基于知识网格的智能电网信息安全系统

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Information Security System of Smart Grid Based on Grid Knowledge

Wang Jingmin； Dong Bo

（华北电力大学，保定 071003）

（North China Electric Power University，Baoding 071003，China）

摘要： 智能电网发展中的一个重要问题就是开发与建造一个能够覆盖电网全域的、统一的信息系统。这种电网的统一信息系统应当与电网现有的分布和分层式控制管理体系相适应且融合为一体。文章提出了基于知识网格的智能电网信息安全系统，它对于电网信息的实时、海量、多源、多类型及多格式具有显著的优势，它能够很好解决智能电网发展中存在的上述问题，提高信息系统的安全稳定性。

Abstract: With the development of smart grid, an important problem is to develop and construct a grid to cover global, unified information system. The information system should be adapted to the existing grid distribution and hierarchical control management system and unite as a whole. This paper develops a Smart Grid Information Security System based on grid knowledge, which has remarkable advantage in processing the real-time, huge quantity, multi-sources, multi types and multi-formats grid information, and which solve the above problems existing in the development to improve the security and stability.

关键词： 知识网格 智能电网 信息安全

Key words: grid knowledge；smart grid；information security

中图分类号：TM7 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）32-0039-02

0引言

网格是一种分布式的高性能计算和数据处理的底层支持框架，能够进行众多地理、组织上异构资源的管理,来实现Internet上的计算机资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源和知识资源的连接和整合、跨平台间的互操作及资源与服务共享，具有异构性、自治性、动态性、结构不可预测性等特点。

知识网格由Fran Berman较早提出，是一个智能互联环境,它能使用户或虚拟角色有效地获取，，共享和管理知识资源,并为用户和其他服务提供所需要的知识服务，辅助实现知识创新,协同工作，问题解决和决策支持。它以网格只能作为支撑，能够很好把握知识的动态变化态势。近年来我国一些人在此方面也作了一定的研究，诸葛海提出的知识网格模型为我国此方面的研究开了先河，史忠植在大量研究语义网格的知识发现理论、方法与技术的基础上，提出语义网格知识模型，实现本体驱动的网格知识管理。

坚强智能电网的安全运行将建立在设备的安全运行和信息的安全维护基础上，同时应注意信息的安全性在很大程度上意味着电网控制系统的安全性。信息和技术在实现坚强智能电网“电力流、信息流、业务流”高度一体化融合的同时，其负面影响不可避免地也波及到了电力系统。目前，电网信息化“SG186”计划在大部分区域已经基本完成，形成了纵向贯通，横向集成的“1”体化企业级信息集成平台，“8”大业务应用和“6”大保障体系。华东电网制定出具体规划体系方案中将安全列于举足轻重的地位，可见，构建安全可靠的信息化电网通信网络已经成为建设只能电网的重要内容。

计算机在电力通信技术中的灵活应用，传感器检测技术的硬件技术支持，集合了各类设备资源特参数信息、运行状态信息、需求侧信息和需求响应信息的数据库为智能电网的建设提供着重要的软件技术支持。各类数据信息的安全性直接关系到智能电网能否高效稳定、节能经济的运营。

各类数据信息的安全性直接关系到智能电网能否高效稳定、节能经济的运营。电网信息安全等级评估可以作为识别现有供配电系统中各类信息安全的等级的判别系统，便于根据信息的安全等级结果制定完善的安全防范措施，提高信息系统的整体安全性能，保障电网系统健康稳定的运营发展。采用电网信息安全等级评估系统，还可以为智能电网的规划建设提供科学合理的参考决策依据。

1知识网格的组织结构

作为分布式、问题解决与协同决策的服务支持平台，其资源节点的地理上分布广泛，归属于多个不同组织，具有异构特性的软硬件资源通过网络连接，在不同任务引擎驱动下，资源之间可以通过临时组合实现灵活的调度、分配和聚合，进一步实现数据的交换、信息的交流和知识的共享等功能，进行协同的数据分析和处理。具体要点如下：

1.1 人们能够通过单一语义入口获取和管理各地分布的知识,而无需知道知识的具体分布位置。

1.2 不同地域的相关知识智能地聚合，通过后台的推理与解释机制为其提供知识服务。此目标实现的方法是提供元知识。统一的资源管理模型对知识服务的动态聚合有大的促进作用。

1.3 在一个单一语义空间人或虚拟角色能映射，通过各个元素的重构和抽象，进行知识的共享并享用推理服务，使得其中的理解没有任何障碍。

1.4 知识网格能够快速高效地在全球范围搜索解决问题所需的知识，并找出较为合适的知识闭包（即最小完备知识集）。

1.5 知识网格环境下，知识不是静态而是动态演化的。这意味着知识网格中的知识服务在使用过程中可以不断自动地演化改进。

知识网格基本组织结构图如图1所示。

用户通过入口访问信息系统，不同的用户根据其身份特点设有不同的权限，以此来保障信息的安全性。有能力的用户可以提出服务请求通过动态加入的方式作为资源节点进入网格平台。统一编程接口是用户访问的出入口，功能主要包括程序的识别、提交和结果返回。该服务器能够为用户提供友好的界面支持，以便于响应用户服务请求并返回结果。中间件的应用使得基于网格技术的服务和故障诊断系统平台的构建更为顺畅，通过统一管理资源为用户提供各种服务。目录树是网格系统管理网格资源的有效途径，使得各种资源在系统中表示能够统一起来，从而方便资源的使用，使得在远程服务和故障诊断过程中，能够有效计算分析网格节点资源、实现节点资源优化调度，保证系统工作质量。

2基于知识网格的信息安全系统

2.1 系统内容研究智能电网具有信息化、自动化和互动化的特征，其信息安全研究主要内容包括：基础信息网络安全和重要业务系统安全保障、复杂大系统下网络的正常运行、防御、安全存储备份、入侵防御、攻击防范、信任体系和新型密码技术。

随着信息技术的快速发展，各种信息的更新更快，周期更短，相应的信息量也呈现出爆炸式剧增态势，导致电网中出现数据越多信息越匮乏的现象。智能电网相关信息表现出海量、多源、多类型、多格式和实时性特征，这些特征不仅要求信息系统达到其处理这些信息的目的，同时进一步体现其选择的存储和处理是否合理、高效。面对海量的实时数据，迅速定位并寻找到所需信息对于提高实务处理能力尤为重要。但是仅仅依靠人力和人为的传统做法已经很难达到要求，这就需要建立一个能够使得资源共享、远程讨论、动态交互、智能分析的远程协同决策支持系统来达到及时、高效地处理庞杂的信息，从而保证信息系统安全、稳定地运行。

2.2 系统构建知识网格是一个智能互动的环境，能使用户（或虚拟角色）有效地获取、、共享和管理知识资源，为用户提供其所需要的知识服务，以实现知识创新、工作协同、问题解决和决策支持。基于知识网格的智能电网信息系统是在知识网格这个灵活、互动环境下获取电网信息并将其共享和管理以进行有效利用达到系统目标。为了提高信息的传递速度和使用效率，各个子系统之间的调用、融合及互通程度的加深，构建统一的信息系统来显得尤为重要。统一信息系统作为知识网格信息系统的核心部分担任其中间件的角色，包括以下4个独立存在又相互依赖的信息处理子系统：①分布和分层的数据库群子系统，负责存储和管理电网的全部信息数据；②一个分布和分层的应用子系统，用于电网的控制与管理；③一个用于电网状态检查和监视的分布和分层式应用子系统；④一个电网全域可达（accessible）的人机信息交互子系统。由它们进行数据的筛选、整理、加工、利用和生成以实现理想的解决方案。

基于知识网格的智能电网信息安全系统体系结构如图2所示。

该体系包含3个大的部分：①信息汇集层：主要完成信息的收集。②中间件层：该层是整个体系结构的核心部分，它包括各个子系统和多种应用工具，各个子系统发挥不同的功能，比如数据库群子系统发挥着存储、管理电网中的所有信息数据。它们通过各自的功能来实现对信息的处理、加工和生成。同时客户端可以通过应用这些工具方便地运用知识服务网格中的知识服务来完成复杂的活动事项,使得整个系统成为一个有机的协同工作整体，实现跨平台、分布式操作和应用。③服务层：该层主要是将经过中间件层过滤后的信息所生成的不同解决方案进行分类，界定不同的单元对象。根据不同单元其自身性质和功能的不同甄别其所需的信息和方案，针对不同的对象单元分配相应的解决方案并用相应的语言进行描述，使其发挥相应的功能，完成一定的任务。

3结语

如何统一、规范、有效地管理各种资源是现阶段信息系统所面临的关键问题。知识网格的目标正是建立基于动态的信息、知识和服务资源，进行有效共享和管理的平台。将知识网格结构应用于智能电网的信息安全系统中很好地解决了智能电网发展中的所要求的开发与建造一个能够覆盖电网全域的、统一的信息系统，这种电网的统一信息系统应当与电网现有的分布和分层式控制管理体系相适应且融为一体这一问题。很大程度调高了信息利用效率，加强了信息系统的安全性和稳定性。

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作者简介：王敬敏（1955-），女，河北保定人，教授，博士生导师，从事智能电网，需求侧管理，决策支持等研究；董博（1987-），男，陕西渭南人，硕士研究生，从事系统工程及决策支持方面研究。