微服務(wù)架構(gòu)的電力云平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鐘云南，陳冬隱，翁 貞，劉小龍，黃妹妹

(1.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司，福建 福州 350000；2.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司 信息通信分公司，福建 福州 350000；3.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司 長(zhǎng)汀縣供電公司，福建 龍巖 366300；4.國(guó)網(wǎng)信通億力科技有限責(zé)任公司，福建 福州 350003)

目前的電力服務(wù)系統(tǒng)以業(yè)務(wù)營(yíng)銷及應(yīng)用系統(tǒng)為主，主要由3類信息系統(tǒng)構(gòu)成即電力業(yè)務(wù)管理、營(yíng)銷業(yè)務(wù)管理及應(yīng)用平臺(tái)支持，隨著電力規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及用戶需求的多樣化發(fā)展，電力服務(wù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題和不足主要表現(xiàn)在：各類業(yè)務(wù)領(lǐng)域同信息系統(tǒng)間的交互種類繁多，采用不同技術(shù)的多種多樣的系統(tǒng)間的接口造成了系統(tǒng)的臃腫，海量的電力數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)間的復(fù)制質(zhì)量較低，易導(dǎo)致數(shù)據(jù)多次重復(fù)復(fù)制及寫入，數(shù)據(jù)在水平和垂直系統(tǒng)間的傳輸信道以及數(shù)據(jù)交換協(xié)議的統(tǒng)一程度較低，降低了整體服務(wù)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，不利于電力服務(wù)及應(yīng)用的正常運(yùn)營(yíng)和開展。

1 需求分析

電力業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)工作隨著智能電網(wǎng)建設(shè)及能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作的深入發(fā)展而逐步向規(guī)?；⒏咝实姆较虬l(fā)展，云化趨勢(shì)顯著，對(duì)功能的多樣性及性能的穩(wěn)定性提出了更高的要求。單體使電力云平臺(tái)的復(fù)雜程度較高，進(jìn)而增加了系統(tǒng)平臺(tái)的擴(kuò)展、維護(hù)、升級(jí)等方面的難度，通常在對(duì)某個(gè)部分進(jìn)行更新的同時(shí)需對(duì)整個(gè)應(yīng)用進(jìn)行重新部署，不利于電力服務(wù)質(zhì)量及效率的有效提升；受到普遍存在的多樣化管理方式的限制，導(dǎo)致在面對(duì)相同業(yè)務(wù)需求的情況下系統(tǒng)功能被重復(fù)建設(shè)，通過(guò)模塊化開發(fā)、建設(shè)電力云平臺(tái)及分布式部署架構(gòu)的構(gòu)建可有效解決上述問(wèn)題，微服務(wù)架構(gòu)(Micro-Service Architecture)為電力云平臺(tái)的優(yōu)化提供了理想的解決方案，實(shí)現(xiàn)了面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)思想的微服務(wù)架構(gòu)能夠通過(guò)在各離散的服務(wù)中完成不同功能的分解，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)解決方案的解耦，近年來(lái)迅速發(fā)展完善的IT建設(shè)理念(包括DevOps、持續(xù)交付等)以及容器技術(shù)(包括虛擬化、Docker等)為微服務(wù)架構(gòu)在電力服務(wù)云平臺(tái)中的落地實(shí)施提供了有力的支撐。

2 電力云平臺(tái)需求分析及優(yōu)化策略

2.1 微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)理念

不同服務(wù)間通過(guò)輕量級(jí)通信機(jī)制(如 REST/JSON 等)的使用即可實(shí)現(xiàn)相互間的有效溝通過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相互間的有效配合確保平臺(tái)整體功能的實(shí)現(xiàn)。服務(wù)松散自治的微服務(wù)架構(gòu)繼承了 SOA 的優(yōu)勢(shì)(SOA編排操作的方案時(shí)基于企業(yè)服務(wù)總線完成)，具備靈活、易實(shí)施、可擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，微服務(wù)架構(gòu)更加注重服務(wù)的開發(fā)以及獨(dú)立運(yùn)行，基于現(xiàn)代化技術(shù)理念(包括敏捷開發(fā)、持續(xù)交付、虛擬化、DevOps 等)實(shí)現(xiàn)的微服務(wù)架構(gòu)為電力服務(wù)系統(tǒng)的移動(dòng)和智能化辦公奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，能夠在不影響現(xiàn)有電力業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上以不同功能的微服務(wù)接口的形式完成對(duì)復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)(集中于傳統(tǒng)PC 端)的分解及快速重構(gòu)，重構(gòu)后的應(yīng)用系統(tǒng)不僅適用于移動(dòng)端還具備低耦合、易于擴(kuò)展和伸縮等優(yōu)勢(shì)。升級(jí)部署系統(tǒng)時(shí)僅需通過(guò)局部新增、改進(jìn)或替換過(guò)時(shí)的組件即可實(shí)現(xiàn)，更加符合實(shí)際電力服務(wù)系統(tǒng)的漸進(jìn)式演進(jìn)規(guī)律。

2.2 電力服務(wù)系統(tǒng)云平臺(tái)的總體架構(gòu)

基于微服務(wù)架構(gòu)的電力服務(wù)系統(tǒng)云平臺(tái)的總體架構(gòu)示意圖，如圖1所示。通過(guò)該平臺(tái)的建立能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)的一鍵式部署、全鏈路監(jiān)控功能。

圖1 電力服務(wù)系統(tǒng)云平臺(tái)總體架構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the overall architecture of the cloud platform of the power service system

(1)平臺(tái)服務(wù)，包括平臺(tái)組件服務(wù)和應(yīng)用管理服務(wù)(主要負(fù)責(zé)管理電力云平臺(tái)承載的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)部署、彈性伸縮、全鏈路監(jiān)控等功能)，平臺(tái)組件服務(wù)可以將多租戶接口向云服務(wù)中心提供，云服務(wù)中心提供接口的調(diào)用實(shí)現(xiàn)服務(wù)的統(tǒng)一對(duì)外提供，并且可在業(yè)務(wù)應(yīng)用中綁定相應(yīng)的平臺(tái)服務(wù)，業(yè)務(wù)應(yīng)用根據(jù)自身實(shí)際需求可對(duì)具體的 API(由部分平臺(tái)服務(wù)提供)進(jìn)行調(diào)用；

(2)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層，可以將服務(wù)功能向服務(wù)層提供，云服務(wù)中心對(duì)各個(gè)接口進(jìn)行整合后實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)、容器等計(jì)算服務(wù)以及集中式存儲(chǔ)和分布式存儲(chǔ)服務(wù)統(tǒng)一對(duì)外提供；各組件和應(yīng)用內(nèi)部實(shí)例由云服務(wù)中心通過(guò)負(fù)載均衡服務(wù)接口(由負(fù)載均衡器提供)進(jìn)行自動(dòng)部署、監(jiān)控、調(diào)度，最終實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的有效配置；

(3)云服務(wù)中心，主要由云控制臺(tái)、部署配置和監(jiān)控調(diào)度構(gòu)成，部署配置針對(duì)應(yīng)用和云平臺(tái)組件運(yùn)行環(huán)境(支撐其服務(wù)化和動(dòng)態(tài)部署)通過(guò)使用腳本引擎技術(shù)實(shí)現(xiàn)部署編排功能；全鏈路監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)(從訪問(wèn)入口到基礎(chǔ)硬件)通過(guò)云服務(wù)中心的監(jiān)控調(diào)度完成收集過(guò)程，并根據(jù)設(shè)定的調(diào)度策略提供彈性調(diào)度能力(包括底層硬件資源及上層平臺(tái)服務(wù))。

電力服務(wù)系統(tǒng)云平臺(tái)的云服務(wù)屬于統(tǒng)一對(duì)外提供的 IT 服務(wù)清單(集成了基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、平臺(tái)服務(wù)及云服務(wù)中心)，支撐包括微應(yīng)用、SaaS 應(yīng)用和 API等在內(nèi)的新型應(yīng)用形態(tài)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的有效自動(dòng)部署過(guò)程，故障恢復(fù)及資源自動(dòng)在線伸縮功能的實(shí)現(xiàn)使業(yè)務(wù)系統(tǒng)上線周期得以顯著縮短，同時(shí)提升了業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。

3 基于微服務(wù)架構(gòu)的電力云平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)在電力服務(wù)系統(tǒng)中應(yīng)用微服務(wù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序可拓展性的顯著提高，系統(tǒng)平臺(tái)的應(yīng)用程序和功能主要由微服務(wù)框架通過(guò)微應(yīng)用和微服務(wù)實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)?qiáng)大的信息支持提供給特定業(yè)務(wù)，本文所設(shè)計(jì)的電力服務(wù)系統(tǒng)云平臺(tái)主要由一組微應(yīng)用和微服務(wù)構(gòu)成，在分布式服務(wù)總線上完成各微服務(wù)的注冊(cè)，微服務(wù)由分布式服務(wù)總線進(jìn)行推送，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)微服務(wù)在微應(yīng)用間的調(diào)用。由微應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)具體的業(yè)務(wù)邏輯(通過(guò)調(diào)用微服務(wù))，并將同微應(yīng)用交互的接口組件提供給用戶。

3.1 平臺(tái)架構(gòu)

基于微服務(wù)的電力服務(wù)系統(tǒng)云平臺(tái)構(gòu)建的首要任務(wù)在于對(duì)較大且復(fù)雜程度高的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行抽象和劃分，基于微服務(wù)架構(gòu)的電力服務(wù)系統(tǒng)云平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示。電力云中負(fù)責(zé)監(jiān)控管理系統(tǒng)運(yùn)行的功能模塊視為平臺(tái)中的一個(gè)微服務(wù)，開發(fā)完電力微服務(wù)應(yīng)用后需對(duì)其進(jìn)行部署、驗(yàn)證(通過(guò)持續(xù)交付組件完成)；然后，在電力服務(wù)系統(tǒng)云平臺(tái)中發(fā)布的同時(shí)在服務(wù)注冊(cè)中心完成注冊(cè)。用戶通過(guò)平臺(tái)的服務(wù)網(wǎng)關(guān)組件發(fā)出相應(yīng)的微服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)網(wǎng)關(guān)發(fā)展完成對(duì)請(qǐng)求的攔截和定位。

圖2 基于微服務(wù)架構(gòu)的電力云平臺(tái)架構(gòu)Fig.2 Power cloud platform architecture based on micro-service architecture

持續(xù)交付組件

微服務(wù)持續(xù)交付流程為：源碼管理、自動(dòng)構(gòu)建、部署管理、集成測(cè)試、發(fā)布管理，主要負(fù)責(zé)完成在運(yùn)行環(huán)境中完成可編程配置的各電力應(yīng)用微服務(wù)(由平臺(tái)承載，具備易于維護(hù)、變更及擴(kuò)展的特點(diǎn))自動(dòng)高效、可持續(xù)的部署過(guò)程。

服務(wù)注冊(cè)中心

平臺(tái)中的每一項(xiàng)服務(wù)實(shí)例都會(huì)根據(jù)策略而發(fā)生變化，服務(wù)注冊(cè)中心主要記錄各實(shí)例訪問(wèn)信息，對(duì)各實(shí)例的運(yùn)行狀況進(jìn)行追蹤以及對(duì)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整?？蛻舳藢?duì)服務(wù)注冊(cè)中心的服務(wù)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)先向分發(fā)層提交訪問(wèn)請(qǐng)求，對(duì)服務(wù)實(shí)例定位之后完成相應(yīng)調(diào)度策略的選擇。

服務(wù)網(wǎng)關(guān)

服務(wù)網(wǎng)關(guān)封裝了平臺(tái)內(nèi)的服務(wù)信息，提供執(zhí)行結(jié)果緩存機(jī)制，提供負(fù)載均衡、協(xié)議轉(zhuǎn)換、安全防護(hù)等策略。

3.2 電力云平臺(tái)架構(gòu)的改進(jìn)策略

本文通過(guò)采用微服務(wù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力云平臺(tái)架構(gòu)的微服務(wù)化，完成復(fù)雜業(yè)務(wù)模塊到多個(gè)微服務(wù)的抽象劃分。

..建立統(tǒng)一的服務(wù)間通信機(jī)制

通過(guò)進(jìn)程間通信機(jī)制的統(tǒng)一建立使各個(gè)微服務(wù)間的交互功能得以有效實(shí)現(xiàn)，建立進(jìn)程間通信機(jī)制的主要步驟：

(1)定義服務(wù)標(biāo)識(shí)，針對(duì)服務(wù)的 API 完成唯一描述標(biāo)識(shí)的定義，明確一個(gè)服務(wù)對(duì)應(yīng)多實(shí)例共存時(shí)的描述方式，以確保向前兼容性；

(2)服務(wù)并發(fā)控制，通過(guò)設(shè)計(jì)服務(wù)間并發(fā)策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)例的并發(fā)管理；

(3)處理失效部分，服務(wù)調(diào)用時(shí)可能發(fā)生的異常情況(包括調(diào)用超時(shí)、服務(wù)內(nèi)部及網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤等)易導(dǎo)致調(diào)用阻塞、當(dāng)前占用資源難以釋放等問(wèn)題的出現(xiàn)。為此，可采用熔斷限流及超時(shí)重試等策略；

(4)同步請(qǐng)求/響應(yīng)模式，具體可按照實(shí)際需要選用遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用(RPC，基于序列化和反序列化機(jī)制)、http 的RESTful、基于 XML 和SOAP的WebService等；

(5)確定異步消息通信模式，發(fā)起一次請(qǐng)求后客戶端無(wú)需等待服務(wù)端的響應(yīng)即可繼續(xù)執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯，客戶端通過(guò)回調(diào)式Apache 的 Active MQ對(duì)服務(wù)端的響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行處理。

..服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制

主要負(fù)責(zé)向云平臺(tái)中的服務(wù)提供定位功能。包括服務(wù)調(diào)用者發(fā)現(xiàn)(由服務(wù)請(qǐng)求方從相應(yīng)的若干實(shí)例中選取并發(fā)出請(qǐng)求)和分發(fā)層服務(wù)發(fā)現(xiàn)(由分發(fā)層根據(jù)接收到的服務(wù)請(qǐng)求對(duì)服務(wù)實(shí)例進(jìn)行查詢和定位)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電網(wǎng)的信息化及智能化水平的不斷提升，電網(wǎng)建設(shè)及發(fā)展工作面臨著新的挑戰(zhàn)，電力服務(wù)系統(tǒng)對(duì)建設(shè)電力云平臺(tái)提出了更高的要求，目前在業(yè)務(wù)集成、數(shù)據(jù)共享等領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。本文提出了一種基于微服務(wù)架構(gòu)的電力服務(wù)系統(tǒng)云架構(gòu)的優(yōu)化方案，深入分析了電力云平臺(tái)關(guān)鍵組件的搭建方法，通過(guò)引入微服務(wù)架構(gòu)使電力云平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題得以有效解決。在有效簡(jiǎn)化了服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)的運(yùn)維管理過(guò)程的同時(shí)，提升了整體電力服務(wù)水平及電力管理工作的質(zhì)量。