基于“雙態”業務的自動化IT構架關鍵技術的研究

冷迪

摘 要： 中國南方電網有限責任公司的營業范圍涵蓋了云南、貴州、廣西、海南、廣東等地，服務用戶達3億人，采用傳統的管理措施和管理理念對這樣龐大的企業來說，無疑將造成極大的人力資源浪費、降低管理效率，增加管理成本。可見，將互聯網等先進信息技術引入能源企業管理是亟待我們解決的難題之一。為此，著眼于A能源公司穩敏雙態業務特點，基于對“雙態”業務的自動化IT構架關鍵技術研究，構建了一套穩態和敏態和諧共存的新型雙態IT構架平臺。以此推動“智慧深供”建設，助力A供電局“率先達到世界一流水平，加快向綜合能源服務公司全面轉型”產業布局。

關鍵詞： “雙態”業務; 管控門戶; 自動化IT構架; 關鍵技術

中圖分類號： TP 311 ? ? ?文獻標志碼： A

Abstract： The business scope of China Southern Power Grid Co.， Ltd. covers Yunnan， Guizhou， Guangxi， Hainan， Guangdong， Shenzhen and Guangzhou， and has nearly 300 million users. For such a huge enterprise， adopting traditional management measures and management concepts will undoubtedly cause great waste of human resources， reduce management efficiency and increase management costs. It can be seen that the introduction of advanced information technology such as the Internet into energy enterprise management is one of the difficult problems that need to be solved urgently. For this reason， this paper focuses on the characteristics of stable and sensitive dual-state business of A energy company， and constructs a new dual-state IT architecture platform based on the key technologies of automated IT architecture for "dual-state" business. In this way， we will promote the construction of "wisdom and deep supply"， help company A to carry out "taking the lead in reaching the world first-class level， accelerating the overall transformation to integrated energy services company" industrial layout.

Key words： "dual-state" business; management and control portal; automated IT architecture; key technologies

0 引言

近十年來，互聯網技術得以非常迅速的發展，很多傳統行業引入互聯網技術，不僅大大降低了出錯率和管理成本，更是大幅度提升了生產效能并節約了大量的鵝人工成本 [1]。目前，中國南方電網有限責任公司的營業范圍涵蓋了云南、貴州、廣西、海南、廣東、深圳和廣州等地，用戶數量近3億人，電網公司一直以來都面臨著地域跨度大、異構化管理和利舊觀念深等問題[2]。基于上述問題，南方電網公司積極采取互聯網技術代替傳統的管理措施，全面降低管理成本、提高生產效率。在這樣的大環境下，近年來，A供電局加快向綜合能源服務公司全面轉型的產業布局，其業務形態已經呈現出穩態和敏態齊頭并進的發展模式。同時，該公司積極開展穩態和敏態的發展模式分析，將傳統的集中式信息技術和新興的基于互聯網技術的分布式信息技術有機結合，為構建穩敏雙態和諧共存的IT架構提供了數據支持。本文針對A供電局基于“雙態”業務的自動化IT構架關鍵技術展開研究，旨于為新型IT架構的建設和基于互聯網+的能源企業發展提供技術支持。1 基于多租戶彈性的雙態管控門戶

雙態管理門戶特性有多租戶、資源動態伸縮、統一運維、自愈、細粒度資源計量、SLA保障等。其中，多租戶指的是多個實體可以同時使用一套相同的系統，而且使用一套系統的不同實體之間互相獨立，邏輯上也是相互隔離且互不影響的。與此同時，租戶的形式也允許多樣化，既可以是應用，也可以是組織[7-8]。彈性指的是系統能夠按照自己的需求，實時動態地增加和減少它所要利用的計算資源，已達到節約資源和提高計算效率的目的。如圖1所示。

多租戶彈性利用多租戶技術和彈性技術實現穩敏兩種狀態的協和共存，這也正是它和傳統應用平臺之間最為核心的差別，也是雙態管控門戶最獨具特性的地方[5-6]。如圖2所示。

多租戶的技術實現方案主要有如下幾種[9]：

1、Shared-Nothing（無共享）：該技術可以實現為每一個用戶提供一套各方面均與On-premise一樣的應用系統。目前，在商業應用模式中，Shared-Nothing已經實現了多租戶技術，雖然它不能實現資源共享功能和彈性資源分配。但它已經可以實現根本性的用戶隔離，能徹底地實現用戶隔離功能。

2、Shared-Hardware（共享物理機）：就計算機目前能夠實現的技術深度來講，彈性資源技術的實現有賴于虛擬機。

3、Shared-OS（共享操作系統）：相比于Shared-Hardware，作為目前計算機技術能實現的最小資源共享和資源隔離的最小單位，Shared-OS能夠實現更小粒度的資源共享，但其安全性能不如Shared-Hardware。

4、Shared-Everything（共享一切資源）： Shared-Everything是基于元數據模型分享所有的計算資源。該技術能夠實現最高效的資源共享，但實現該功能的技術障礙較大，且其安全性和可拓展性方面也將面臨較大困難。

2 基于“雙態”業務的自動化IT構架基礎層分析2.1 基于X86的VMware虛擬化平臺

基于X86的VMware vCenter能統一為管理員提供企業管理的虛擬環境[10]，其主要作用是如下：

（1） 提供集中的管理接口，便于管理員操作虛擬環境下的企業管理系統;

（2） 為虛擬機提供諸如遷移、快速部署和分布式服務等更高級的管理功能。

vCenter提供了第三方程序的接入口，便于每個管理員實現統一的身份認證和管理工作;其配置和清單等信息通過數據庫服務器存在數據庫中。在使用vCenter管理主機時，諸如分布式服務等功能需要在各主機上完成[11]。

虛擬化平臺的管理服務器提供配置、管理、訪問控制、監控等基本數據中心服務可管理最多1 000臺ESXi主機、10 000臺開機的虛擬機。如圖3所示。

2.2 基于X86的軟件定義平臺

軟件定義數據中心的核心虛擬化技術，首先將不同的基礎設施標準轉換為相同的業務部件，然后借助于轉換后的業務部件的自動化組合，實現針對不同用戶的個性化訴求實現IT架構的建設。敏態IT架構設計，從“虛擬化”，“標準化”和“自動化”這些角度組織所有的技術[12]。

虛擬化技術：計算虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化、集群技術、軟件負載均衡。

標準化技術架構：標準X86架構、標準SAN存儲、標準ServerSAN技術。

自動化：標準構件自動發放、構件服務質量保障

微服務的核心技術--容器技術。微服務架構是指一個較為復雜的應用由多個相對“微小”的服務組成，每個微服務只負責完成一個特定的任務，可以被獨立部署，支持快速的橫向擴展。主要具備以下特性：環境標準化和持續部署、隔離性和版本控制。

3 業務決策支撐系統及資源交付關鍵技術分析3.1 業務決策支撐系統

隨著云計算高速發展，系統架構發生了很大變化，信息數量將爆炸增長，在選擇統計時常常因信息內容過多很難從海量信息中過濾掉不相干的數據[13]。在運營統計中實現如下的算法，基于運營容量的分布式引擎算法研究，如圖4所示。

運營容量不僅要考慮當前的需求情況，還需要為可能的新增的需求留有一定的儲備，為此，我們需要對技術發展情況有一定的預測能力。運營在虛擬化資源、存儲資源、租戶資源、SDN資源上對容量進行優化，通過分布式引擎算法對資源信息進行最佳實踐體現系統容量指標，以指導運管決策。

3.2 資源交付

自主開發人工智能的資源交付管理平臺，實現了常規IT資源的自動化、標準化的申請和交付，由兩級三線系統工單為切入點，全面適配一體化的所有IT設備管理對象，并且通過敏捷云內置強大的調度引擎完成工作流運轉，從而完成虛擬服務器、數據庫、監控、審計、中間件、安全基線和資產入庫等資源出庫全流程。人工智能運維技術是在自動化運維的基礎上，增加計算機“學習的大腦”，采集決策所需的各類數據和信息，并對其進行必要的分析，然后基于數據分析結果只會自動化腳本執行計算機的命令，從而實現人工智能運維系統的目標，其主要構建項如下。

（1） 實現兩級三線系統工單流：兩級三線是全網統一的工單審批流轉系統，所有工單申請、審批、流轉等動作依舊保持在兩級三線上。敏捷資源交付平臺實現與兩級三線系統集成對接，從兩級三線系統讀取工單信息和工單狀態，再利用自動化引擎實現自動化處理。這種方案即保持用戶原有使用習慣，也保證了網公司對管理的要求。將原流程中派工節點由人工處理轉化為資源交付平臺自動執行，從而釋放出人力勞動，實現資源申請工單無人值守的即時處理。

（2） 基于人工智能實現最優配置：基于大數據分析實現資源動態申請審核機制，實時獲取平臺資源使用情況，智能根據最優化選擇方案將資源均衡配置在各主機及存儲上，實現資源的負載均衡及主機系統的最優化運行機制。

（3） 全面適配所有IT對象：引入適配器開發理念，將運維系統中的各個系統所開放接口進行對接，模塊化開發通用的網絡接口適配器，打破老式單一對象資源交付的限時，基于敏捷云的自動資源交付系統可對接全網所有的IT對象，智能業務系統的適配器驅使，實現了一體化系統對象的非浸入式交互。

（4） 資源交付的標準化建立和實現：原有資源申請使用Exce表單填寫，存在著申請人誤填寫情況，從而產生非標準交付的隱患。為了解決此問題，改進為使用網頁填寫申請單，利用一種強策略實現資源申請和交付的標準化。利用網頁的資源申請單，可實現錯誤或非標準信息的自動校驗，并可便于管理人員二次審核，最終及保證了管理的標準化要求，也加快了資源交付的效率。

（5） 資源入庫管理的規范化：改善原有資源入庫不及時或信息誤錄問題，基于敏捷云的自動資源交付平臺在資源完成自動化交付后，自動聯動資產平臺實現自動化同步入庫，將平臺出庫資源的準確信息及時登記，為南網現有資源管理提供強有力保障。

實現擴容需配合監控了解各節點當前的在線狀態，通過實時收集節點的負載（CPU、內存）、請求的 QPS 和延時信息，來制定動態的擴容和縮容策略。

AI Inference系統將 Http 請求、延時和 Http 返回碼實時記錄成日志，然后通過數據統計來在圖形界面展示 Http 請求量、延時、成功率等信息。平臺會實時收集所有計算節點的stdout 數據，并錄入日志系統，用戶可以通過觀察線上運行日志來了解線上運行狀態，并根據監控信息自動選擇擴容和縮容。

除了基本的擴縮容和負載均衡，我們也通過將計算節點集群化的方式，提供全系統容災保障。如下圖所示，系統會把整個服務切分成多個 set，部署在跨機房的某幾個機架或者區域里面，當某一個機房或者 set 宕機時，其他地區的在線推理處理還在進行。這種方式的好處是當出現單點故障時，其他區域的計算節點能夠保證整個在線推理請求的正常執行，避免因單節點故障導致的系統不可用。

4 總結

本文從對基于多租戶彈性的雙態管控門戶的介紹入手，分別對基于“雙態”業務的自動化IT構架基礎層及其業務決策支持系統和資源交付關鍵技術進行了分析，得到主要結論如下：

（1） 多租戶指的是多個實體可以同時使用一套相同的系統，而且使用一套系統的不同實體之間互相獨立，邏輯上也是相互隔離且互不影響的;彈性指的是系統能夠按照自己的需求，實時動態地增加和減少它所要利用的計算資源，已達到節約資源和提高計算效率的目的;多租戶彈性利用多租戶技術和彈性技術實現穩敏兩種狀態的協和共存。

（2） 通過自主開發人工智能的資源交付管理平臺，可以實現全網統一的工單審批流轉系統，同時，基于人工智能實現最優配置能夠實現一體化系統對象的非浸入式交互和標準化的資源交付，進而加快了資源交付的效率。

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（收稿日期： 2019.07.16）