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摘要：為提高無線通訊技術在數據采集與監控系統中的可用性為目標，結合自動化、工業通訊協議、軟件開發與集成、數據庫等多方面技術實現了無線電臺數據與2G/3G/4G網絡組成冗余熱備鏈路的功能。采用通訊鏈路冗余技術構筑高可用性網絡，通訊可靠性的提高有助于增加系統安全性。使用AES256算法對系統配置進行了加密，并對編譯后的可執行程序進行了加殼處理防止再被反編譯的情況下泄露關鍵信息。采用為低功耗數據采集量身定做的定制協議，大幅度增加了無市電站點的續航能力

關鍵詞：多鏈路數據采集系統；安全加密；低功耗

通信某燃氣集團中低壓監控系統是一套數據采集及監控系統（SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA），它將采集的數據通過遠傳的方式集中到調度中心進行處理，并根據一定的策略進行遠程的自動控制，以實現數據采集、參數調節、設備控制及信號報警等功能。該燃氣集團中低壓監控系統經過數年發展已達到下轄中低壓站箱4000余個的規模。調度中心設置四臺通訊前置機，進行數據通訊管理；設置1臺數據采集服務器，安裝GEiFix軟件進行數據采集，并將采集的數據通過OPC服務發送到SCADA系統的PKS上位軟件進行展示。中低壓監控系統通訊冗余功能擴展是針對當前系統使用情況提出的新的系統需求。2016年該燃氣集團現有中低壓監控系統的通訊方式采用的是無線RADIO、GPRS或CDMA的單信道通訊方式。但是近幾年越來越多的國際會議、保駕活動等的舉行，期間核心區域對電臺無線電將實行嚴格的管制措施，許多電臺通訊站點的通訊將受到限制，甚至關停。但是這些核心區域中低壓監測站點雖然規模較小但是會成為保駕活動的重要站點，在這種情況下原有系統顯然無法滿足重要站點對通訊安全性的需求。提高這些重點站點通訊系統安全性成為當務之急。同時部分無市電站點為了能夠保證長時間實時通訊不得不頻繁更換電池對系統運維工作造成了巨大的壓力。這個問題也急需解決。

1安全加密低功耗通信驅動軟件的設計要求

本系統從始至終有著明確的目標，針對立項時面對的問題和結合業主條件歸納了項目實施的要求和思路：（1）鑒于所涉及站點位于核心區，很難申請長時間施工，無法承受全站更新的時間成本。所以確定在現有站點基礎上進行升級改造。（2）電臺相對于2G/3G/4G具有不依賴于電信基礎設施的優勢，在極端惡略的條件下能夠保證系統通訊。所以不建議更換同臺的通訊方式，但可以更換新型號設備提高穩定性。（3）考慮到實施的難度，建議采用添加一條2G/3G/4G通訊鏈路，實現站點的通訊鏈路冗余。該冗余通訊應采用熱備方式，無需人工干預能夠實現數據鏈路的切換，并能給用戶直接的鏈路故障提示。通訊前置機軟件應支持雙鏈路的管理功能，對鏈路的通訊狀態正確識別，集中監視，可為已存在的站點增加備用鏈路，進一步保障系統安全運營。（4）利用現代密碼學技術對通訊前置機程序數據進行安全加密，避免數據泄露造成的安全問題。（5）為實現系統低功耗數據采集，實現低功耗專用通訊協議，大幅提高現場采集系統在無外電支持的情況下的續航能力。

2系統實施方案

2.1系統升級改造前的拓撲結構

升級改造前調度中心設置四臺通訊前置機，進行數據通訊管理；設置1臺數據采集服務器，安裝GEiFix軟件進行數據采集，并將采集的數據通過OPC服務發送到SCADA系統的PKS上位軟件進行展示。由于中低壓監控系統建設的時間較長，用戶需求又發生過數次變化，造成下轄中低壓站箱的通訊協議不一致，四臺通訊前置機分別對應電臺、GPRS/CDMA巡檢、GPRS/CDMA單組數據自報、GPRS/CDMA多組數據自報四種通訊方式。通訊前置機獲取數據后，將數據存入數據庫，再由數據采集服務器iFix軟件將數據庫中的數據以OPC服務給SCA⁃DA系統使用。

2.2系統升級改造后的拓撲結構

針對該燃氣集團中低壓監控系統通訊冗余功能擴展項目的需求，擴展后系統的架構不會有大的變化，只需對某些特定的局部進行調整升級即可。需要進行的調整如下：（1）4種通迅前置機軟件需要進行重新設計與開發，以支持雙通訊冗余的功能。（2）iFix軟件需要進行升級，并根據功能擴展后的需求對組態進行調整。（3）數據庫根據功能擴展后的需求進行調整。（4）150個站箱在原有通訊鏈路的基礎上增加冗余通訊鏈路，原電臺增加GPRS或CDMA鏈路一條，原GPRS或CDMA則增加另一制式的鏈路一條。（見圖2）由以上工作內容可以看出，通訊前置機的重新設計與開發是本項目實施的重中之重。前置機軟件主要處理流程的包括：（1）輪詢通訊前置機（包括電臺和GPRS/CDMA）數據采集流程（2）自報通訊前置機（包括GPRS/CDMA單組、多組自報）數據采集流程

2.3系統安全加密方案設計

在新版前置機的開發過程中按照該燃氣集團信息安全要求對系統應用進行了多方面的安全升級。主要包括：（1）對所有的配置信息和數據進行基于密碼學的加密；（2）對編譯完成應用進行了加殼處理并進行的變量混淆，防止被反編譯；（3）對修改程序的殘余信息進行了處理，避免造成以外數據泄露。

2.4通訊協議設計

該燃氣集團中低壓系統無線GPRS/CDMA站點與中心通訊采用基于標準的協議的自主開發協議。通訊方式為基于GPRS/CDMA的標準的TCP/IP以太網。采集器的工作模式為TCP客戶端，中心通訊前置機工作模式為TCP服務器，通訊端口為5002。通訊數據（信息幀）格式調度中心主機地址默認為01，采集器終端地址默認為02。協議中以IP地址作為采集器識別碼。協議具有的功能包括：（1）周期性數據主動上報；（2）報警數據主動上報；（3）讀取采集器設置信息；（4）修改采集器設置；（5）校時。

3實施效果

在完成系統雙通訊鏈路冗余的功能改造之后系統通訊的成功率有了顯著的增加，明顯提高了系統的安全性。第三方測試小組于2016年12月07日，對中低壓監控系統數據采集客戶端進行了滲透測試工作，結果符合設計要求，系統安全性無問題。經過低功耗協議改造，系統采集終端的更換電池時間從3個月延長到了一年。滿足了系統設計的需求。

4結語

系統提高無線通訊技術在數據采集與監控系統中的可用性為目標，結合自動化、工業通訊協議、軟件開發與集成、數據庫等多方面技術實現了無線電臺數據與2G/3G/4G網絡組成冗余熱備鏈路的功能。除對調度中心網絡、軟件系統、數據庫的升級外，還完成了150個場站的現場改造及數據接入工作。經過用戶的驗收評審及系統升級前后數據對比，針對本次改造的站點數據采集的成功率有了極其明顯的提高，圓滿完成了系統的設計目標。

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作者：張曉燁 郭東 唐淼 單位：北京航天拓撲高科技有限責任公司