基于微服務(wù)架構(gòu)的電力云服務(wù)平臺設(shè)計研究

袁小凱，李果，黃世平

（南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080）

信息時代，電力行業(yè)在發(fā)展中為適應(yīng)信息化發(fā)展需求，也開始積極建構(gòu)電力服務(wù)信息化平臺，以能夠在確保電力供應(yīng)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)針對電力服務(wù)的精益化管理[1-3]。電力信息化平臺已經(jīng)實現(xiàn)了在電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營以及服務(wù)管理等環(huán)節(jié)的應(yīng)用[4]?；谖⒎?wù)架構(gòu)下的電力云服務(wù)平臺設(shè)計，可以實現(xiàn)對電力平臺中標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等相關(guān)問題的處理，以能夠為電力云服務(wù)發(fā)展提供新的思路。

1 微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計理念

“微服務(wù)架構(gòu)”指出微服務(wù)是在信息技術(shù)下完成分散大系統(tǒng)的建構(gòu)，運行過程中為高度相對獨立狀態(tài)，也能夠有效實現(xiàn)自治。服務(wù)傳統(tǒng)架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)層、表現(xiàn)層和業(yè)務(wù)層3 個層次，系統(tǒng)運行過程中業(yè)務(wù)層主要完成編譯、運維及部署等工作，基于物理部署視域分析，在運行過程中依舊為獨立層次。在傳統(tǒng)架構(gòu)中，開發(fā)者能夠在對系統(tǒng)提供工具的應(yīng)用下實施開發(fā)，對于設(shè)計人員來講可以提供相應(yīng)便捷的操作。隨著人們用電量的不斷增長，交付過程中傳統(tǒng)架構(gòu)時間較長，無法滿足新時期需求，因此已經(jīng)居于淘汰地位[5-7]。

微服務(wù)架構(gòu)見圖1。微服務(wù)架構(gòu)中采用的是敏捷開發(fā)理念，基于此可以有效完成電力服務(wù)平臺的建構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)的最簡化，對于目前電力業(yè)務(wù)影響不大[8-9]。一般在服務(wù)平臺優(yōu)化中，技術(shù)人員需要針對實際需求實現(xiàn)系統(tǒng)的改進，采用的方式主要為“補丁”方式。

圖1 微服務(wù)架構(gòu)

2 電力云服務(wù)平臺改造分析

與傳統(tǒng)架構(gòu)下電力云服務(wù)平臺的區(qū)別在于，該系統(tǒng)設(shè)計是基于復(fù)雜系統(tǒng)業(yè)務(wù)需要實施科學(xué)分解，對于系統(tǒng)不同服務(wù)均要實現(xiàn)重復(fù)利用?；谖⒎?wù)架構(gòu)的電力云服務(wù)平臺設(shè)計見圖2。在完成研發(fā)平臺后，技術(shù)人員可以通過平臺實現(xiàn)在持續(xù)交付平臺下的部署以及驗證。在完成驗證后，可以將其傳輸?shù)椒?wù)中心，即能夠完成注冊。通過服務(wù)網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)服務(wù)請求者對數(shù)據(jù)發(fā)出請求，通過服務(wù)網(wǎng)關(guān)對請求信息進行篩查后，就可以馬上定位和攔截其中存在的不合理請求[6]。

圖2 云服務(wù)平臺設(shè)計

微服務(wù)架構(gòu)下的電力云服務(wù)平臺通過服務(wù)注冊中心的篩查才能夠依照用戶請求實施分發(fā)。依照用戶的不同訪問請求，需要選擇不同的分發(fā)路由方案，自然在此過程中會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)定位服務(wù)的明顯區(qū)別。分發(fā)層可以結(jié)合服務(wù)器實例數(shù)量實施相應(yīng)的調(diào)度，在此過程中會實現(xiàn)對請求負(fù)載的綜合考慮[10-11]。通常，云服務(wù)平臺定位和發(fā)現(xiàn)服務(wù)兩者不會出現(xiàn)在單一服務(wù)上，而是在多個服務(wù)合作下共同完成。服務(wù)網(wǎng)關(guān)主要是在系統(tǒng)運行過程中外部對系統(tǒng)范圍及內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸，必須要通過服務(wù)網(wǎng)關(guān)，是唯一的實現(xiàn)路徑，直接影響到系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)安全型?；谛畔⒓夹g(shù)應(yīng)用下，在服務(wù)網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用下可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)向外的傳輸。另外，也可以實施攔截系統(tǒng)外部沒有滿足要求的信息，并對其實施預(yù)處理。服務(wù)關(guān)網(wǎng)在應(yīng)用中能夠在系統(tǒng)內(nèi)部實施安全防護，同時也能夠提供協(xié)議轉(zhuǎn)換等相關(guān)服務(wù)[12]。結(jié)合傳統(tǒng)SOA架構(gòu)改造，能夠促進微服務(wù)架構(gòu)進入成熟發(fā)展階段，則可以取得良好的投資效益，因此通常情況下不會對傳統(tǒng)SOA 構(gòu)架實施改造。

3 電力云服務(wù)平臺設(shè)計

在基于微服務(wù)架構(gòu)的電力云服務(wù)平臺建構(gòu)中，針對一些比較大的復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯，可以將其抽象為更小的原子，能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)利用的服務(wù)，依照不同的業(yè)務(wù)功能實現(xiàn)對相關(guān)微服務(wù)的組織。其中，基于微服務(wù)架構(gòu)的電力云服務(wù)平臺建構(gòu)見圖3。在完成電力微服務(wù)開發(fā)后，可以在持續(xù)交付組件的應(yīng)用下完成部署以及驗證，并將其發(fā)布在電力云服務(wù)平臺，在服務(wù)注冊中心實施注冊。在服務(wù)網(wǎng)關(guān)組件請求平臺的應(yīng)用下，服務(wù)請求者可以獲取相應(yīng)的微服務(wù)，服務(wù)網(wǎng)關(guān)則可以針對不同請求實施篩選、攔截以及定位[13-14]。對于系統(tǒng)中實施運行監(jiān)控管理的模塊，也屬于系統(tǒng)中的微服務(wù)之一。

圖3 云服務(wù)平臺架構(gòu)

3.1 云服務(wù)平臺功能實現(xiàn)

在系統(tǒng)平臺服務(wù)中，主要包括3 個服務(wù)組件，分別是：1）數(shù)據(jù)處理，在數(shù)據(jù)處理過程中服務(wù)組件主要為：大數(shù)據(jù)平臺、分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析等，主要是針對數(shù)據(jù)實施存儲、計算以及分析等處理，也可以針對數(shù)據(jù)提供復(fù)制服務(wù)；2）信息整合，這一環(huán)境服務(wù)組件主要為：分布式業(yè)務(wù)總線、統(tǒng)一權(quán)限、分布式消息對壘以及統(tǒng)一業(yè)務(wù)流程等，在系統(tǒng)中可以提供高性能并具有一定可靠性的業(yè)務(wù)總線，以能夠?qū)崿F(xiàn)對當(dāng)前電力營銷業(yè)務(wù)場景需求的有效滿足；3）應(yīng)用程序開發(fā)，主要是實現(xiàn)開發(fā)環(huán)境、應(yīng)用程序集成以及測試環(huán)境等的集成，針對電流營銷業(yè)務(wù)提供相關(guān)的開發(fā)、測試及部署環(huán)境。

3.2 軟件設(shè)計

其中應(yīng)用程序的軟件服務(wù)部分電力營銷業(yè)務(wù)見圖4。結(jié)合電力營銷業(yè)務(wù)中的不同功能，則可以提供客戶服務(wù)和客戶關(guān)系、綜合管理以及能源計量和信息收集等相關(guān)需求，針對實際應(yīng)用則可以實現(xiàn)相應(yīng)的微服務(wù)類別管理。應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu)建構(gòu)則是建立在微服務(wù)體系結(jié)構(gòu)概念設(shè)計基礎(chǔ)上，核心思想是建構(gòu)完成服務(wù)功能相互獨立的體系，以能夠?qū)崿F(xiàn)分開部署，相互沒有影響。

圖4 應(yīng)用程序系統(tǒng)軟件服務(wù)部分電力營銷業(yè)務(wù)

3.3 持續(xù)交付組件

電力云平臺持續(xù)交付組件是平臺中相關(guān)電力應(yīng)用微服務(wù)在運行環(huán)境中，實現(xiàn)自動化、快速靈活性以及可持續(xù)部署，同時以上微服務(wù)本身具備可編程配置，對其維護以及擴展提供了便利。其中微服務(wù)持續(xù)交付流程見圖5。

圖5 微服務(wù)持續(xù)交付流程

3.4 服務(wù)注冊中心

在微服務(wù)架構(gòu)中，服務(wù)注冊中心則是重要組件之一，依照運行環(huán)境的變化，能夠?qū)崿F(xiàn)電力云服務(wù)平臺中不同服務(wù)實例在默認(rèn)規(guī)則或策略下實現(xiàn)改變。電力云服務(wù)平臺可持續(xù)交付組件中，實現(xiàn)了多服務(wù)實例，可以對其他服務(wù)或外部應(yīng)用訪問提供微服務(wù)，在服務(wù)注冊中心可以實現(xiàn)對實例調(diào)用方法、通信協(xié)議等相關(guān)訪問信息的詳細(xì)記錄，也可以追蹤不同實例的運行狀況，實現(xiàn)對于其運行動態(tài)信息的檢測，依照運行環(huán)境和運行健康情況實施合理調(diào)整[15]。

客戶端在服務(wù)注冊中心對某個服務(wù)實施訪問的過程中，可先將其提交到分發(fā)層，分發(fā)層在查詢后結(jié)合分發(fā)路由策略可以實現(xiàn)服務(wù)實例的定位。也能夠依照請求負(fù)載及活動狀態(tài)下的服務(wù)實例數(shù)量，制定相應(yīng)的調(diào)度策略。通常是在多個微服務(wù)協(xié)同合作中實現(xiàn)多個場景的定位及發(fā)現(xiàn)服務(wù)。

3.5 服務(wù)網(wǎng)關(guān)

在電力云服務(wù)平臺上，服務(wù)網(wǎng)關(guān)是統(tǒng)一訪問入口，實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)部所有服務(wù)信息的封裝。在運行中的功能主要為：可以依照一定條件實現(xiàn)平臺支持外部調(diào)用，其中調(diào)度中的云計算節(jié)點算法程序代碼如下所示。對請求攔截、預(yù)處理以及規(guī)模匹配等提供支持；可以提供執(zhí)行結(jié)果緩存機制，緩存一定時間間隔中的結(jié)果數(shù)據(jù)；能夠提供協(xié)議轉(zhuǎn)換、負(fù)載均衡等相關(guān)策略，實現(xiàn)對相關(guān)服務(wù)的優(yōu)化改進[16]。

4 系統(tǒng)測試

針對文中完成的系統(tǒng)性能實施測試，以能夠?qū)ο到y(tǒng)的正常運行進行分析，探討系統(tǒng)功能和性能是否可以滿足實際需求。在完成測試環(huán)境建構(gòu)后，依照測試內(nèi)容要求實施測試。

4.1 系統(tǒng)基本響應(yīng)時間測試

針對系統(tǒng)中的不同操作實施模擬測試，各項指標(biāo)性能要求見表1。該系統(tǒng)測試結(jié)果顯示各項指標(biāo)均能夠滿足相關(guān)要求。

表1 系統(tǒng)響應(yīng)時間性能指標(biāo)

4.2 系統(tǒng)負(fù)荷率指標(biāo)測試

針對不同節(jié)點性能和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率，在計算機性能測試分析系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)的應(yīng)用下，對其實施監(jiān)視，檢測結(jié)果顯示，正常和事故情況下均可以滿足相關(guān)要求。具體為：正常運行中CPU 負(fù)荷率在25%以下，單網(wǎng)負(fù)荷率在15%以下；事故情況下，CPU負(fù)荷率在35%以下，單網(wǎng)負(fù)荷率在24%以下。

5 結(jié)束語

通過以上分析研究基于微服務(wù)架構(gòu)完成的電力云平臺，得出了以下結(jié)論，主要為：

第一，基于微服務(wù)架構(gòu)的電力云服務(wù)平臺，在運行過程中完成電力微服務(wù)開發(fā)后，能夠在持續(xù)交付組件的應(yīng)用下完成部署和驗證工作，依照服務(wù)請求提供相應(yīng)微服務(wù)，對于不合理請求也能夠?qū)崿F(xiàn)篩選和定位，可以實現(xiàn)對相關(guān)服務(wù)工作的有效管理，確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。

第二，微服務(wù)架構(gòu)下完成的電力云服務(wù)平臺，通過一系列技術(shù)，具體為在數(shù)據(jù)處理、信息整合以及創(chuàng)新功能架構(gòu)等基礎(chǔ)上，可以進一步實現(xiàn)對電力云服務(wù)平臺服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)化，同時也能夠進一步提升平臺的可擴展性，為電力云服務(wù)平臺建構(gòu)發(fā)展提供相應(yīng)的參考方向，有效促進信息環(huán)境下電力云服務(wù)平臺的優(yōu)化發(fā)展。

第三，針對系統(tǒng)性能測試實施分析，各項指標(biāo)運行和節(jié)點性能、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率均能夠滿足要求。