核電企業轉型互聯網架構的研究

楊 強 王 燃 劉帝勇

1(江蘇核電有限公司 江蘇 連云港 222042) 2(海南核電有限公司 海南 海口 570100) 3(三門核電有限公司 浙江 臺州 317112)

核電企業轉型互聯網架構的研究

楊 強1王 燃2劉帝勇3

1(江蘇核電有限公司 江蘇 連云港 222042)2(海南核電有限公司 海南 海口 570100)3(三門核電有限公司 浙江 臺州 317112)

數字化時代涌現的多樣化業務需求對核電企業信息化提出了新的要求，傳統信息化架構難以適應。結合主流的互聯網架構技術以及核電企業自身特點，著重從分布式彈性計算資源管理、應用容器化、微服務組件化、開發運營一體化四個方面進行了深入研究，對核電企業IT轉型互聯網架構進行了一些思考。為核電企業構建可信賴的、持續的、實時的業務集成和創新平臺提供有益的探索。

核電企業 彈性計算 微服務 DevOps

0 引 言

隨著企業信息化建設的深入發展，核電企業基本已建成完善的基礎架構設施。在此基礎上，各下屬核電企業基本實現了生產管理、資源管理等主要領域的信息化管理，主要業務流程能夠通過信息系統進行流轉，信息系統已能夠全面覆蓋企業生產、經營的各類業務，信息系統間也得到了一定的整合，企業信息化達到了高度共享，經營管理者可及時了解企業運營情況，提升企業整體效率。

通過引入PMP、COBIT、ITIL等國際先進管理理念，國內的核電企業基本上均建立起符合自身企業特點的IT治理體系。通過體系化的運作，企業形成了良好的投資策略和投資結構及建立了較為先進的系統技術架構，結合完善的信息化標準和管理規范體系，能夠滿足企業在信息安全、運維、服務管理、績效管理等方面的需要。

在互聯網+時代，越來越多的核電企業面臨著向數字化轉型的需求，如何將現有的IT管理架構轉型到互聯網架構的模式成為當前企業信息化關注的重點。

1 核電企業信息化面臨的問題

1.1 多樣化的業務需求全方位影響IT

在數字化時代，越來越多的核電企業發現，在傳統的IT管理理念中盛行的需求管理和項目管理方法已經無法應對內部客戶多變的需求，企業信息化面臨著向數字化生態轉型的難題。數字化生態下的信息化建設已經成為構建企業核心競爭力的重要基礎。數字化生態下的流程運作和數字核電廠運營的要求對核電企業當前的信息化架構提出了更為廣泛的挑戰。

業務的變化在全方位的影響著IT的發展。一般而言，IT的發展從戰略出發，以信息化架構為依托，以基礎平臺為支撐，配合以技術標準、技術架構和技術管理等管理手段，在其基礎上實施技術戰略及創新。數字化業務的提出就需要信息化架構向數字化架構轉變，傳統的信息技術平臺需要向互聯網化的平臺轉變，更重要的一點是，在技術上的戰略及創新應當以數字化為核心。企業數字化轉型的業務需求(目標)包括客戶體驗、運營流程以及業務模式三部分[1]。對于核電廠而言，客戶體驗就是內外部干系人對于應用系統的滿意與否；運營流程就是信息化涵蓋的業務流程是否能夠涵蓋核電廠運營的需要；業務模式是指數字化時代核電廠所采用的業務操作方式方法。這三者是核電廠開展數字化轉型所主要考慮的三個方面。

在現實資源上，核電企業在電力供應上的優勢為數字化產品服務提供了一個可行的思路。核電企業在數字化業務需求上有著濃厚的興趣，數字核電概念的提出將業務數字化變革向IT變革往前提了一步。企業面臨的多渠道管理和數字化運營已經在眾多制造業內得到了實例驗證，這為核電企業在數字化業務變革奠定了基礎。

1.2 內部信息技術上面臨的問題

當前核電企業的信息系統主要以各電廠單獨部署和運維的方式來開展建設，在具體的信息化建設上大都是按照業務條線進行建設，主要目的是滿足業務功能；這些系統往往采用煙囪式的系統建設方式，難以避免功能上的重復建設；有些應用系統建設仍由業務部門負責，近些年才逐步實現了對信息化建設的集中管理。往往這些企業當前在用的某些信息系統的技術陳舊，不能適應用戶對其升級的需求；信息系統的代碼隨著業務需求的不斷增加，代碼量迅速增加。企業內使用到的某些產品技術架構已經過十幾年的發展，沒有經過重構，很多技術已經逐步失去了技術儲備，新接手的人很難了解系統的架構。受制于某些產品技術的架構限制，業務高度耦合，代碼修改困難，系統無法與客戶需求匹配。目前的技術體系中使用的技術大多無法適應國際化和多瀏覽器的環境。

在日常運維上，傳統的單體應用無法自動發布和自動化部署，導致系統無法滿足用戶不斷變化的需求，交付周期變得很長。具體的問題還有：

1) 用戶體驗差：應用系統響應很慢，不同時間段的體驗反差大，不同用戶終端的使用體驗反差也很大。

2) 應用系統擴展性差：應用系統很“笨重”，大都是緊耦合，系統架構難以調整，任何調整對其他應用都造成巨大影響。

3) 應用開發周期長：應用架構缺乏規范，共性應用平臺少，每次建設一個新的應用需要較長的時間。

4) 數據實時分析能力不夠：數據分析還是構建在傳統平臺之上，不能提供實時、智能的數據分析能力。

5) 技術管理體系不完善：受管理模式及管理流程差異制約，業務標準化和信息標準化工作推進難度大，且缺乏統一的技術管理標準和管控機制。

2 解決思路

2.1 “軟件定義數據中心”的企業云平臺

在傳統模式下的資源管理通常是將物理操作系統或虛擬操作系統分配給用戶，這種靜態資源的分配方式最大問題是無法實現最大化資源共享。在轉型向互聯網架構時，首要的問題是將整個數據中心抽象成一個分布式操作系統內核進行管理。目的是將傳統的數據中心的軟件基礎設施升級成為使用互聯網技術支撐的彈性計算的分布式系統。分布式系統以微服務為核心，強調運維的智能化與自動化，所能夠解決的場景是支持百萬甚至千萬級別的海量物聯網設備及數據采集和實現數據的實時處理和預警、分析應用。

“軟件定義數據中心”，其實質就是虛擬化[2]，也就是可以將三大關鍵的計算資源虛擬化和池化， 包括服務器、存儲和網絡[3]。虛擬化的資源能夠按照運維人員的要求自由組合，能夠有效地響應不同IT階段的應用要求。 “軟件定義數據中心”能夠有效避免重復硬件投資和資源浪費。

通過“軟件定義數據中心”，基于云平臺進行基礎架構的管理，可以實現一體化管控和統一資源配置，使核電企業的基礎設施平臺具備應用負載自動感知能力，從而能夠動態、自動化地響應應用需求。通過平臺提供的API能夠自主調用所需要的緩存服務、文件服務、數據庫服務等服務。用戶通過監控數據中心的資源利用情況，動態調整計算資源的數量。圖1是典型核電企業基于云的基礎設施架構。該架構在基礎設施層將計算資源、存儲和網絡進行池化管理；在平臺服務層，企業可以借助集成平臺(ESB產品例如SAP PI等)實現數據和應用層面的集成；在應用層搭建了符合電廠自身以及長遠規劃的應用體系；在用戶交互與渠道接入商能夠支持多種交互方式。

圖1 典型核電基于云架構的基礎設施架構

2.2 微服務組件化

針對業務需求不斷變化的難題，有必要通過引入微服務架構實現對應用的快速開發和標準化的管理。

微服務架構[4-7]是一種新的軟件體系設計模式，它并沒有形成統一、嚴格的定義，但是基于其分布式環境應用的場景，卻擁有一些共同的特征：比如開發敏捷性、持續交付、可伸縮性、最終一致性等。

微服務架構[4-7]建議將大型復雜的單體架構應用劃分為一組微小的服務，每個微服務根據其負責的具體業務職責提煉為單一的業務功能；每個服務可以很容易地部署并發布到生產環境里隔離和獨立的進程內部，它可以很容易地擴展和變更；對于一個具體的服務來說可以采用任何適用的語言和工具來快速實現；服務之間基于基礎設施互相協同工作。

圖2是為核電企業設計的微服務整體架構，根據行業的特點，重點需要建設的是人、財、物和設備運行、管理等業務應用，以及例如核燃料等相關的專業應用。數字化架構下不可避免需要考慮APP等新的渠道下的應用。此外，集團統建應用或主管部門要求的應用接入也需要作為業務的來源統一考慮。在這種情況，有必要在企業當前各類信息資源的基礎上進行分析和抽象，梳理出服務化的組件，組件劃分按照單業務使用的業務服務和公共服務兩個方面進行評估，具體的服務細粒度應當采取合適的原則，避免不必要的資源浪費。微服務管理功能作為核心功能也需要同步實施。這樣，就可以基于組件化的微服務來開發相應的業務應用。

圖2 典型核電企業的微服務架構設計圖

2.3 應用容器化

Docker作為一個開源的應用容器引擎，自2013年發布到現在，已經得到眾多廠商和開發者的支持。開發者利用Docker可以實現容器化的應用部署，通過將應用及其依賴打包，可以自由地發布到主流的Linux環境上。Docker的沙箱機制保證了容器的相互獨立性。容器的特點就是與底層的框架和編程語言無關，可以很方便地改變其運行的基礎環境而不會對性能造成影響。這一特點對于企業的運維人員而言是一項極大減輕工作量的優點。Docker的鏡像是一種輕量級的虛擬化，相比較傳統基于Vmware等虛擬化技術而言，能夠以更少的資源占用表現出更高的性能。Docker的隔離特點完全符合構建PaaS平臺的要求，有助于應用架構的橫向擴展[8]。

Docker可以讓云的計算資源得到更充分的利用。隨著Swarm和Kubernetes等集群編排工具的推出，加速了Docker云在企業中的普及，更有RancherOS這種基于Docker的輕量級Linux分發版的產生，給業界提供了操作系統級的解決方案，使得企業容器化的門檻在迅速降低。

核電企業將應用通過容器化進行部署的方式能夠獲得顯著的收益。一方面有助于開發運維一體化的實現，提高內部IT的協作效率。另一方面，能夠大大降低IT硬件資源需求，以更為輕量級的方式實現計算資源的分配。圖3是典型核電企業基于Docker的容器化架構，各層均采用開源軟件作為相應各層的技術平臺。

圖3 典型核電企業基于Docker的容器化架構

2.4 開發運營一體化

開發運維一體化(Devops)是基于云平臺架構下的新技術體系，DevOps包括了一套完整的價值觀、原則、方法、最佳實踐和工具。目的是重構開發運維一體化機制以及自動化運維體系。DevOps保證了開發人員，運維人員之間的良好溝通和協作，有利于解決傳統IT運維管理模式里面存在的信息溝通效率不高的問題，有助于提高IT部門的整體效率。DevOps能夠滿足在互聯網時代企業內部用戶對于IT運維管理上的需求，在眾多大中型企業得到了應用實踐[9]。

DevOps包括了5個方面，包括自動化運維、持續集成、自動化測試、持續部署、源碼管理。這5個方面均有開源的工具予以支持。DevOps能夠通過利用各種自動化集成工具和開發相關程序。圖4是DevOps的工作流圖。

圖4 Devops下的開發工作流程圖

3 結 語

在核電廠實際的信息化建設進程中，需要綜合考慮技術、成本等實際因素。一方面，Docker等技術基于Linux內核，縱觀當下核電企業，雖然一些起步較早的單位的應用服務已轉向以Linux架構為主，但部分單位的信息化應用還是以Windows系統為主，在實際改造中需要先人一步的覺悟和壯士斷腕的決心。另一方面，在對于既有架構的改造的同時也需要著手制定架構標準。當前核電企業應用系統的基礎平臺，主要分布在Java和.NET兩大主流。Java本身具有跨平臺特性，易容器化改造，微軟也于2015年發布了跨平臺的. NET Core，使得.NET步入跨平臺的陣營。加之數據庫陣營中的主流角色Oracle、MySQL、Mongodb等也均是原生的Linux血統，有了這些基礎保障，就應該盡早發布企業的新架構標準，從設計、交付、接入到運營上，都得以規范和提升。

無論核電企業基礎如何，在當今的數字化時代，核電企業都應當在現有的基礎架構和應用架構的基礎之上，利用開放的、新興的技術，服務的自動化部署與彈性擴展能夠通過“軟件定義數據中心”的思路來解決。在應用系統的開發上，核電企業應當需要轉換思維，使用面向服務的設計，共享業務和IT技術能力。核電企業要充分利用容器化的技術改善應用部署工作流程，加快應用從構建到測試到部署的全流程。對于有條件的企業，應當采用智能、實時數據分析技術，驅動企業向數據價值驅動的創新型企業轉型。核電企業轉型互聯網架構有助于構建可信賴的、持續的、實時的業務集成和創新平臺支撐企業內外部的各項業務需求，是未來的發展方向。

[1] 王保育,李紀華,吳筱瑛.企業數字化轉型架構[M].北京:電子工業出版社,2015.

[2] 張振倫.軟件定義的數據中心[J].軟件和信息服務,2012(11):77.

[3] 郭平,湯銘.重塑數據中心[N].計算機世界,2014-04-28(25).

[4] Th?nes J.Microservices[J].IEEE Software,2015,32(1):1-116.

[5] 王磊.微服務架構與實踐[M].北京:電子工業出版社,2015.

[6] Patanjali S,Truninger B,Harsh P,et al.CYCLOPS:A micro service based approach for dynamic rating,charging & billing for cloud[C]//International Conference on Telecommunications.IEEE,2015:1-8.

[7] Newman S.Building Microservices[M].O’Reilly Media,Inc,2015:1-280.

[8] 王亞玲,李春陽,崔蔚,等.基于Docker的PaaS平臺建設[J].計算機系統應用,2016,25(3):72-77.

[9] 鄒筱菁,柯林.基于DevOps的軟件開發管理模式[J].數字技術與應用,2016(11):184-187,217.

RESEARCHONINTERNETARCHITECTUREOFNUCLEARPOWERENTERPRISETRANSFORMATION

Yang Qiang1Wang Ran2Liu Diyong3

1(JiangsuNuclearPowerCo.,Ltd.,Lianyungang222042,Jiangsu,China)2(HainanNuclearPowerCo.,Ltd.,Haikou570100,Hainan,China)3(SanmenNuclearPowerCo.,Ltd.,Taizhou317112,Zhejiang,China)

In the digital era, the diversification of the business needs of the nuclear power enterprise information has put forward new requirements. Some of the problems faced by traditional information technology cannot be resolved through the traditional way. Combined with the mainstream internet architecture technology and the characteristics of nuclear power enterprises, we focused on the study of distributed flexible computing resource management, application containerization, micro service component, development and operation integration. And we carried out some thoughts on the nuclear power enterprise IT transformation of the Internet architecture. This paper provides a useful exploration for the construction of reliable, continuous and real-time business integration and innovation platform for nuclear power enterprises.

Nuclear power enterprise Flexible computing Micro service DevOps

2017-01-19。楊強，高工，主研領域：信息化架構管理。王燃，工程師。劉帝勇，研究員級高工。

TP3

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.12.061