基于NAS技术的风电场数据备份实施案例.pdf

电力系统28丨电力系统装备 2023.6Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment由于风电场的特殊性，信息系统中所管理的数据随着风电场年份的增长，越积越多，其数据量十分大，多数数据都是风电场五六年积累下来，与风机机组性能相关的重要数据，这些数据十分宝贵。早期由于老风场项目大多数在投入建设时并没有考虑到将存储介质与服务器分离，将数据进行集中管理，以便更好地保护甲乙双方的数据安全，使数据存储一直存在安全隐患。运行的数据没有很好得到备份，出现重大灾难问题将会导致冗余性缺失及数据灾难性恢复困难等问题，导致风电场大量的运行数据处在无安全保障的环境下运行，致使双方都要承担数据丢失风险。随着安防意识的觉醒，越来越多的风电场意识到运行数据的重要性，基于目前的行业趋势，NAS 技术能够很好地保障风电场运行数据的安全及备份恢复。1 NAS技术NAS（Network Attached Storage）技术，即网络附加存储，是一种将分布式独立性的数据，重新进行整合，集中化管理，方便不同平台操作系统都能访问，实现数据共享。从结构上看，NAS 技术相当于存储服务器，采用局域网组网（LAN），基于 TCP/IP 协议通信，I/O 方式进行数据传输，因此 NAS 只须一根网线接入汇聚交换机中即可实现数据的传输和控制、数据的共享和备份。NAS 可以十分方便应用于各种常见的网络环境下，主服务器端和客户端都可以非常方便地在 NAS 上存取任意格式的文件，包括但不限于 SMB，NFS 等格式，安装相应的管理工具即可通过任意一台终端计算机，采用浏览器的方式去访问 NAS 设备，进行设备管理与运用，和传统服务器不同的是，NAS 抛弃大部分的计算能力，仅提供文件系统用于存储服务功能，因此这大大的降低了存储设备的性能需求和成本，同时优化了系统软硬件体系结构，多线程，多任务的网络操作系统内核更适合用来处理来自网络的 I/O 请求，导致 NAS 响应速度快，传输速度高。2 NAS存储设备结合实际业务需求，本案例初步设备选型采用群晖 Synology RackStation RS422+。Synology RackStation RS422+是一款封装在紧凑型1U 机箱中的4槽机架式NAS。它由强大的 Synology DiskStation Manager（DSM）操作系统提供支持，可为寻求满足日常数据管理需求的小型企业和家庭实验室所有者提供经济实惠的一体化解决方案，用于数据共享、同步和备份。2.1 设备性能亮点摘 要响应国家新能源发展战略，风电场相较于前几年，在信息化发展及网络信息安全方面有较大提高。文章实施案例来源于一线长期实际部署，真实风电场环境下实施，方案真实性、可操作性及应用性也已经得到各方的认可。方案的主要目的是防止服务器在出现灾难性故障的情况下，风电场运行数据丢失，数据无备份恢复，提出的基于 NAS 技术的 NAS 存储服务器组建的局域网平台，搭建自动化数据备份系统方案，实现对风电场中央控制监控系统的全局备份，为灾难性故障后的数据恢复提供可靠支撑。关键词NAS 技术；风电场；自动化数据备份系统；NAS 存储服务器中图分类号TP309.3 文献标志码A 文章编号1001523X（2023）06002803Implementation Case of Wind Farm Data Backup Based on NAS TechnologyHAN Zengtao，ZHAO Jian，WANG Haoran，CAI YiboAbstractIn response to the national new energy development strategy,wind farms have greater reinforcement in informatization development and network information security than in previous years.The implementation case of this paper comes from the first-line long-term actual deployment and is implemented in the real wind farm environment.The authenticity,operability and application of the scheme source have been recognized by all parties.The main purpose of the scheme is to prevent the wind farm operation data from being lost and data from not being backed up and restored in the case of catastrophic server failure.A LAN platform based on NAS storage server is proposed to build an automatic data backup system,so as to realize the global backup of the central control and monitoring system of the wind farm.It provides reliable support for data recovery after a catastrophic failure.KeywordsNAS technology;wind farm;automated data backup system;NAS storage server基于NAS技术的风电场数据备份实施案例韩增涛，赵坚，汪浩然，蔡逸波（浙江运达风电股份有限公司，浙江杭州310000）电力系统2023.6 电力系统装备丨29Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment（1）可靠的性能。601/516 MB/s 以上的速度连续读取/写入吞吐量，可支持稳定的数据传输。（2）紧凑型部署。节省空间的设计，安装服务器手柄时深度仅为327.5 mm。（3）冗余连接。双1 Gb E 端口，支持网络故障转移和负载平衡。（4）简单的网络升级。通过即插即用网络升级模 块，可轻松地添加10 Gb E RJ-45端口。2.2 针对数据保护和完整性进行了优化可借助 Synology DSM（基于先进的 Btrfs 文件系统而构建）强大的存储管理功能对数据予以妥善的保护。（1）先进快照技术，为共享文件夹和 LUN 提供定时、即时的数据保护。（2）文件和文件夹层级数据还原，可恢复特定文件或文件夹。（3）可配置的存储配额通过用于为共享文件夹指定存储限制的选项，简化了可用空间的管理。（4）文件自我修复使用镜像元数据和 RAID 配置检测并恢复损坏的文件。（5）内联压缩通过在数据写入存储池之前对其进行压缩，尽可能地减少了存储消耗并延长硬盘使用寿命。2.3 适用于混合团队的文件共享和同步RS422+的紧凑性和易于安装性使其适合作为边缘服务器进行部署，以在不同位置间提供方便有效的文件访问、共享和同步。（1）广泛的网络协议支持可确保跨 Windows、Mac和 Linux 平台无缝共享文件，同时借助与 Windows AD和 LDAP 的兼容性可轻松集成到任何现有网络环境中。（2）Synology Drive 是一种私有云文件管理解决方案，可通过便捷的桌面和移动应用程序实现远程数据访问、同步、按需文件还原和备份。（3）无缝文件共享功能与较高的安全级别（包括HTTPS 支持、内置防火墙以及多种 IP 和帐户入侵自动封锁机制）相结合。3 风电场数据备份的作用及意义风电场有别于一般企业，具有高度的封闭性和独立性。随着时代的发展，风电场信息化不断提升，在日常运行过程中会产生大量的数据信息。在对这些数据信息进行管理的过程中，需要做好数据的备份工作，以应对各种数据故障问题。由此，数据备份的重要性也成为风电场较为关心的重点问题。从理论角度进行分析，只要发生数据传输、数据存储和数据交换，就有可能产生数据故障，如果这个时候风电场没有相应的紧急灾难避险和恢复手段，那么电量数据将无法挽回，从而造成电场利益受损。数据故障的发生与多种因素相关，涉及到人为误操作，黑客攻击软件崩溃，硬件故障，环境因素等，会导致系统失效，数据遭破坏，丢失。目前，数据保护问题受到了风电企业的高度关注，纷纷通过建设防火墙和提升软件产品性能等方法来不断提高整体系统的容错性，以获得理想的数据保护效果。但没有万无一失的信息安全措施，为了确保数据的有效保护，只能不断去更新维护。因此，部署一套高性能可靠的数据备份与数据恢复系统将是保护数据安全的最后手段。通过这一方式，可以将工作人员从繁重、单调的备份工作中解放出来，显著减轻工作人员的工作量，节约管理成本，同时也可以避免人为误操作可能导致的备份数据丢失。4 风电场NAS数据备份系统架构本次研究提出一种风电场 NAS 数据备份方案，方案采用 NAS（网络附属存储）技术。在具体的方案设计中，选择在风电场一区部署一台1U 机架式 NAS 存储设备，采用 Btrfs 文件系统，启用阵列配置模式为 RAID5，配置网络聚合功能双网口冗余，保障网络通信畅通。在启用 NFS 服务之后，可以对 SCADA、能管等应用系统的重要数据，包括数据库、风电场数据采集应用软件、风电场监控管理应用软件等进行管理，将其定时备份至该存储设备之中，完成数据的跨主机备份。在该系统中，所应用的 NAS 设备为1U 标准机架式设备，通过挂耳直接安装至风电场核心交换机所在机柜内即可。LAN1口连接至主核心交换机10口，LAN2口连接至备核心交换机10口。其连接示意图如图1所示。242423232222212120201919181817171616151514141313121211111010核心交换机B核心交换机ALan1Lan2聚合链路NAS876543219987654321图1 NAS连接示意图注：NAS 网口应分别连接至两台核心交换机的风机监控业务备用端口。在结构方面，NAS 网络结构涉及到客户端与服务器以及 NAS 设备等组成部分，具体结构情况如图2所示。UNIX服务器NFSNASLINUX/UNIX客户端LAN图2 NAS网络结构电力系统30丨电力系统装备 2023.6Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment本实施案例主要适用于基于Linux操作系统的平台，案例实施现场为 CentOS 7系统，湖南麒麟系统。5 风电场数据自动备份策略目前，在制定数据备份基本策略的时候，需要紧密结合现有风电场实际业务需求，采用大众认可的几种备份策略方式。5.1 完全备份完全备份可以实现对全部数据的备份。此种备份的优点在于一旦发生灾难性数据损坏，可进行全盘恢复。但此种备份方式会造成大量数据的重复，占用大量的资源空间。往往需要消耗较长的时间方可完成对全部数据的备份，因此存在一定的不足之处。5.2 增量备份增量备份过程中，可以对上一次完全备份以后所更新的各种数据进行备份。此种备份方法的优点在于可以有效减少备份的工作量，节约资源空间，但同时也存在一定的不足之处，即数据备份的可靠性较差。5.3 实例部署反馈目前正在执行的 NAS 设备组网方案有两种。（1）NAS 接入核心交换机核心主业交换网络组网，9月份运行运行至今，网络监控运行正常，通讯质量监测正常，数据质量正常，未见异常报文波动（广西某风场，福建某风场）。（2）考虑到早期的风电场对业务的承载能力各不相同，为减小核心环网负载网络通讯压力，避免数据质量下滑，遂决定修改 NAS 接入方式，将 NAS 直接直连主服务器，进行网络通讯测试，保证设备的平稳运行的同时加强数据备份保护（江西某项目、河南某项目）。相关组网方案如图3所示。核心交换机SCADANASLAN1口图3 NAS设备组网方案实际情况部署过程中，考虑到可能会出现核心交换机限速问题，为避免影响主服务器与 NAS 的备份速率，因此后续项目统一采用第2个方案。5.4 实例数据以某风场风机台数20台为例：（1）全量备份执行情况。自2018年底运行至今有4年时间，data 存储容量为200 GB。以 data-full 执行数据库备份时间计算200 GB 的data，平均一台风机一年积累 data 数据文件2.5 GB，备份执行时间为4 h，1 h 接近50 GB，生成的备份文件容量为186 GB。（2）增量备份执行情况。备份执行间隔为一周，一周执行生成 data-diff 数据备份文件4 GB，平均每天生成735 MB。5.5 实例阵列配置目前 NAS 设备内置4块4 T 硬盘，容量分别为12 T。同时，采用 raid-5阵列，如果出现硬盘损坏不会造成数据丢失，从而尽可能地减小因设备损坏导致的数据丢失，同时也方便现场更换和维护。结合风电场业务实际特点，对数据进行分类，决定将完全备份与增量备份两种方式结合进行备份。其数据备份规则如下：每月一次对关系型数据库数据信息进行全量备份，每周三次对风电场采集软件 WindCore 全量备份，每月两次对关系型数据库增量备份，每月一次对风电场监控管理软件进行全量备份。6 结束语本文实施案例关注风电行业内数据信息安全，该方案的实际实施成功为今后面向风电场网络数据信息安全防护提供更多有效的防护手段，为今后风电数据保护提供强有力的数据保护，体现出风电行业在数据化安全防护方面的积极进取精神。参考文献1 刘凯，张小莹.NAS 技术原理及应用 J.今日湖北（中旬刊），2015（8）：83.2 王淑江，刘晓辉.网络存储.数据备份与还原 M.北京：电子工业出版社，2010.3 张捷.数据备份的策略和方法探讨J.科技信息（学术版），2007（34）：180.4 董刚，薛皓宝.基于 CFD 技术的某数据机房气流组织优化改造实践 J.电子元器件与信息技术，2019（7）：52-55.