口和外网端口 之间的数据交换是基于虚拟地址映射的串口协议数 据传输。对隔离装置的明确规定是：对正向传输(内 网到外网)，禁止应答信息携带应用层数据；对反向 传输(外网到内网)，严格禁止采用通用的网络服务。

在内网数据向外网传输过程中，外网无法采用 传输控制协议(transmission control protocol，TCP) 方式对数据传输请求进行应答并建立连接，所以在 正向数据传输时，必须在正向隔离装置上映射内网 数据代理平台物理地址和外网数据代理平台物理 地址及目标端口，采用用户数据报(user datagram  protocol，UDP)协议，将内网数据以报文形式通过 正向隔离装置传输到外网[7]。

具体的实现是：利用 Socket(4BDS UNIX 的进 程通信机制，套接字)通信方式，在内网数据代理平 台建立 Socket 客户端，在外网数据代理平台建立 Socket 服务端。正向数据传输时，内网 Socket 客户 端将传输数据打包压缩，以数据报文形式向外网 Socket 服务端进行 UDP 发送；外网 Socket 服务端 无需与内网 Socket 客户端握手，只需接收广播的数 据报文，进行解码，即可提取数据[8]

在外网数据向内网传输时，反向隔离装置屏 蔽了通用网络服务，从根本上屏蔽了 TCP/IP 协议 栈。因此在反向数据传输过程中，除了在反向隔离 装置上映射内网数据代理平台物理地址和目标端 口及外网数据代理平台物理地址外，还需要使用反 向隔离装置本身的数据传输工具，将外网数据以文 本文件形式传输到内网。

2.4 数据管理 数据管理主要包括任务调度、数据维护管理、 数据监视等。任务调度负责对内网各业务系统数据 的访问频率、存储间隔、任务执行与停止等功能； 数据维护管理主要负责对于入库数据的维护，包括 数据备份、数据增减、访问接口启停、数据代理协 议增减；数据监视提供对数据断面监视、内外网交 互数据情况、通信监视和日志记录等功能。

3 应用案例 3.1 连云港负荷预测系统部署结构 在连云港供电公司网络安全III区构建地县一体 化负荷预测系统[9]过程中，利用跨区数据共享平台承 担了绝大部分数据传输任务，该系统是使用跨区数 据共享的典型案例。负荷预测系统是调度运行方式 专职人员的日常业务系统，从 SCADA 系统获得当 日网供负荷数据，通过聚类寻优[10]算法，进行预测 计算后，将预测曲线发回到 SCADA 系统，以供 SCADA 系统曲线监视模块显示。系统示意图见图 4。 3.2 实时数据传输 负荷预测系统需要由 SCADA 系统提供连云港 本地及下属 4 县的网供负荷实时数据，作为超短期 和短期负荷预测的基础数据。系统设计从 SCADA 系统通过服务器将按 104 规约发送的网供实时数据 传输到内网数据统一平台，并更新至实时库。再通 过正向隔离装置跨区传输数据到外网数据统一平 台的实时共享库[11]。负荷预测系统服务器会访问外 网实时共享库，获得网供负荷的实时数据，进行在线负荷监视和超短期负荷预测工作。 3.3 外网历史数据存储 负荷预测系统服务器每隔 1min 会将外网实时 库的实时数据转存为负荷历史曲线，对负荷历史曲 线中的异常数据进行去刺或滤波后[12]，存入负荷预 测历史数据库，以供系统进行日负荷预测计算用， 并提供用户负荷历史曲线查询和各种报表的生成 和查询。 3.4 内网预测文件上传 用户在使用负荷预测系统进行预测计算后，需 要将生成的负荷预测曲线发回到 SCADA 系统，以 便在 SCADA 系统内显示。此时负荷预测服务器将 预测曲线通过外网文件代理穿越反向隔离装置发 送到内网的非实时库。数据通信代理会按任务调度 计划，定时将非实时库的预测曲线取出通过通信代 理中 FTP 代理发送回 SCADA 系统服务器。