盧 彪，楊小瑩，李 悅

(宿州學院，安徽 宿州 234000)

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云計算技術在智慧電力網(wǎng)中的應用研究

盧 彪，楊小瑩，李 悅

(宿州學院，安徽 宿州 234000)

智慧電力網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理采用云計算技術搭建的智慧電力云計算網(wǎng)，能夠為智慧電力網(wǎng)的業(yè)務提供有效的技術支持.云計算技術針對智慧電力網(wǎng)的特征，為智慧電力網(wǎng)的數(shù)據(jù)存儲、計算模式和數(shù)據(jù)分析提供了嶄新的解決方案.該文首先討論了智慧電力云計算網(wǎng)的服務對象，然后分析了智慧電力云計算網(wǎng)云結構層次，設計了智慧電力云計算網(wǎng)的混合云結構模型.最后，該文分析了智慧電力云計算網(wǎng)可能存在的安全威脅，并就安全威脅問題給出了相應安全防護措施的研究.

云計算；智慧電力云計算網(wǎng)；安全威脅；安全防護

智慧電力網(wǎng)在發(fā)電、電力傳送、電力配置、電力使用的過程中，需要精確化、智慧化的對海量交互式電力數(shù)據(jù)進行管理，而即時連接的智慧電力網(wǎng)通過智能電表等終端可以實時、高效、全雙工的采集用戶與用戶、用戶與電網(wǎng)之間的電力數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)相應的節(jié)約能源消耗、垃圾減排，將智慧電力網(wǎng)的綜合利用效果提高一個大臺階[1].

由于智慧電力網(wǎng)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式已經(jīng)不能滿足用戶、電力部門的新需求，因此易于擴展管理的分布式存儲和分布式計算的云計算系統(tǒng)特別適合引入到智慧電力網(wǎng)中.云計算技術在智慧電力網(wǎng)中的全面使用，可以為智慧電力網(wǎng)的業(yè)務提供有效的技術支持.

1 云計算技術

云計算通過對龐大資源數(shù)據(jù)池中高度虛擬化的海量數(shù)據(jù)進行管理，統(tǒng)一為云數(shù)據(jù)用戶提供急速的數(shù)據(jù)部署、按需資源分配、方便資源管理的云計算服務.云計算的組成框架主要包括物理硬件層、基礎服務網(wǎng)絡、虛擬資源層、云業(yè)務服務層和用戶層[2].如圖1所示，云計算平臺能夠為用戶提供基礎設施服務(Iaas)、平臺服務(Paas)和軟件服務(Saas)服務.

圖1 云計算平臺框架

在云計算模式下，客戶通過互聯(lián)網(wǎng)對數(shù)據(jù)資產(chǎn)進行訪問和使用，客戶數(shù)據(jù)資產(chǎn)的所有權和管理權已經(jīng)分離，數(shù)據(jù)資產(chǎn)統(tǒng)一由云服務器進行管理.云服務器中的數(shù)據(jù)資源由云計算服務器統(tǒng)一管理分配，用戶可以利用網(wǎng)絡很方便地訪問使用云存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資源.在云計算系統(tǒng)中，云數(shù)據(jù)所有權和云數(shù)據(jù)管理權已經(jīng)進行了分開處理[3].

在電力系統(tǒng)的原有廣域網(wǎng)的基礎上，將智慧電力網(wǎng)建設成基于云計算技術的電力系統(tǒng)，可以迅速地提高電力網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)交互效果，最大限度地對當前電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資源和處理器資源進行整合處理.在下文中，我們將數(shù)據(jù)處理基于云計算技術的智慧電力網(wǎng)稱作智慧電力云計算網(wǎng).

2 智慧電力云計算網(wǎng)

2.1 智慧電力云計算網(wǎng)的服務對象

智慧電力云計算網(wǎng)服務的對象主要包括三類：電能用戶、電力職能部門和第三方服務提供商.

(1)電能用戶可以分為家庭用電、商業(yè)用電和工業(yè)用電.智慧電力云計算網(wǎng)通過采集電能用戶設置參數(shù)和電力智能部門需求，利用智能優(yōu)化算法去最優(yōu)化電能的合理使用.電能用戶也可以共享智慧電力云計算網(wǎng)提供的電力智能部門的輸電信息，更好地規(guī)劃電能分配使用解決方案.

(2)電力職能部門是智慧電力云計算網(wǎng)的核心部分.電力職能部門需要處理的多元化數(shù)據(jù)類型主要包括：用戶電表數(shù)據(jù)和用戶智能設備數(shù)據(jù)；電力網(wǎng)傳感器輸送的數(shù)據(jù)資源；通過數(shù)據(jù)挖掘技術采集的隱藏數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù).這些數(shù)據(jù)分為安全性較高的保密數(shù)據(jù)和安全性相對較低的公開數(shù)據(jù)，智慧電力云計算網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺需要根據(jù)數(shù)據(jù)類型的分類進行分別存儲管理這些海量數(shù)據(jù)，如果保密數(shù)據(jù)被竊取會產(chǎn)生泄露三大用戶的隱私消息的危險，甚至給黑客留下攻擊的漏洞導致云網(wǎng)系統(tǒng)的崩潰.

(3)第三方服務提供商可以為智慧電力云計算網(wǎng)差異化的應用服務，這種服務是在電力職能系統(tǒng)不可控的環(huán)境下執(zhí)行的，這也為服務安全可靠性和電能用戶的數(shù)據(jù)隱私增加了安全風險.

2.2 智慧電力云計算網(wǎng)的結構層次模型設計

智慧電力網(wǎng)采集電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行大規(guī)模的數(shù)據(jù)解析、驗算、模擬和智能處理，電力網(wǎng)信息處理的能力已難以滿足當前海量數(shù)據(jù)的存儲、實時處理的需求[4].云計算的數(shù)據(jù)處理技術可以為電力系統(tǒng)中類型和性能要求不同的各類性能不同的多元數(shù)據(jù)處理提供高性能的數(shù)據(jù)并行管理、并行編程、分布式處理和容災備份技術.

智慧電力云計算網(wǎng)通過動態(tài)分配、動態(tài)重組、動態(tài)布局、虛擬計算和實時監(jiān)控的方法來管理云計算存儲數(shù)據(jù)池，向用戶或電網(wǎng)系統(tǒng)提供符合服務質量(Quality Of Services)要求的數(shù)據(jù)存儲業(yè)務、數(shù)據(jù)處理業(yè)務和計算平臺的云服務[5].智慧電力云計算網(wǎng)的層次架構包括了高級訪問層、應用接口層、基礎管理層和物理存儲層共四層架構，如圖2所示.

圖2 智慧電力云計算網(wǎng)的結構層次模型設計

電云網(wǎng)將所有網(wǎng)絡資源和軟件服務進行云資源數(shù)據(jù)協(xié)同整合、分布式數(shù)據(jù)處理和集群數(shù)據(jù)處理，為各省、市和縣等各級電力網(wǎng)、電力網(wǎng)終端提供基于云計算的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算處理業(yè)務，建設一套電力內網(wǎng)私有云服務.

為了將電網(wǎng)私有云的數(shù)據(jù)資源處理得更加滿足實際需求，還需要根據(jù)省、市和縣的清晰管理層次權限來建設主體云管理和子業(yè)務云管理，這樣可以減少電云網(wǎng)內部的不必要的數(shù)據(jù)資源部署分配，以及權責不明確等問題.

2.3 智慧電力云計算網(wǎng)的混合云模型設計

隨著用戶對電力網(wǎng)提供的服務需求的多元化、多維度發(fā)展，僅僅依靠電力系統(tǒng)私有云提供有限的服務是不足的，很難從根本上為大量電網(wǎng)數(shù)據(jù)的挖掘、存儲和分析處理提供一套完整的解決方案.

我們考慮將混合云技術引入到電力網(wǎng)中，電力系統(tǒng)私有云模塊負責存儲和管理安全性要求較高的數(shù)據(jù)資源，而公有云模塊負責處理安全性相對要求不高的數(shù)據(jù)資源，公有云的訪問權限要根據(jù)實際權責進行相應的設置來保障公有云的相對安全性.

當電力網(wǎng)私有云出現(xiàn)數(shù)據(jù)處理故障或數(shù)據(jù)處理能力不足的緊急情況時，公有云可以作為私有云的備份資源來協(xié)助私有云做出相應的服務以實現(xiàn)智慧電力網(wǎng)的可靠運行.智慧電力網(wǎng)混合云的結構如圖3所示.

智慧電力云計算網(wǎng)租戶通過輸入應用程序接口傳送各類數(shù)據(jù)信息至智慧電力云計算網(wǎng)中進行存儲、管理和分析，并發(fā)送相應的服務請求信息.根據(jù)數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)來源，以及數(shù)據(jù)檢索的存儲模式，智慧電力網(wǎng)混合云設置負載均衡算法，以盡可能降低網(wǎng)絡負載[6].

圖3 智慧電力網(wǎng)混合云組網(wǎng)架構

通過對智慧電力云計算網(wǎng)的用戶對象的分析我們發(fā)現(xiàn)，云計算技術為電力網(wǎng)系統(tǒng)大量數(shù)據(jù)的解析、挖掘、驗算、模擬和智能處理提供可靠的解決方案.為了保障智慧電力云計算網(wǎng)的穩(wěn)定性和高可靠性，我們繼續(xù)討論電力網(wǎng)絡的安全威脅和威脅防護手段.

3 智慧電力云計算網(wǎng)中的安全威脅

3.1 物理層安全威脅

物理層的安全威脅主要包括：電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶非法惡意訪問其他電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶的私密數(shù)據(jù)，侵犯其他電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)的機密性及破壞他人的信息隱私；電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶非法入侵網(wǎng)絡中的虛擬機，進而越過虛擬機的權限限制去侵犯其他虛擬機導致虛擬機崩潰；第三方服務商盜取電力用戶數(shù)據(jù)，導致電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶的信息隱私被隨意破壞，使得電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)不再具備機密特性[7]；

3.2 虛擬層安全威脅

虛擬層的安全威脅主要包括：利用虛擬機之間的非法通訊功能，侵害電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)的保密性或完備性；黑客采取虛擬機控制逃離手段，非法獲取整個智慧電力云計算網(wǎng)中的用戶數(shù)據(jù)資源；宿主機挾持虛擬機，非法盜取其他虛擬機上的機密數(shù)據(jù)資源；黑客脅迫某些虛擬機強行占用大量的存儲空間，迫使其他正常虛擬機的服務得不到正常滿足；智慧電力云計算網(wǎng)第三方服務商挾持虛擬機，進而非法入侵電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶的機密數(shù)據(jù)[8].

3.3 云服務層安全威脅

云服務層安全威脅主要包括：第三方服務商篡改云服務的權限設置，使得電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶可以非法竊取修改其他電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶的數(shù)據(jù)；黑客攻擊電云網(wǎng)的安全漏洞竊用電力網(wǎng)云服務的權限，進而跳過權限設置的限制去非法入侵盜取所有電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)；電力網(wǎng)云服務商竊取電云網(wǎng)系統(tǒng)用戶的數(shù)據(jù)資源，直接破壞用戶數(shù)據(jù)的機密性；木馬程序、病毒等同樣是電力網(wǎng)云服務的安全危險因素.

4 智慧電力云計算網(wǎng)安全保障體系結構

根據(jù)對智慧電力云計算網(wǎng)中的安全威脅的分析，需要設計對應的安全防護手段去保障電云網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全需求.我們通過對物理層、虛擬層、云服務層和安全管理層采取科學的安全防護手段，去構建電云網(wǎng)的安全體系結構.智慧電力云計算網(wǎng)安全保障體系結構設計如圖4所示，該安全體系給物理層、虛擬層、云服務層和安全管理層提供了有效的安全防護技術.

圖4 智慧電力云計算網(wǎng)安全保障體系結構設計

物理層：物理層采取網(wǎng)絡隔離手段，可以限制不同虛擬機對智慧電力云計算網(wǎng)數(shù)據(jù)資源的訪問權限；通過數(shù)據(jù)加密等技術，保證系統(tǒng)所占存儲資源空閑或重新利用前能得到完全釋放清理，為其他數(shù)據(jù)資源正常使用存儲空間做好保障工作，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全存儲.

虛擬層：通過身份認證技術手段，去識別登錄虛擬機用戶身份的真?zhèn)涡?；通過訪問控制技術手段，去控制第三方服務商對資源的訪問，避免非法訪問虛擬機；通過虛擬機隔離技術，使不同虛擬機不能進行互相數(shù)據(jù)訪問；保障宿主機中程序等在可信環(huán)境下運行，防止遭到惡意代碼等破壞；通過殺毒軟件等手段保障程序運行在安全的環(huán)境下，從而防止木馬病毒的攻擊；通過數(shù)據(jù)加密存儲手段，保障非法用戶不能輕易竊取數(shù)據(jù)；通過安全審計手段，隨時監(jiān)控第三方服務商訪問記錄是否存在非法行為.

云服務層：鑒定用戶身份是否為非法用戶，防止非法用戶的入侵；通過訪問控制手段，限制用戶隨意訪問電云網(wǎng)數(shù)據(jù)資源；用戶層的數(shù)據(jù)使用加密技術，保證用戶數(shù)據(jù)的機密性；通過數(shù)據(jù)隔離技術，將不同用戶的數(shù)據(jù)信息進行隔離處理；通過安全審計手段，隨時監(jiān)控用戶的訪問記錄.

安全管理中心：安全管理中心實現(xiàn)對智慧電力云計算網(wǎng)計算環(huán)境中不同用戶的身份管理、密鑰管理和電力云網(wǎng)服務商的云服務管理；完成云環(huán)境下的授權、安全配置等管理；實現(xiàn)整個智慧電力云計算網(wǎng)環(huán)境中監(jiān)控及審計管理.

5 結束語

本文通過介紹智慧電力網(wǎng)的特征、分析智慧電力網(wǎng)所面臨的問題，將易于擴展管理的分布式存儲和分布式計算的云計算系統(tǒng)引入到智慧電力網(wǎng)中，可以為智慧電力網(wǎng)技術的新發(fā)展形勢提供有效的解決方案.本文設計了智慧電力云計算網(wǎng)的結構層次模型和混合云設計模型，分析了云智慧電力云計算網(wǎng)存在的可能安全威脅，并就安全威脅問題給出了相應的安全防護措施.

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(責任編輯:王前)

Cloud Computing Technology in the Application of Intelligent Power Grid Research

LU Biao,QIU Hui-li,WU Xiao-yin

(SUZHOUUniversity,SUZHOU,Anhui234000,China)

Wisdom network data processing in the wisdom of the cloud computing technology can be used for building power cloud computing network and providing effective technical support for the intelligent network business. According to the characteristics of the intelligent power grid, cloud computing technology, data storage, calculation model for the intelligent power grid and data analysis are provided.Firstly, the intelligent power cloud computing network service object is discussed. Then, the wisdom power cloud computing network cloud structure level and the design of the intelligent power hybrid cloud structure model of cloud computing network is analyzed. Finally, the intelligent power cloud computing network possible security threats analyzed, and the corresponding safety protection measures about the security threat is given out.

Cloud computing; Cloud computing net wisdom; Security threats; Safety protection

10.13877/j.cnki.cn22-1284.2016.08.007

2016-03-30

安徽省自然科學研究重點項目“基于無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點定位技術改進及在井下人員定位中的研究”(KJ2016A777)；2015年省級大學生創(chuàng)業(yè)訓練計劃入選項目“探究網(wǎng)絡安全技術在電子商務中的應用”(201510379098)

盧彪，男，安徽亳州人，教師.

TP31

A

1008-7974(2016)04-0023-04