對(duì)微服務(wù)架構(gòu)的電力云服務(wù)平臺(tái)研究

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(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司 信息中心， 昆明 650041)

0 引言

人工智能、云計(jì)算等技術(shù)的應(yīng)用使人們認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)技術(shù)的便捷，并且加大了對(duì)新型計(jì)算機(jī)技術(shù)的研發(fā)。在這一背景下，我國電力企業(yè)也逐漸加大了計(jì)算機(jī)技術(shù)的研究，希望更好地將信息技術(shù)應(yīng)用于電力業(yè)務(wù)中。信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用拉近了消費(fèi)者與電力企業(yè)的距離，進(jìn)一步推動(dòng)了我國電力產(chǎn)業(yè)的變革。同時(shí)，新技術(shù)的應(yīng)用勢必會(huì)對(duì)電力服務(wù)平臺(tái)造成影響，需要對(duì)原有的服務(wù)平臺(tái)重新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速接入、融合支撐的目標(biāo)[1]。微服務(wù)架構(gòu)是指利用虛擬化等技術(shù)分解功能，多個(gè)服務(wù)器共同執(zhí)行的過程。微服務(wù)架具有廣闊的發(fā)展前景，本文基于為服務(wù)器架構(gòu)研究電力云服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)建。

1 微服務(wù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)理論

“微服務(wù)架構(gòu)”一詞源于外國學(xué)者馬丁，其在文中指出，微服務(wù)主要是利用現(xiàn)代信息技術(shù)分散大系統(tǒng)，一個(gè)服務(wù)負(fù)責(zé)一個(gè)業(yè)務(wù)，高度、獨(dú)立地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自治[2]。

傳統(tǒng)架構(gòu)主要由3個(gè)層次構(gòu)成，分別為：數(shù)據(jù)層、表現(xiàn)層以及業(yè)務(wù)層。業(yè)務(wù)層主要負(fù)責(zé)編譯、運(yùn)維、部署等工作，從物理部署角度看來，其依然是一個(gè)單獨(dú)的層次。在傳統(tǒng)架構(gòu)下，開發(fā)者可使用系統(tǒng)提供的工具進(jìn)行設(shè)計(jì)與研發(fā)，為廣大設(shè)計(jì)者提供了便捷。在人們用電需求快速增長的情況下，傳統(tǒng)架構(gòu)的交付時(shí)間長，已經(jīng)被逐漸淘汰。

微服務(wù)架構(gòu)可以不僅可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立編譯，還可以獨(dú)立運(yùn)行，與傳統(tǒng)服務(wù)構(gòu)架相比，其總線開發(fā)的難度相對(duì)較小，靈活性強(qiáng)。微服務(wù)架構(gòu)如圖1所示。微服務(wù)架構(gòu)理念為敏捷開發(fā)，在微服務(wù)架構(gòu)的基礎(chǔ)上研究電力服務(wù)平臺(tái)，可以最大限度地簡化服務(wù)，同時(shí)能夠?qū)ΜF(xiàn)有的電力業(yè)務(wù)不產(chǎn)生任何影響。一般情況下，服務(wù)平臺(tái)的優(yōu)化一般由技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行互補(bǔ)的改進(jìn)[3]，即以“補(bǔ)丁”的形式實(shí)現(xiàn)。但是微服務(wù)架構(gòu)下的各個(gè)服務(wù)相對(duì)獨(dú)立，各個(gè)服務(wù)的變化周期存在較大的差異。如果需要升級(jí)、優(yōu)化系統(tǒng)，技術(shù)人員只需要更新問題組件即可實(shí)現(xiàn)。

圖1 微服務(wù)架構(gòu)圖

2 我國電力云服務(wù)發(fā)展問題

第一，我國在發(fā)展電力云服務(wù)的過程中浪費(fèi)了巨大的網(wǎng)絡(luò)資源。將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中需要帶寬等因素。現(xiàn)階段，電力企業(yè)數(shù)據(jù)處理中心一般運(yùn)用了云計(jì)算技術(shù)，數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算以及儲(chǔ)存需要運(yùn)用大量的帶寬。大量帶寬數(shù)據(jù)被使用意味著電力企業(yè)的數(shù)據(jù)處理中心使用了較多的公共網(wǎng)絡(luò)資源。以400臺(tái)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)繳費(fèi)系統(tǒng)為例，在23萬通過系統(tǒng)繳納電費(fèi)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)貸款的消耗高達(dá)95GByte每秒[5-6]。這一情況在我國東部大城市的電網(wǎng)系統(tǒng)中尤為明顯。

第二，重復(fù)建設(shè)問題。與歐美發(fā)達(dá)國家相比，我國的云計(jì)算技術(shù)仍處于初步發(fā)展階段。在利益的驅(qū)使下，云計(jì)算、云服務(wù)的開發(fā)商在推廣過程中不會(huì)重視社會(huì)效益。在引入國外相對(duì)成熟云服務(wù)的過程中，雖然幫助部分企業(yè)解決了難題，但是一定程度上會(huì)損耗社會(huì)公眾的利益，卻幫助國外企業(yè)獲得豐厚的收入，無法了解其核心技術(shù)[7]。與此同時(shí)，過度研發(fā)云計(jì)算會(huì)使我國電力企業(yè)數(shù)據(jù)短板暴露在外，并加劇了公共資源過度消耗的現(xiàn)象。

第三，電力能源消耗量巨大。2012年，國家能源局局長曾指出，基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心耗能量十分巨大，初步估算一年耗電約為1 000億千瓦時(shí)[9]。綜合實(shí)際世界其他國家的數(shù)據(jù)來看，截止2022年，世界各大電力運(yùn)營商消耗的電能可達(dá)到2.3億千瓦時(shí)。相關(guān)調(diào)查結(jié)果指出，截止到2015年12月，中國數(shù)據(jù)中心耗電量約為870億千瓦時(shí)，占國內(nèi)用電總量的1.7%。國外也早已認(rèn)識(shí)到這一問題，國外部分專家認(rèn)為，基于大數(shù)據(jù)的云服務(wù)系統(tǒng)的能效比十分低，服務(wù)器的空載消耗的電量達(dá)到85%以上[10]。以居民常常使用的谷歌搜索以及微博平臺(tái)為例，前者每年消耗的電能約為2.8億千瓦時(shí)，微博平臺(tái)平均每年消耗的電量約為2500萬千瓦時(shí)。

因此，在設(shè)計(jì)云服務(wù)平臺(tái)時(shí)，需要綜合考慮電力能源、網(wǎng)絡(luò)公共能源消耗問題，通過先進(jìn)的技術(shù)手段緩解云計(jì)算、云服務(wù)應(yīng)用的困境。

3 電力云平臺(tái)的主要構(gòu)成以及優(yōu)化分析

電力云服務(wù)平臺(tái)主要由3部分構(gòu)成，分別為：平臺(tái)服務(wù)層、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層以及云服務(wù)中心。第一，基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)等。云操作系統(tǒng)為用戶提供接口，之后由中心進(jìn)行整合。該系統(tǒng)同樣負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，由中心提供服務(wù)接口，之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理[11]。在對(duì)外服務(wù)方面，不僅可以提供虛擬器等計(jì)算服務(wù)，而且可以提供分布式存儲(chǔ)服務(wù)。負(fù)載均衡器與云中心分別提供接口以及監(jiān)控、調(diào)度等服務(wù)，同時(shí)科學(xué)配置各個(gè)系統(tǒng)組件的應(yīng)用訪問路由以及負(fù)載均衡。第二，平臺(tái)服務(wù)主要由兩部分組成，分別為：管理服務(wù)以及組件服務(wù)。前者主要負(fù)責(zé)平臺(tái)應(yīng)用的故障自愈、監(jiān)控以及灰度發(fā)布等管理工作；后者基于自身為各個(gè)租戶提供接口，使租戶與云中心建立連接[12]。除此以外，組件服務(wù)還會(huì)提供數(shù)據(jù)傳輸、統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問服務(wù)、數(shù)據(jù)復(fù)制服務(wù)、統(tǒng)一流程服務(wù)等等。第三，云服務(wù)中心主要由3部分構(gòu)成，分別為：部署中心、監(jiān)控中心以及控制臺(tái)。控制臺(tái)是云服務(wù)中心的關(guān)鍵，外部訪問只能通過控制臺(tái)進(jìn)行，內(nèi)部數(shù)據(jù)也只能通過控制臺(tái)向外傳輸。監(jiān)控中心利用全過程的監(jiān)控信息聯(lián)合部署中心確定與調(diào)整調(diào)度方案，實(shí)現(xiàn)高效、彈性調(diào)度。

針對(duì)當(dāng)前電力云服務(wù)平臺(tái)存在的入口多、風(fēng)格多樣、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，筆者提出了以下的優(yōu)化建議。(1)建立健全服務(wù)注冊制度。定位是服務(wù)注冊制度的主要作用。隨著電力業(yè)務(wù)的增長，需要研發(fā)一款高效、安全、實(shí)用的服務(wù)注冊中心。服務(wù)注冊主要有2種類型，分別為自注冊與被注冊。前者是指服務(wù)對(duì)象自主進(jìn)入中心；后者是指平臺(tái)主動(dòng)搜尋用戶，不斷挖掘潛在的服務(wù)對(duì)象[13]。例如，很多手機(jī)應(yīng)用會(huì)根據(jù)手機(jī)用戶的瀏覽歷史向用戶推送相關(guān)信息。(2)明確平臺(tái)通信標(biāo)準(zhǔn)。基于微服務(wù)架構(gòu)的電力云服務(wù)平臺(tái)中，由于各個(gè)服務(wù)為獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，各個(gè)服務(wù)之間而定通信機(jī)制存在較大的差異，需要制定統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)通信制度。首先，明確定義服務(wù)標(biāo)識(shí)，對(duì)各個(gè)版本的下多實(shí)例共存進(jìn)行描述[14]，提升系統(tǒng)的兼容性。其次，服務(wù)并發(fā)系統(tǒng)。由于電力系統(tǒng)同時(shí)段內(nèi)的訪問人數(shù)較多，多個(gè)服務(wù)器可能會(huì)同時(shí)相應(yīng)，這就需要系統(tǒng)具有服務(wù)器的并發(fā)功能。除此之外，部分服務(wù)器受到網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)等因素的影響，極有可能會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤、頁面無法刷新等情況，影響網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度。因此，在設(shè)計(jì)過程中可以采用熔斷限流的方案。最后，部分客戶端由于第三方軟件的阻止，導(dǎo)致客戶端的進(jìn)程被阻塞。在設(shè)計(jì)過程中可以應(yīng)用同步請(qǐng)求的模式。

4 微服務(wù)架構(gòu)的電力云服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

不同于傳統(tǒng)架構(gòu)下的電力云服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)需要將復(fù)雜的系統(tǒng)業(yè)務(wù)科學(xué)分解，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各個(gè)服務(wù)的重復(fù)利用。本文設(shè)計(jì)的微服務(wù)架構(gòu)的電力云服務(wù)平臺(tái)如圖2所示。技術(shù)人員在設(shè)計(jì)研發(fā)平臺(tái)應(yīng)用后，利用持續(xù)交付平臺(tái)部署、驗(yàn)證應(yīng)用。部分，驗(yàn)證完畢后傳輸服務(wù)中心，同時(shí)進(jìn)行注冊[15]。利用服務(wù)網(wǎng)關(guān)平臺(tái)，服務(wù)請(qǐng)求者可以對(duì)云服務(wù)平臺(tái)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行申請(qǐng)。然后由服務(wù)網(wǎng)關(guān)篩查請(qǐng)求信息，對(duì)于不合格的請(qǐng)求立即定位與攔截。

圖2 微服務(wù)架構(gòu)下的電力云服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)見圖

微服務(wù)架構(gòu)的電力云服務(wù)平臺(tái)的關(guān)鍵服務(wù)注冊中心，該系統(tǒng)主要是可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估，之后參考評(píng)估結(jié)果動(dòng)態(tài)變化。多個(gè)微服務(wù)實(shí)例共同構(gòu)成了平臺(tái)的可持續(xù)交付組件，該組件主要為外部提供訪問等服務(wù)。電力云平臺(tái)借助服務(wù)注冊中心的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而掌握每一實(shí)例的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議以及歷史記錄。之后，由注冊服務(wù)中心負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)例進(jìn)行定位與動(dòng)態(tài)監(jiān)管。針對(duì)每個(gè)實(shí)例不同的情況，綜合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，注冊服務(wù)中心會(huì)及時(shí)調(diào)整。如果客戶端需要訪問某個(gè)服務(wù)，并且該服務(wù)隸屬于服務(wù)注冊中心，客戶端需要訪問請(qǐng)求上交至分發(fā)層。然后由系統(tǒng)對(duì)服務(wù)注冊中心進(jìn)行檢查。因?yàn)椴煌脑L問請(qǐng)求，其分發(fā)路由方案可能差異較大，因此，系統(tǒng)提供的定位服務(wù)也存在較大的不同。分發(fā)層的調(diào)度策略以服務(wù)器實(shí)例數(shù)量為參考，而且還會(huì)考慮到請(qǐng)求負(fù)載[16]。一般情況下，云服務(wù)平臺(tái)的定位與發(fā)現(xiàn)服務(wù)不是由單一的服務(wù)進(jìn)行，而是通過多個(gè)服務(wù)合作實(shí)現(xiàn)。

服務(wù)網(wǎng)關(guān)是電力云服務(wù)平臺(tái)的重要組成部分，是外部訪問系統(tǒng)的唯一途徑，也是內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈ㄒ怀隹冢梢杂行Т_保系統(tǒng)內(nèi)部信息的安全性。服務(wù)關(guān)網(wǎng)主要利用信息技術(shù)將部分信息傳輸至外部。與此同時(shí)，對(duì)于不合要求的外部信息可以實(shí)時(shí)攔截，并預(yù)處理。服務(wù)管網(wǎng)還可為內(nèi)部提供協(xié)議轉(zhuǎn)換以及安全防護(hù)等服務(wù)。在對(duì)傳統(tǒng)SOA構(gòu)架進(jìn)行改造的過程中，技術(shù)人員需要重視服務(wù)接口以及服務(wù)語言的選擇，將耦合的服務(wù)能力與系統(tǒng)剝離。因?yàn)椴糠謽I(yè)務(wù)以及用戶服務(wù)形式較為單一，其處于成熟的發(fā)展階段，投資收益較高，所以可以不對(duì)其進(jìn)行改造。

5 總結(jié)

本文基于微構(gòu)架、云計(jì)算等技術(shù)研究電力云服務(wù)平臺(tái)研究，首先闡述了微服務(wù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)理論，并對(duì)我國電力云服務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。分析指出，我國在發(fā)展電力云服務(wù)的過程中浪費(fèi)了巨大的網(wǎng)絡(luò)資源，基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心耗能量十分巨大，并且存在重復(fù)建設(shè)的問題。針對(duì)上述提出了從通信標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)注冊角度提出優(yōu)化方案，最后進(jìn)行微服務(wù)架構(gòu)的電力云服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。多個(gè)微服務(wù)實(shí)例共同構(gòu)成了平臺(tái)的可持續(xù)交付組件，該組件主要為外部提供訪問等服務(wù)。電力云平臺(tái)借助服務(wù)注冊中心的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而掌握每一實(shí)例的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議以及歷史記錄。之后，由注冊服務(wù)中心負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)例進(jìn)行定位與動(dòng)態(tài)監(jiān)管。針對(duì)每個(gè)實(shí)例不同的情況，綜合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，注冊服務(wù)中心會(huì)及時(shí)調(diào)整。