信息系統可靠性保障能力提升研究

郭 晶，王 勇

(四川中電啟明星信息技術有限公司，四川 成都 610041)

0 引言

隨著信息系統建設規模、業務范圍的不斷擴大，其重要性不斷增強[1-2]，可靠性相關問題逐漸暴露。尤其是一級部署系統，一旦出現系統故障，將造成全網范圍的大規模系統無法正常提供服務，給電力的生產運行帶來嚴重危害。

目前提高信息系統可靠性的方法和技術措施雖然很多，但缺乏足夠的方法論支撐，且具有一定的局限性。文獻[3]分析網絡拓撲結構識別設備節點隱患，進行針對性系統架構加固。文獻[4]利用基于存儲的雙活技術，提高調度自動化系統的可靠性。文獻[5]綜合了節點度和節點間的緊密程度，提出基于節點度與聚集系數的度量指標來辨認關鍵節點，但由于只考慮了節點的簡單結構信息，度量的準確性有待提高。文獻[6]利用禁忌搜索算法進行關鍵節點識別，但該算法應對大規模網絡時會無法收斂導致準確性下降。

這些方法措施不能指導信息系統進行全面系統的監控，不能有效識別關鍵節點與非關鍵節點，在故障發生后無法及時處理形成級聯擴張，從而造成嚴重的影響。

1 信息一、二次系統劃分

電氣設備在電力生產和電力系統運行的各個方面發揮著重要的作用，按作用通常分成一次設備和二次設備[7]。一次設備構成電力一次系統，二次設備相互連接構成電力二次系統。電力系統通過一、二次系統的劃分，專業管理及故障隔離分段保護等措施，有效支撐電網的高可靠運行。

信息系統開始建設時沒有一、二次劃分，運行與監控部分存在融合建設情況，在何處加裝類電力保護控制的二次系統缺少理論指導，導致不能進行全面系統的監控，關鍵節點與非關鍵節點無法有效識別，故障發生后無法及時處理形成級聯擴張，從而造成嚴重的影響。

信息系統與電力系統均以用戶為主導，在工作環節、用戶安全穩定性需求方面具有相通性，可以基于電力系統一、二次劃分方法對信息系統進行一、二次劃分。信息一次系統負責信息采集、傳輸、處理、存儲和輸出，其工作對象為信息內容本身，相當于電力系統對電能的生產和輸配處理。信息二次系統負責控制信息一次設備安穩可靠運行，其工作對象為信息一次設備，包括設備故障診斷、故障恢復和應急處置等方面。可見信息一次系統主要處理業務信息流，信息二次系統主要處理監控保護信息流。

信息一、二次系統處理對象均為信號，其設備類型和系統組成方式相近。信息二次系統并不像電力二次系統完全與電力一次系統隔離，并構成電氣回路，信息二次系統設備存在與一次系統設備復用的情況，也即某些設備同時承擔著信息的轉運處理，也承擔著設備運行狀態監測等任務，這種組件或設備復用的情況，使得信息一、二次系統更為復雜。

國網公司權限管理平臺為全網信息系統提供統一身份、認證鑒權、安全審計服務，負責每個國網員工訪問信息系統的登錄認證和鑒權，一旦發生故障就會造成全網大量業務系統無法登錄，中斷正常的服務，產生十分嚴重的后果。

基于電網一、二次系統的劃分方法，結合權限管理平臺業務特點進行一、二次劃分，業務生產運行系統為一次系統，監控調度系統為二次系統，權限管理平臺一、二次劃分見圖1。其中一次系統即圖中業務生產運行系統，主要對用戶提供統一認證服務、鑒權服務，確保用戶能夠按權限要求訪問業務系統。二次系統即圖中監控調度切換系統，主要對一次系統進行輔助管理，智能監控一次系統運行狀態或預警。比如在用戶訪問過程中，進行認證數據檢測、認證服務訪問檢測、認證訪問緩存檢測、認證消息同步檢測、認證數據庫訪問檢測、鑒權服務檢測、鑒權訪問緩存檢測、鑒權消息同步檢測、鑒權數據庫訪問檢測等。

圖1 權限管理平臺的一、二次劃分

2 信息一、二次系統架構優化

基于電力一、二次可靠性保障方法，信息一次系統可以采用分區分域運行模式降低故障影響范圍，結合信息技術全局負載和分布式超大規模集群技術，實現服務可向并列運行系統調度和上一級系統(如災備系統)調度，通過流量引導將故障區域用戶引流至正常運行系統，實現故障快速轉移，快速恢復服務能力。信息二次系統必須具有運行監測和運行控制能力，建立信息系統運行監測指標體系提升運行監測能力，建立信息系統運行監控基線實現組件級故障預警[8]。提高二次系統的控制保護能力，使其在故障發生后能夠通過一系列的邏輯判斷做出相應動作，實現一次生產系統的穩定可靠運行。同時遵循一、二次劃分的方法對新建的信息系統進行架構設計，杜絕設備復用現象。

一、二次系統劃分后，對信息系統執行不同的技術保護策略，解決了業務生產運行和監控調度耦合問題，降低了用戶登錄認證和業務系統集成的影響范圍，便于快速隔離故障。對權限管理平臺進行一、二次劃分后，對信息系統執行不同的技術保護策略，在不大規模改造的原則下，構建同城異地雙活架構，以最優資源配比，提高信息系統的可靠性，權限管理平臺整體架構如圖2所示。部署兩套數據庫為生產系統并行提供服務，對外提供服務的應用組件方面，識別關鍵節點后對于重點核心組件采用N-2原則重點保護，平臺一般組件均采用N-1可靠性原則設計，形成“分域分區、重點保障、范圍可控、以換代修”信息系統典型可靠性架構。

圖2 權限管理平臺整體架構

一次組件架構優化設計方面，對統一權限業務的認證服務、鑒權服務、數據同步服務以及授權的審計服務等核心服務進行讀寫分離改造。通過接口以及多數據源配置，將應用中需要對數據進行增刪改操作的接口進行剝離，實現對當前應用服務的讀寫分離操作。同時在數據層使用ADG方案對授權數據庫數據進行復制，將數據同步復制到兩個機房的認證庫以及雙活備用機房的授權庫，用以達到數據的一致性。

二次組件部署設計方面，為保障監測系統指標的狀態正常，統一權限平臺審計服務實現讀服務雙活，同時為了降低審計消息寫服務壓力過大影響到審計讀服務，保證關鍵審計業務不中斷，對審計模塊采用讀寫分離的架構優化。審計數據庫依然采用ADG方案，實現兩地審計數據庫的數據一致性。對審計模塊應用進行拆分，拆分為審計讀服務模塊和審計寫服務模塊；主機房的審計庫作為讀寫數據庫，承擔讀寫服務，在主機房分別部署審計讀服務模塊和審計寫服務模塊；備用機房的審計庫作為只讀數據庫，只承擔讀服務，在備用機房只部署審計讀服務模塊。

深入分析信息一、二次系統耦合網絡與電力信息耦合網絡差異，基于電力信息耦合網絡的脆弱性保護和魯棒性提升方法，信息一、二次系統整體上可以采取保護脆弱節點、增設自治節點、調整單側網絡的拓撲結構與合理分配耦合邊、針對脆弱節點實施故障恢復等措施提升信息一、二次系統耦合網絡可靠性[9-11]。在保護脆弱節點方面，準確辨識耦合網絡中的脆弱節點(或者稱為關鍵性節點)是關鍵環節。

3 應用情況

國網某幾個省市公司應用本研究成果，通過數據庫雙活異地部署、認證及鑒權服務雙活異地部署、審計讀寫分離來優化權限平臺架構，成功提升權限管理平臺可靠性，實現業務不中斷運行。改造后的統一權限架構能夠有效控制故障影響范圍，增強故障隔離能力，確保接入系統穩定運行，持續提供高服務品質。由圖3可見，2017年權限平臺架構進行優化后，系統故障頻率明顯下降。

圖3 2014—2019年省市公司權限平臺故障頻次統計

通過組件的解耦降低權限平臺對目錄系統的依賴，消除目錄系統與權限平臺中功能重復、多余備份組件，并將冗余組件下線，設備騰退，硬件節約情況如圖4所示。相比公司現有災備架構，統一權限平臺“同城異地雙活”的資源利用更加經濟合理。

圖4 權限管理平臺硬件資源占用情況統計

4 結論

以上基于電力系統屬性劃分方法，將信息系統進行一、二次劃分，實現信息系統生產任務功能和運行維護功能的分離。信息系統完成劃分后，對一、二次系統架構進行優化，在不大規模改造的原則下構建雙活架構提升可靠性，同時對于抽象出的業務生產運行和監控調度一、二次網絡拓撲不同節點實施不同保護策略。研究成果應用到電網典型大型信息系統權限管理平臺，對權限管理平臺進行一、二次劃分后，構建同城異地雙活架構，在國網某幾個省市電力公司進行試點驗證，結果表明：該方案提升了平臺的可靠性，降低了故障頻率。研究成果可應用在國網公司其他業務應用系統，也可全面推向國內其他行業。