基于可信技術的電力通信移動運維管理系統設計

周 斌，李 承，芮 凱，秦寧麗

（1.深圳市國電科技通信有限公司，廣東 深圳 518109 2.北京中電飛華通信股份有限公司，北京 100089）

近年來電力通信系統建設取得了長足進步，電力通信網[1]在容量、結構、業務、覆蓋范圍、承載范圍、總體規模、可靠性、智能化、集約化等方面都取得了新的巨大發展。電力通信系統作為一、二次系統可靠運行的重要支撐性系統，一般需要不間斷運行。為了保障電力通信系統的正常運轉，一般采用建立自動化的監控系統[2]和人工定期或不定期巡視相結合的方法獲取通信設備、通信線纜運行狀況，并對出現的故障進行快速檢修。隨著電力通信設備的種類和數量快速增長，分布范圍越來越廣，運維人員的現場運維工作逐漸增多，作業難度也逐漸增大。在不大量增加人員的情況下，要滿足各種運檢需求，就需要提高現場運維人員的運維能力和運維效率。目前主要是通過制定嚴謹的運維制度和加強對運維人員技術培訓來提高個人的運維水平。制度日趨完善和人員自身技術能力的增長需要一個長期的過程，無法快速提升現場運維人員的整體水平，因此需要建立智能化運維系統[3]，來輔助現場運維人員快捷、準確地完成運維任務，降低運維難度，提升運維效率。

智能化運維主要是通過運維的信息化和運維的移動化來輔助現場運維人員完成日常的現場巡檢和檢修任務[4]。運維信息化主要包括：通信設備狀態、歷史運維記錄、運維資料和運維經驗等知識的系統化和信息化。電力行業目前沒有和通信設備運維知識相關的移動查詢信息化系統，現場運維人員難以在現場隨時、隨地地獲得巡檢設備的技術手冊和運維歷史信息等知識。運維的移動化是指巡檢和運維的移動信息化和運維溝通協作的遠程化。目前由于通信手段和安全等方面的限制，現場運維人員主要通過普通電話和人工紙質工單向其他運維人員、技術專家描述故障。限于現場運維人員的專業知識水平、方言口音、筆跡不清等原因，往往使得后臺支撐人員難以準確地定位故障。而且紙質工單會導致較高的管理成本、不便監督、人為錯誤、維修不足和維修過剩等眾多不利因素，使得我國每年在電力設備維修方面耗資巨大，設備的巡檢質量也難以保證。

隨著公網LTE、電力虛擬無線專網、電力無線專網等電力行業更新換代的寬帶空中接口技術逐漸成熟，運維現場的傳輸能力將獲得極大提升。在信息化方面為移動運維[5]提供在線運維知識、設備參數、實時狀態等數據，實現移動運維的一體化信息自助業務。在移動終端設備方面為移動運維提供符合電氣“三防”、易攜帶、低功耗和高性能的移動終端設備，實現3G/4G/5G接入、射頻識別（RFID）、安全認證和移動運維業務的承載。

由此可見，運維移動化是符合我國國情且具有重要意義的工程，運維巡檢現場不但缺少便捷易用的移動運維輔助系統，也缺少符合電力運維業務的移動終端設備。本研究旨在利用日漸成熟的可信技術，結合電力通信設備運維輔助業務的信息化建設，建立基于可信技術的移動運維管理系統，形成信息和通信融合的通信設備遠程協作移動運維系統。

1 現狀

移動運維系統可以為應急搶險、戶外檢修、故障診斷、值班管理、協作會商等不同信息系統下的多種業務提供復雜自然環境下的快速動態組件的遠程會場服務，增強電力信息領域的實時互動能力，提高現場人員獲取信息的能力，減少等待、差旅和通信失敗造成的企業運轉效率損失，起到支持“橫向到邊、縱向到底”的協調管理，支持堅強智能電網建設，支持電力行業長遠發展目標的作用。移動運維系統包括輔助系統和作業終端[6]。

巡檢檢修是有效保障電力系統安全的一項基礎工作，通過現場掌握設備運行狀況及周邊環境的變化，發現設備缺陷和危及通信安全的隱患，其工作的安全、質量和效率直接關系到電力生產管理工作的成效。目前，通信運維現場工作主要存在以下局限[7]。

（1）運維人力資源不足?，F網運行的電力通信設備數量、種類、型號眾多，且分布范圍廣，目前的運維人員難以及時滿足運維需求。

（2）運維技術難度大。通信設備涉及的新技術、新知識愈見增多，設備復雜度越來越高，運維人員的知識不足以滿足運維需求。

（3）現場信息化程度低。目前現場運維記錄大都采用紙質，運維過程無法實時上報。在面對復雜問題、未知現象時，難以為現場提供相關知識和設備實時運行信息。

（4）現場協同手段單一、效率低下?，F有遠程協同的手段主要依賴普通電話，由于協同雙方專業知識、語言表達能力、方言口音等方面存在差異及轉述誤差等原因，使得溝通不暢的現象時有發生。

（5）運維知識難以共享。目前現場運維人員完成任務后即工作結束，并沒有系統地對本次運維進行總結，或總結的經驗沒有錄入到相關知識庫中，使得其經驗不能及時共享。

移動運維管理系統針對電力行業的特點，研發提供移動運維知識庫（包括設備產品庫和運維經驗庫），并與TMS[8]（通信管理系統）、安全接入平臺[9]等信息系統對接實現的現場設備參數在線呈現等信息化、智能化運維輔助系統。具體表現在以下方面。

（1）通過建立運維知識庫，規范地收集、整理一線人員的運維經驗、設備的技術資料、確保知識、經驗的繼承、復用與共享，實現這些知識、經驗的現場檢索。提升運維人員的運維能力。

（2）與現有多個信息系統對接，為現場運維人員提供在線設備與線路的運行參數、實時健康狀態等數據的查詢功能，便于其進行現場故障分析與定位，提高工作效率，降低誤操作率。

移動巡檢終端設備是巡檢系統的用戶側設備，提供巡檢系統的功能，接受用戶請求。目前部分單位試點采用社會上的低成本移動巡檢終端系統，存在很多需要改進之處。國內少量應用的巡檢終端以具備GPRS通信模塊[10]的三防PDA[11]為主，支持窄帶巡檢數據傳輸業務。這種終端支持的業務少效率低，給現場巡檢和檢修工作帶來一定的不便，難以支撐移動運維系統的承載，包括以下幾個方面的問題。

（1）普通三防終端性能弱。目前手持三防PDA在操作系統、處理器和通信制式上都無法滿足要求。

（2）普通三防終端功能少。目前市面上的三防PDA還存在很多問題，巡檢人員在電塔、高壓纜線等復雜作業環境中無法完成復雜的手工操作，現場巡檢設備參數依靠人工錄入，無法保留一線原始數據并進行后續進一步分析和回溯。

研制的移動運維終端設備是針對上述電力傳統巡檢終端的問題，在性能和功能上全面提升的專業設備，采用更加先進的硬件平臺、通信模塊和更加節能的操作系統，提供更加優越的性能。具體表現在以下方面。

（1）現場運維信息智能呈現能力：提供二維碼、圖像分析和無線射頻識別（RFID）標簽等手段進行設備識別，實現設備參數、資料、歷史巡檢記錄和關聯專家等相關信息的“一站式”呈現功能。

（2）無線安全接入能力：利用電力VPN和無線專網，采用3G/4G/5G和傳輸加密等技術與移動運維后臺管理服務系統聯動，完成設備參數智能分析，并反饋結果給巡檢人員，以輔助巡檢。同時對原始設備巡檢圖像進行集中歸檔存儲，提供后續的查詢、回溯和稽核等管理操作。

2 基于可信技術的電力通信管理系統

2.1 移動運維系統業務概述

移動運維系統主要服務于通信設備移動運維工作，包括通信巡檢、通信檢修、故障處理等典型業務處理流程，可分為運維業務和基礎服務[12]。

2.1.1 運維業務

（1）巡檢業務：為通信運維人員提供基礎的移動巡檢服務。包括巡檢計劃填報、計劃審核、工單派發、工單處理、計劃查詢、消息提醒、申請完工和完工審批等業務功能。

（2）檢修業務：為通信運維人員提供基礎的移動檢修任務。包括檢修工單的派發、申請開工、批復開工、檢修處理與申請完工等業務功能。

（3）故障處理業務：為通信運維人員提供基礎的故障處理業務。包括缺陷上報、缺陷單查詢等業務功能。

（4）移動終端：為通信運維人員提供基礎的移動終端設備，是移動業務實現的基礎，通過VPN網絡與電力專用網絡連通。

2.1.2 基礎服務

（1）資源管理：包括站點信息查看，設備查看及設備履歷。

（2）輔助業務：包括設備資料管理、運維經驗管理、專家信息管理、定時消息管理和報表管理。

（3）日志管理：包括登錄日志、操作日志，可提供審計信息。

2.2 移動運維系統技術概述

移動運維管理系統采用SG-UAP平臺[13]作為系統開發平臺，包括展現層、應用層、數據層、基礎架構服務層等。技術架構如圖1所示。

圖1 移動運維管理系統技術架構示意圖

2.2.1 移動運維后臺管理系統

該系統還包括可信[14]移動設備管理模塊和可信移動應用管理模塊。

（1）可信移動設備管理模塊包括賬號鎖定單元和數據遠程擦除單元，賬號鎖定單元通過設備ID查找設備，配置賬號鎖定功能，修改賬號狀態；數據遠程擦除單元通過設備ID查找設備，在移動終端丟失后遠程擦除移動終端上的數據。

（2）可信移動應用管理模塊對移動終端的業務APP進行加固和封裝。加固包括增加異常提示、頁面防劫持、防截屏、防錄屏等；封裝包括對移動應用APP隱藏對象的屬性和實現細節，保留對外接口，對數據加以保護；還用于對設備劃分黑白名單，預先為每臺設備配置唯一識別的設備ID，對投入使用的設備進行登記記錄，通過配置黑白名單，管理對應設備的使用權限。

2.2.2 移動運維移動作業終端

移動作業終端按照統一的電子工單表格顯示，實時錄入當前的作業數據，并上傳人員目前工作狀態信息、人員位置與故障地點的距離信息，接收電力通信可信后臺管理系統下發的分派結果信息并顯示，該終端設有模式分離模塊和可信安全工作區。

（1）分離模塊用于在內核層、框架層、應用層建立模式分離機制，分離為普通工作模式和安全工作模式，并通過預設操作實現普通工作模式到安全工作模式的轉換。

（2）可信安全工作區在安全工作模式中運行，采用TrustZone[15]加密模式進行加密，通過預設操作進入安全工作模式后，自身終端設備對可信安全工作區的存儲區具有唯一的讀取權限，拒絕外部設備對數據的拷貝請求。

該終端還包括TF安全卡[16]加密模塊和安全網關。

（1）加密TF卡裝入移動終端后，獲取所述加密TF卡的證書，對移動終端和所述證書進行認證綁定，并進行登錄，登錄成功后采用國密算法對作業數據進行加密防護。

（2）安全網關可實現電力通信可信后臺管理系統和電力通信可信移動作業終端的數據交互，作為作業數據進行加密的數據加密模塊和傳輸加密后的所述作業數據的專用傳輸通道。

3 結束語

移動運維系統的建設符合國家電網公司對通信設備移動運維業務的需求，結合信息通信巡檢、檢修、故障處理三大典型業務流程開發出的后臺管理系統和現場移動作業客戶端用戶界面友好，各功能模塊功能應用正常，操作便捷，符合系統使用人員操作習慣，在實際使用中并未出現明顯錯誤，實現了巡檢、檢修、故障處理等業務流程的無紙化、標準化、規范化的建設目標。目前隨著“大智云物移”等新型技術的出現，如何與信息通信業務有效結合，實現管理模式與現場運維服務創新，從而進一步提升信息通信服務新模式是接下來的研究方向，構建通信智能交互式平臺，提供交互式新型服務手段及新型智能設備，實現管理模式與現場運維服務創新，具有重大現實意義。