基于“雙態(tài)”業(yè)務(wù)的自動化IT構(gòu)架關(guān)鍵技術(shù)的研究

冷迪

摘 要： 中國南方電網(wǎng)有限責任公司的營業(yè)范圍涵蓋了云南、貴州、廣西、海南、廣東等地，服務(wù)用戶達3億人，采用傳統(tǒng)的管理措施和管理理念對這樣龐大的企業(yè)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?？梢?，將互聯(lián)網(wǎng)等先進信息技術(shù)引入能源企業(yè)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(wěn)敏雙態(tài)業(yè)務(wù)特點，基于對“雙態(tài)”業(yè)務(wù)的自動化IT構(gòu)架關(guān)鍵技術(shù)研究，構(gòu)建了一套穩(wěn)態(tài)和敏態(tài)和諧共存的新型雙態(tài)IT構(gòu)架平臺。以此推動“智慧深供”建設(shè)，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(wù)公司全面轉(zhuǎn)型”產(chǎn)業(yè)布局。

關(guān)鍵詞： “雙態(tài)”業(yè)務(wù); 管控門戶; 自動化IT構(gòu)架; 關(guān)鍵技術(shù)

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(lián)網(wǎng)技術(shù)得以非常迅速的發(fā)展，很多傳統(tǒng)行業(yè)引入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，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(chǎn)效能并節(jié)約了大量的鵝人工成本 [1]。目前，中國南方電網(wǎng)有限責任公司的營業(yè)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(shù)量近3億人，電網(wǎng)公司一直以來都面臨著地域跨度大、異構(gòu)化管理和利舊觀念深等問題[2]?；谏鲜鰡栴}，南方電網(wǎng)公司積極采取互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的管理措施，全面降低管理成本、提高生產(chǎn)效率。在這樣的大環(huán)境下，近年來，A供電局加快向綜合能源服務(wù)公司全面轉(zhuǎn)型的產(chǎn)業(yè)布局，其業(yè)務(wù)形態(tài)已經(jīng)呈現(xiàn)出穩(wěn)態(tài)和敏態(tài)齊頭并進的發(fā)展模式。同時，該公司積極開展穩(wěn)態(tài)和敏態(tài)的發(fā)展模式分析，將傳統(tǒng)的集中式信息技術(shù)和新興的基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式信息技術(shù)有機結(jié)合，為構(gòu)建穩(wěn)敏雙態(tài)和諧共存的IT架構(gòu)提供了數(shù)據(jù)支持。本文針對A供電局基于“雙態(tài)”業(yè)務(wù)的自動化IT構(gòu)架關(guān)鍵技術(shù)展開研究，旨于為新型IT架構(gòu)的建設(shè)和基于互聯(lián)網(wǎng)+的能源企業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持。1 基于多租戶彈性的雙態(tài)管控門戶

雙態(tài)管理門戶特性有多租戶、資源動態(tài)伸縮、統(tǒng)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(tǒng)，而且使用一套系統(tǒng)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(yīng)用，也可以是組織[7-8]。彈性指的是系統(tǒng)能夠按照自己的需求，實時動態(tài)地增加和減少它所要利用的計算資源，已達到節(jié)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(shù)和彈性技術(shù)實現(xiàn)穩(wěn)敏兩種狀態(tài)的協(xié)和共存，這也正是它和傳統(tǒng)應(yīng)用平臺之間最為核心的差別，也是雙態(tài)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(shù)實現(xiàn)方案主要有如下幾種[9]：

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

2、Shared-Hardware（共享物理機）：就計算機目前能夠?qū)崿F(xiàn)的技術(shù)深度來講，彈性資源技術(shù)的實現(xiàn)有賴于虛擬機。

3、Shared-OS（共享操作系統(tǒng)）：相比于Shared-Hardware，作為目前計算機技術(shù)能實現(xiàn)的最小資源共享和資源隔離的最小單位，Shared-OS能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù)據(jù)模型分享所有的計算資源。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)最高效的資源共享，但實現(xiàn)該功能的技術(shù)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(tài)”業(yè)務(wù)的自動化IT構(gòu)架基礎(chǔ)層分析2.1 基于X86的VMware虛擬化平臺

基于X86的VMware vCenter能統(tǒng)一為管理員提供企業(yè)管理的虛擬環(huán)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(huán)境下的企業(yè)管理系統(tǒng);

（2） 為虛擬機提供諸如遷移、快速部署和分布式服務(wù)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(xiàn)統(tǒng)一的身份認證和管理工作;其配置和清單等信息通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存在數(shù)據(jù)庫中。在使用vCenter管理主機時，諸如分布式服務(wù)等功能需要在各主機上完成[11]。

虛擬化平臺的管理服務(wù)器提供配置、管理、訪問控制、監(jiān)控等基本數(shù)據(jù)中心服務(wù)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(shù)據(jù)中心的核心虛擬化技術(shù)，首先將不同的基礎(chǔ)設(shè)施標準轉(zhuǎn)換為相同的業(yè)務(wù)部件，然后借助于轉(zhuǎn)換后的業(yè)務(wù)部件的自動化組合，實現(xiàn)針對不同用戶的個性化訴求實現(xiàn)IT架構(gòu)的建設(shè)。敏態(tài)IT架構(gòu)設(shè)計，從“虛擬化”，“標準化”和“自動化”這些角度組織所有的技術(shù)[12]。

虛擬化技術(shù)：計算虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、集群技術(shù)、軟件負載均衡。

標準化技術(shù)架構(gòu)：標準X86架構(gòu)、標準SAN存儲、標準ServerSAN技術(shù)。

自動化：標準構(gòu)件自動發(fā)放、構(gòu)件服務(wù)質(zhì)量保障

微服務(wù)的核心技術(shù)--容器技術(shù)。微服務(wù)架構(gòu)是指一個較為復(fù)雜的應(yīng)用由多個相對“微小”的服務(wù)組成，每個微服務(wù)只負責完成一個特定的任務(wù)，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(huán)境標準化和持續(xù)部署、隔離性和版本控制。

3 業(yè)務(wù)決策支撐系統(tǒng)及資源交付關(guān)鍵技術(shù)分析3.1 業(yè)務(wù)決策支撐系統(tǒng)

隨著云計算高速發(fā)展，系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)生了很大變化，信息數(shù)量將爆炸增長，在選擇統(tǒng)計時常常因信息內(nèi)容過多很難從海量信息中過濾掉不相干的數(shù)據(jù)[13]。在運營統(tǒng)計中實現(xiàn)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(shù)發(fā)展情況有一定的預(yù)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(yōu)化，通過分布式引擎算法對資源信息進行最佳實踐體現(xiàn)系統(tǒng)容量指標，以指導(dǎo)運管決策。

3.2 資源交付

自主開發(fā)人工智能的資源交付管理平臺，實現(xiàn)了常規(guī)IT資源的自動化、標準化的申請和交付，由兩級三線系統(tǒng)工單為切入點，全面適配一體化的所有IT設(shè)備管理對象，并且通過敏捷云內(nèi)置強大的調(diào)度引擎完成工作流運轉(zhuǎn)，從而完成虛擬服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控、審計、中間件、安全基線和資產(chǎn)入庫等資源出庫全流程。人工智能運維技術(shù)是在自動化運維的基礎(chǔ)上，增加計算機“學(xué)習的大腦”，采集決策所需的各類數(shù)據(jù)和信息，并對其進行必要的分析，然后基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果只會自動化腳本執(zhí)行計算機的命令，從而實現(xiàn)人工智能運維系統(tǒng)的目標，其主要構(gòu)建項如下。

（1） 實現(xiàn)兩級三線系統(tǒng)工單流：兩級三線是全網(wǎng)統(tǒng)一的工單審批流轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所有工單申請、審批、流轉(zhuǎn)等動作依舊保持在兩級三線上。敏捷資源交付平臺實現(xiàn)與兩級三線系統(tǒng)集成對接，從兩級三線系統(tǒng)讀取工單信息和工單狀態(tài)，再利用自動化引擎實現(xiàn)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(wǎng)公司對管理的要求。將原流程中派工節(jié)點由人工處理轉(zhuǎn)化為資源交付平臺自動執(zhí)行，從而釋放出人力勞動，實現(xiàn)資源申請工單無人值守的即時處理。

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

（3） 全面適配所有IT對象：引入適配器開發(fā)理念，將運維系統(tǒng)中的各個系統(tǒng)所開放接口進行對接，模塊化開發(fā)通用的網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)可對接全網(wǎng)所有的IT對象，智能業(yè)務(wù)系統(tǒng)的適配器驅(qū)使，實現(xiàn)了一體化系統(tǒng)對象的非浸入式交互。

（4） 資源交付的標準化建立和實現(xiàn)：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(chǎn)生非標準交付的隱患。為了解決此問題，改進為使用網(wǎng)頁填寫申請單，利用一種強策略實現(xiàn)資源申請和交付的標準化。利用網(wǎng)頁的資源申請單，可實現(xiàn)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(guī)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(lián)動資產(chǎn)平臺實現(xiàn)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(wǎng)現(xiàn)有資源管理提供強有力保障。

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

AI Inference系統(tǒng)將 Http 請求、延時和 Http 返回碼實時記錄成日志，然后通過數(shù)據(jù)統(tǒng)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(jié)點的stdout 數(shù)據(jù)，并錄入日志系統(tǒng)，用戶可以通過觀察線上運行日志來了解線上運行狀態(tài)，并根據(jù)監(jiān)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(jié)點集群化的方式，提供全系統(tǒng)容災(zāi)保障。如下圖所示，系統(tǒng)會把整個服務(wù)切分成多個 set，部署在跨機房的某幾個機架或者區(qū)域里面，當某一個機房或者 set 宕機時，其他地區(qū)的在線推理處理還在進行。這種方式的好處是當出現(xiàn)單點故障時，其他區(qū)域的計算節(jié)點能夠保證整個在線推理請求的正常執(zhí)行，避免因單節(jié)點故障導(dǎo)致的系統(tǒng)不可用。

4 總結(jié)

本文從對基于多租戶彈性的雙態(tài)管控門戶的介紹入手，分別對基于“雙態(tài)”業(yè)務(wù)的自動化IT構(gòu)架基礎(chǔ)層及其業(yè)務(wù)決策支持系統(tǒng)和資源交付關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，得到主要結(jié)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(tǒng)，而且使用一套系統(tǒng)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(tǒng)能夠按照自己的需求，實時動態(tài)地增加和減少它所要利用的計算資源，已達到節(jié)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(shù)和彈性技術(shù)實現(xiàn)穩(wěn)敏兩種狀態(tài)的協(xié)和共存。

（2） 通過自主開發(fā)人工智能的資源交付管理平臺，可以實現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一的工單審批流轉(zhuǎn)系統(tǒng)，同時，基于人工智能實現(xiàn)最優(yōu)配置能夠?qū)崿F(xiàn)一體化系統(tǒng)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。

參考文獻

[1] 孫國強，李逸馳，衛(wèi)志農(nóng)，等.智能用電互動體系構(gòu)架探討[J].電力系統(tǒng)自動化，2015，39（17）：68-74.

[2] 郝然，艾芊，肖斐.基于多元大數(shù)據(jù)平臺的用電行為分析構(gòu)架研究[J].電力自動化設(shè)備，2017，37（8）：20-27.

[3] 陳國良.基于SDN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)優(yōu)化研究[J].計算技術(shù)與自動化，2018，37（2）：141-145.

[4] NAGY P G，WARNOCK M J，DALY M，et al. Informatics in radiology： automated web-based graphical dashboard for radiology operational business intelligence.[J]. RadioGraphics， 2009， 29（7）： 1897-906.

[5] 薛憲堂，賀紅衛(wèi)，蔣遂平，等.基于實時定位的城市巷戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)[J].計算機工程與設(shè)計，2015，36（10）：2866-2871.

[6] 李巍巍.基于云計算的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究[J].自動化與儀器儀表，2016（6）：178-180.

[7] 盧風祿.工業(yè)4.0電氣自動化技術(shù)介紹與應(yīng)用[J].起重運輸機械，2018（4）：65-69.

[8] 唐志軍.智能變電站站控層測試技術(shù)的研究[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2017，36（12）：115-117.

[9] 徐瑞麗，尹飛凰，孫銀生.光通信網(wǎng)絡(luò)在電力配電自動化系統(tǒng)中的設(shè)計思路構(gòu)架[J].激光雜志，2015，36（2）：93-95.

[10] 劉曉東，劉朦月，陳寅生.自確認ATE構(gòu)架及其關(guān)鍵技術(shù)[J].電子測量技術(shù)，2016，39（12）：38-43.

[11] HUANG H-H. Matrix controller design and deadlock analysis of automated manufacturing systems. part 1. designing the matrix-based controller[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2001， 18（6）： 434-447.

[12] Thomas Kramer. Automated analysis of operators on state tables： a technique for intelligent search[J]. Journal of Automated Reasoning， 1986， 2（2）： 127-153.

[13] 劉嬈，巴宇，常燁骙，等.互聯(lián)電網(wǎng)運行控制性能評價標準研究（三）新標準的指標設(shè)計[J].電力系統(tǒng)自動化，2015，39（20）：135-140.

（收稿日期： 2019.07.16）