泵站計算機監控系統網絡建設方案比較

莊 重 顧繼群

（南京南瑞集團公司，江蘇 南京210003）

0 引言

在我國目前的水利行業中，大量的泵站在國民經濟中承擔著重要作用。但是目前大部分泵站自動化水平不高，設備運行安全問題較為突出，一些泵站受到老的網絡技術條件限制，運行管理安全性較低。隨著計算機及網絡信息技術的迅猛發展，計算機已深入應用到各行各業中去。對于在水利建設中普遍應用的泵站監控系統來說，計算機技術和微電子技術的發展使泵站監控系統的網絡化、信息化水平得到了顯著提高。借助先進的計算機網絡技術，可以將泵站監控系統建設成為更先進的計算機監控系統，實現無人值守、少人值班、優化調度，提高泵站的運行效率和管理水平，為泵站的安全、經濟運行提供強有力的保障。

1 常規應用方案

如圖1所示，目前絕大多數泵站監控系統采用的是擴展環型網絡結構，各網絡節點通過環型鏈路實現數據交換，除現地控制單元、操作員工作站、通信機外，其他應用計算機構成MIS局域網，MIS局域網的計算機節點與現地控制單元、操作員工作站、通訊機處于同一個TCP/IP網段內。

圖1 常規應用方案

兩臺操作員工作站構成熱備冗余的運行方式，運行值班主機可預先任意選擇，雙機之間通過以太網實現通訊。系統軟件根據值班主機的運行狀態、通信狀態、軟硬件等，進行跟蹤識別。一旦值班主機出現故障或異常，系統就發出切換信號，由備用機取代值班主機，同時發出主機故障的提示信號。

系統內設置有通信機，配有RS232/RS485串行通訊口，并預留與其他系統的通信接口，操作員工作站將系統所需實時數據傳送到通信機，通信機兼有WEB發布功能，局域網與上級部門直接通過訪問通信機，來獲取泵站監控系統的各項運行數據和相關信息。

這種常規網絡結構具有系統結構清晰、數據傳輸速率高、通信接口可擴展等優點，但是，MIS直接訪問通信機，不可避免會造成網絡安全性變差，MIS由于其系統的特殊性，其中包含著許多不確定的因素，在網絡安全方面也不容易管理，易受到外部計算機病毒影響。另外，由于一般MIS直接和外部網絡相連，使得MIS容易受到黑客的干擾，因此監控系統直接與MIS連接，將會給網絡安全帶來很大的隱患。

2 優化解決方案

為了解決常規應用方案中來自于INTERNET 的安全隱患和威脅，我們給出了優化方案。主要方法是將WEB 瀏覽功能從通信機上分離出來，另外利用一臺專用服務器作為WEB 通信機，其上安裝Linux操作系統，由于Linux系統是開放源代碼的，即使系統出現了小漏洞，也會很快被提出并加以解決。相對于Linux系統，Windows系統是應用于商業領域，需要收費的，這樣很多黑客就會出于好奇，想方設法去攻擊Windows系統，而Windows系統在普通用戶中應用最多，因此不太懂電腦技術的普通用戶常常是黑客攻擊的對象。Windows系統正是因為源代碼封閉，所以并不是很經得住推敲，一旦知道原理，很容易找出漏洞，發起病毒攻擊。因此Linux系統本身在設計上就比Windows系統具有更好的網絡安全功能。監控系統通信機與WEB通信機可以通過RS232串口相連接，也可以在中間設置專用網絡安全隔離裝置。

2.1 RS232串口通訊方式

如圖2所示，通信機與WEB通信機用各自串口相連，此種通訊方式也能起到一些網絡隔離的效果，不過通訊數據是按位傳輸，雖然成本低，但通訊速度慢，不能適應泵站監控系統的應用需求。

2.2 網絡隔離方式

如圖3所示，通信機與WEB通信機仍然利用網絡相連，但在網絡中間設置專用網絡安全隔離裝置，網絡安全隔離裝置是位于監控系統網絡與公用信息網絡之間的一個安全防護裝置，用于安全區Ⅰ/Ⅱ到安全區Ⅲ的單向數據傳輸。該設備的應用對于進一步提高泵站監控系統的整體安全性和可靠性有很大幫助。

圖2 RS232串口通訊方式

圖3 網絡隔離方式

網絡安全隔離裝置由兩套高性能嵌入式微機及配套裝置形成物理隔離系統，嵌入式微機采用RISC 體系結構，該設計結構將能夠使網絡少受病毒攻擊；實現兩個網絡安全區之間的數據傳輸，并且應用了較為安全的邏輯算法，保證了接入隔離裝置的兩個網絡系統相互不能同時連通。安全隔離裝置采用截斷TCP 連接的方式，分離網絡數據中的TCP/IP開頭部分，將監控系統環網的純數據通過單向數據通道FIFO 發送到MIS局域網，同時只允許應用層中不帶任何數據的TCP包的控制信息傳輸到監控系統環網中去，極大地提高了監控系統的可靠性和安全性。

3 結語

總之，在泵站計算機監控系統中采用網絡隔離方式，不僅具有數據傳輸速率高、通訊擴展性能好的優點，而且能夠很好地保證監控系統網絡的穩定性、可靠性，為泵站的日常安全運行打下良好的基礎。