智能電網(wǎng)云計(jì)算及生命周期管理平臺(tái)探究

杜家兵 ,劉勝?gòu)?qiáng) ,龐維欣 ,郇長(zhǎng)武 ,于 洋

（1.佛山供電局，廣東佛山，528000；2 煙臺(tái)海頤軟件股份有限公司，山東煙臺(tái)，264000）

0 引言

為做好智能電網(wǎng)下云計(jì)算技術(shù)的研究和應(yīng)用工作，推進(jìn)佛山供電局智能電網(wǎng)云計(jì)算信息管理平臺(tái)的搭建，實(shí)現(xiàn)主機(jī)、存儲(chǔ)層“私有云”應(yīng)用架構(gòu)和資源的最大化共享及云計(jì)算技術(shù)的有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)不同IT 廠家、相同IT 廠家不同IT 設(shè)備的統(tǒng)一管理，構(gòu)建穩(wěn)定、安全、可靠和彈性擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)，為智能電網(wǎng)各應(yīng)用系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)的云資源服務(wù)，結(jié)合佛山供電局實(shí)際建設(shè)和應(yīng)用，提出云計(jì)算服務(wù)全生命周期管理思路。

1 云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)

佛山供電局智能電網(wǎng)云計(jì)算信息管理平臺(tái)采用全新IBM輕量級(jí)的基礎(chǔ)架構(gòu)云計(jì)算平臺(tái)，能夠有效支持Power、X86 架構(gòu)服務(wù)器以及各種刀片服務(wù)器，提供多種虛擬化技術(shù)，可與現(xiàn)有的虛擬化或非虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施配合工作。作為完全集成的軟件堆棧，可以通過(guò)基礎(chǔ)架構(gòu)云計(jì)算平臺(tái)使用戶從搭建起平臺(tái)虛擬化環(huán)境的“云就緒”狀態(tài)逐步過(guò)渡到真正的“云”環(huán)境。

智能電網(wǎng)云計(jì)算平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)內(nèi)容有：創(chuàng)建映像，即將實(shí)際存儲(chǔ)簡(jiǎn)化映像存儲(chǔ)，采用標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)創(chuàng)建新的系統(tǒng)映像，實(shí)現(xiàn)物理機(jī)或在不同的系統(tǒng)之間的映像轉(zhuǎn)換節(jié)省存儲(chǔ)空間；部署虛擬機(jī)，通過(guò)資源和虛擬機(jī)隔離確保信息訪問(wèn)安全，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)容量擴(kuò)展加快新應(yīng)用交付使用等；云操作實(shí)現(xiàn)，通過(guò)管理授權(quán)給云用戶使用，自動(dòng)化批復(fù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化部署和配置，提供直觀界面進(jìn)服務(wù)過(guò)程進(jìn)行管理。

智能電網(wǎng)云計(jì)算信息管理平臺(tái)根據(jù)邏輯層次，可以分為物理資源層、邏輯資源層、虛擬化管理平臺(tái)層、云計(jì)算服務(wù)管理層。云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)

物理資源層包括服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)等物理資源；邏輯資源層包括邏輯計(jì)算資源的分配，邏輯磁盤分配和管理，網(wǎng)絡(luò)VLAN 管理等虛擬化后的邏輯資源，而邏輯資源實(shí)際是物理資源跟虛擬化技術(shù)的結(jié)合，以便提供更好的可擴(kuò)展性、可分配性和可調(diào)度性；虛擬化管理平臺(tái)層是邏輯資源管理、分配、調(diào)度、監(jiān)控與計(jì)量的平臺(tái)，提供了針對(duì)邏輯計(jì)算資源、邏輯存儲(chǔ)資源和邏輯網(wǎng)絡(luò)資源的監(jiān)控、管理和調(diào)度功能，實(shí)現(xiàn)邏輯資源的自動(dòng)化管理，為用戶門戶和管理層提供了按需分配的引擎；云計(jì)算服務(wù)管理層是云平臺(tái)的用戶門戶，對(duì)于使用云平臺(tái)服務(wù)的終端用戶，看不到也不需要了解物理或邏輯資源層的構(gòu)成和虛擬化管理平臺(tái)層的運(yùn)作，只需關(guān)注虛擬化的資源，使用虛擬化的資源。

云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)提供了一套從底層硬件到上層服務(wù)的完整端到端的云管理能力，核心管理軟件底層具備有分別針對(duì)Power 和X86 服務(wù)器資源的管理能力，可分別通過(guò)PowerVM和VMWare vCenter 接入虛擬化后的計(jì)算資源，從而向上層云管理平臺(tái)提供動(dòng)態(tài)資源。在管理層提供了豐富的各種面向服務(wù)的功能模塊和完整的服務(wù)生命周期管理能力，服務(wù)產(chǎn)品管理、服務(wù)申請(qǐng)、服務(wù)審批、服務(wù)供應(yīng)、服務(wù)變更和服務(wù)回收。

2 云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)

基于輕量級(jí)基礎(chǔ)架構(gòu)云計(jì)算解決方案，通過(guò)采用硬件設(shè)備虛擬化、軟件版本標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)管理自動(dòng)化和服務(wù)流程一體化等手段，建設(shè)一個(gè)以服務(wù)為中心的云計(jì)算運(yùn)行平臺(tái)，資源的使用方式從專有獨(dú)占方式轉(zhuǎn)變成完全共享方式，運(yùn)行環(huán)境可以自動(dòng)部署和調(diào)整資源分配，實(shí)現(xiàn)資源隨需掌控，從而為管理者和應(yīng)用者建立一個(gè)基于業(yè)務(wù)的資源共享、服務(wù)集中和自動(dòng)化的開(kāi)放數(shù)據(jù)中心。

通過(guò)硬件資源、系統(tǒng)業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)的全面整合和梳理，將智能電網(wǎng)下龐大、眾多、分散的存儲(chǔ)環(huán)境統(tǒng)一納入到云計(jì)算管理平臺(tái)的管理之下。在實(shí)際建設(shè)中，將電力營(yíng)銷管理、計(jì)量自動(dòng)化、生產(chǎn)管理、人力資源等系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)納入到云計(jì)算平臺(tái)中，依托當(dāng)前的硬件資源并適當(dāng)擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)異地容災(zāi)、數(shù)據(jù)備份，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算技術(shù)與海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)的融合,為智能電網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)的云資源服務(wù)。

在智能電網(wǎng)云計(jì)算平臺(tái)實(shí)踐建設(shè)中，要遵循以下原則：高可靠性原則，即平臺(tái)可不間斷持續(xù)可用；資源靈活分配原則，即可根據(jù)業(yè)務(wù)需求能夠靈活進(jìn)行資源動(dòng)態(tài)分配；可擴(kuò)展性原則，即可以動(dòng)態(tài)伸縮，滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng)；開(kāi)放性原則，即可以支持跨平臺(tái)統(tǒng)一管理，支持多種虛擬化技術(shù)以及異構(gòu)存儲(chǔ)的統(tǒng)一管理。

基于以上原則，智能電網(wǎng)云計(jì)算平臺(tái)的建設(shè)需根據(jù)用戶群及業(yè)務(wù)模式的不同，建設(shè)中要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題也不一樣，可根據(jù)分步走的規(guī)劃，特別是在初次搭建云平臺(tái)的過(guò)程中，要重視以下步驟和要點(diǎn)：構(gòu)建“資源池”，云計(jì)算平臺(tái)采用池化資源管理。“池”是公共資源，資源并不屬于某一個(gè)應(yīng)用或業(yè)務(wù)，而是根據(jù)具體要求，從公共資源池中劃分資源；采用服務(wù)管理流程化、自動(dòng)化的方式集中管理，減少人為的參與，為平臺(tái)的規(guī)模化擴(kuò)展提供條件，業(yè)務(wù)系統(tǒng)作為云計(jì)算平臺(tái)的用戶，不需要關(guān)心資源的來(lái)源及原理，只需要登陸系統(tǒng)使用資源；當(dāng)業(yè)務(wù)需求變化的時(shí)候，可以通過(guò)彈性伸縮機(jī)制和自動(dòng)化來(lái)快速相應(yīng)，以適應(yīng)業(yè)務(wù)的變化；平臺(tái)所提供的各種資源服務(wù)，如存儲(chǔ)、CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬和軟件許可證等，是可以監(jiān)控、控制和計(jì)量的，能夠?yàn)榉?wù)水平管理提供依據(jù)。平臺(tái)建設(shè)規(guī)模可隨著業(yè)務(wù)類型增加和業(yè)務(wù)量的增加而迅速擴(kuò)展，高可擴(kuò)展性在建設(shè)過(guò)程必須得以保證；平臺(tái)可通過(guò)多副本容錯(cuò)和計(jì)算資源同構(gòu)可互換來(lái)提高服務(wù)的可靠性，在建設(shè)過(guò)程中對(duì)資源的選擇上，就要采用可靠性高的服務(wù)器和存儲(chǔ)

3 云服務(wù)生命周期管理

基于上述云計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)性建設(shè)，將原來(lái)運(yùn)行于各物理平臺(tái)的具體應(yīng)用，分期分批地向云計(jì)算平臺(tái)遷移，并做好業(yè)務(wù)管理模式上的切換。通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)逐漸替代原系統(tǒng)的物理機(jī)平臺(tái)，這一過(guò)程即通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)下的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)管理，提高資源整合利用效率，真正為企業(yè)的業(yè)務(wù)提升提供強(qiáng)有力的平臺(tái)支持。

根據(jù)不同應(yīng)用的具體特性，所采取的具體步驟有所差異。總體而言，首先應(yīng)該對(duì)智能電網(wǎng)下的各應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)估，根據(jù)各種應(yīng)用特性選擇需要建設(shè)或遷移的業(yè)務(wù)應(yīng)用，為其制定適合于該應(yīng)用建設(shè)或遷移的方案。該方案需在云計(jì)算平臺(tái)的測(cè)試環(huán)境上進(jìn)行驗(yàn)證，如測(cè)試通過(guò)，則還需進(jìn)一步確認(rèn)該方案的細(xì)節(jié)問(wèn)題，以及擬定失敗以后的回滾方案等，在失敗的情況下能夠根據(jù)回滾方案進(jìn)行回滾，并對(duì)失敗原因進(jìn)行分析。

在智能電網(wǎng)云計(jì)算平臺(tái)中，需要實(shí)現(xiàn)端到端的流程管理，采用工作流引擎來(lái)協(xié)調(diào)企業(yè)內(nèi)各個(gè)部門的資源利用，提高管理效率。端到端服務(wù)流程包括資源服務(wù)申請(qǐng)流程、分配流程、回收流程以及資源使用報(bào)告流程、服務(wù)監(jiān)控管理流程。通過(guò)分析，引入全生命周期管理模式可以有效解決云計(jì)算平臺(tái)的全過(guò)程管理

在實(shí)踐過(guò)程中，基于SOA 架構(gòu)和Java EE 技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)云服務(wù)全生命周期管理。通過(guò)全生命周期的管理服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算資源的充分有效利用，為應(yīng)用者提供從申請(qǐng)、預(yù)留、審批、供給、修改到釋放的全過(guò)程服務(wù)和管理。基于有效的權(quán)限管理，所提供的服務(wù)流程都可以在云服務(wù)管理平臺(tái)界面上通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)方的方式靈活配置和調(diào)用。另外，還可以提供客戶化設(shè)置，可以根據(jù)具體應(yīng)用需求快速搭建系統(tǒng)服務(wù)環(huán)境，也可以靈活應(yīng)對(duì)用戶服務(wù)流程的修改。云服務(wù)全生命周期管理主要功能如下所述。

3.1 云服務(wù)流程管理

⑴服務(wù)申請(qǐng)流程

業(yè)務(wù)管理人員通過(guò)審核正在進(jìn)行服務(wù)申請(qǐng)的所有項(xiàng)目信息，確認(rèn)無(wú)誤后對(duì)每個(gè)項(xiàng)目啟動(dòng)“服務(wù)申請(qǐng)”，進(jìn)入到資源請(qǐng)求信息頁(yè)面。系統(tǒng)管理人員接收所提交的業(yè)務(wù)需求申請(qǐng)表單后，根據(jù)項(xiàng)目所需的資源情況，分配資源申請(qǐng)信息，包括：CPU 型號(hào)、CPU 大小、硬盤型號(hào)、硬盤大小、操作系統(tǒng)和所需軟件等信息，然后專責(zé)人員審批環(huán)節(jié)。審批完成后，系統(tǒng)自動(dòng)將資源申請(qǐng)信息發(fā)送給云管理后臺(tái)程序，自動(dòng)創(chuàng)建相關(guān)的服務(wù)，同時(shí)接收創(chuàng)建完畢后的服務(wù)信息。

⑵服務(wù)回收流程

服務(wù)超過(guò)使用期限后，系統(tǒng)可自動(dòng)對(duì)過(guò)期服務(wù)進(jìn)行回收，以便釋放該服務(wù)所占用的系統(tǒng)資源。如需繼續(xù)使用服務(wù)，系統(tǒng)管理人員可以在云服務(wù)全生命周期管理監(jiān)控頁(yè)面對(duì)超期的服務(wù)器進(jìn)行服務(wù)續(xù)用申請(qǐng)功能，同樣續(xù)用申請(qǐng)需專責(zé)人員審批。

⑶服務(wù)暫停流程

如果業(yè)務(wù)管理人員申請(qǐng)的服務(wù)資源暫時(shí)不需要使用，可以提交服務(wù)暫停申請(qǐng)，釋放申請(qǐng)的服務(wù)資源。

⑷服務(wù)啟動(dòng)流程

如果業(yè)務(wù)管理人員申請(qǐng)的服務(wù)資源處于暫停狀態(tài)時(shí)，需要重新啟用資源，可以提交服務(wù)啟動(dòng)申請(qǐng)，通過(guò)審批流程過(guò)，系統(tǒng)將自動(dòng)把需要啟動(dòng)的服務(wù)信息提交云管理后臺(tái)程序，啟用相關(guān)的服務(wù)。

⑸ 服務(wù)變更流程

服務(wù)變更申請(qǐng)由業(yè)務(wù)管理人員填寫服務(wù)變更的詳細(xì)信息，如磁盤空間變更信息、CPU 變更信息、影像變更信息、變更理由、變更人與變更時(shí)間等信息，填寫完變更信息后提交審核，最終由平臺(tái)自動(dòng)啟動(dòng)變更創(chuàng)建過(guò)程。

3.2 云服務(wù)全生命周期監(jiān)控

平臺(tái)自動(dòng)記錄服務(wù)全生命周期每個(gè)環(huán)節(jié)的執(zhí)行信息，管理人員可以查詢每個(gè)服務(wù)的相關(guān)標(biāo)識(shí)、狀態(tài)，監(jiān)控服務(wù)所處的里程碑點(diǎn)，同時(shí)可以調(diào)閱已完成服務(wù)的執(zhí)行情況。

3.3 云服務(wù)平臺(tái)權(quán)限管理

云服務(wù)平臺(tái)的權(quán)限管理主要針對(duì)用戶所屬角色的定義和用戶角色對(duì)服務(wù)的訪問(wèn)權(quán)限的管理。用戶角色定義了用戶或者用戶組對(duì)應(yīng)的角色名稱，一個(gè)用戶或者用戶組可以同時(shí)擁有多個(gè)角色。結(jié)合虛擬化資源管理流程，設(shè)立申請(qǐng)人、審批人和管理員3 種角色：

申請(qǐng)人：業(yè)務(wù)系統(tǒng)接口人。申請(qǐng)人是資源最終使用者，即云平臺(tái)的租戶。申請(qǐng)人通過(guò)自服務(wù)門戶進(jìn)行資源的申請(qǐng)、操作、監(jiān)控等。

審批人：評(píng)估審批。審核所有提交的服務(wù)請(qǐng)求和資源實(shí)施方案，并確保潛在影響和風(fēng)險(xiǎn)得到評(píng)估，做出批準(zhǔn)或拒絕的決定，針對(duì)具體服務(wù)請(qǐng)求，評(píng)估并確定相應(yīng)資源的分派。

管理員：平臺(tái)管理。管理員整體資源的管理和規(guī)劃;資源模板的設(shè)計(jì)，資源池整體運(yùn)營(yíng)情況的評(píng)估和優(yōu)化，收集分析應(yīng)用系統(tǒng)需求和配置，分析應(yīng)用和業(yè)務(wù)的限制條件

在云服務(wù)平臺(tái)的全生命周期管理中，在定義用戶角色時(shí)，對(duì)于輸入的用戶應(yīng)在PKI 或LDAP 系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證合法性，若接入系統(tǒng)已有PKI 或LDAP 驗(yàn)證，則平臺(tái)只提供應(yīng)用系統(tǒng)級(jí)的認(rèn)證，無(wú)需到用戶一級(jí)的認(rèn)證，具體應(yīng)用系統(tǒng)的權(quán)限認(rèn)證由系統(tǒng)各自完成。PKI 認(rèn)證必須在用戶每次調(diào)用不同服務(wù)時(shí)進(jìn)行，只要用戶2 次調(diào)用的不是同一個(gè)服務(wù)，均需要進(jìn)行PKI 認(rèn)證。若考慮到PKI 認(rèn)證對(duì)平臺(tái)性能方面的影響，可考慮將PKI 認(rèn)證信息常駐緩存，提高驗(yàn)證效率。服務(wù)訪問(wèn)權(quán)限的管理可以在系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)平臺(tái)中定義訪問(wèn)某個(gè)業(yè)務(wù)服務(wù)所必須具有的角色。多個(gè)角色可以允許訪問(wèn)同一個(gè)服務(wù)。

3.4 參數(shù)及日志管理

對(duì)云服務(wù)平臺(tái)管理中涉及的相關(guān)參數(shù)提供統(tǒng)一維護(hù)功能，滿足系統(tǒng)參數(shù)增、刪、改和查的需要，對(duì)每項(xiàng)操作都需進(jìn)行詳細(xì)日志記錄，并提供統(tǒng)計(jì)查詢和報(bào)表分析功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)構(gòu)建智能電網(wǎng)云計(jì)算平臺(tái)有效提高了資源利用率近3 倍，節(jié)省了存儲(chǔ)空間達(dá)60%，同時(shí)在服務(wù)器及資源應(yīng)用維護(hù)上大大降低了管理成本，資源部署周期從原來(lái)的幾個(gè)星期減少幾個(gè)小時(shí)。通過(guò)有效的云服務(wù)全生命周期管理構(gòu)建了自我服務(wù)平臺(tái)，可自動(dòng)響應(yīng)業(yè)務(wù)變化，使IT 服務(wù)架構(gòu)與業(yè)務(wù)管理緊密聯(lián)系，使資源管理更加規(guī)范性，提高了管理水平。隨著云計(jì)算的應(yīng)用研究以及業(yè)內(nèi)相關(guān)構(gòu)建實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷累積，云計(jì)算平臺(tái)所打造的虛擬化、自動(dòng)化、服務(wù)化技術(shù)，很快將成為智能電網(wǎng)的應(yīng)用與研究方向。

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