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

冷迪

摘 要： 中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司的營(yíng)業(yè)范圍涵蓋了云南、貴州、廣西、海南、廣東等地，服務(wù)用戶(hù)達(dá)3億人，采用傳統(tǒng)的管理措施和管理理念對(duì)這樣龐大的企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑將造成極大的人力資源浪費(fèi)、降低管理效率，增加管理成本。可見(jiàn)，將互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)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(diǎn)，基于對(duì)“雙態(tài)”業(yè)務(wù)的自動(dòng)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(tái)。以此推動(dòng)“智慧深供”建設(shè)，助力A供電局“率先達(dá)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(mén)戶(hù); 自動(dòng)化IT構(gòu)架; 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)： TP 311 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(lái)，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(cuò)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(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司的營(yíng)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(hù)數(shù)量近3億人，電網(wǎng)公司一直以來(lái)都面臨著地域跨度大、異構(gòu)化管理和利舊觀念深等問(wèn)題[2]。基于上述問(wèn)題，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(lái)，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(jìn)的發(fā)展模式。同時(shí)，該公司積極開(kāi)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(jī)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(duì)A供電局基于“雙態(tài)”業(yè)務(wù)的自動(dòng)化IT構(gòu)架關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)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(hù)彈性的雙態(tài)管控門(mén)戶(hù)

雙態(tài)管理門(mén)戶(hù)特性有多租戶(hù)、資源動(dòng)態(tài)伸縮、統(tǒng)一運(yùn)維、自愈、細(xì)粒度資源計(jì)量、SLA保障等。其中，多租戶(hù)指的是多個(gè)實(shí)體可以同時(shí)使用一套相同的系統(tǒng)，而且使用一套系統(tǒng)的不同實(shí)體之間互相獨(dú)立，邏輯上也是相互隔離且互不影響的。與此同時(shí)，租戶(hù)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地增加和減少它所要利用的計(jì)算資源，已達(dá)到節(jié)約資源和提高計(jì)算效率的目的。如圖1所示。

多租戶(hù)彈性利用多租戶(hù)技術(shù)和彈性技術(shù)實(shí)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(tái)之間最為核心的差別，也是雙態(tài)管控門(mén)戶(hù)最獨(dú)具特性的地方[5-6]。如圖2所示。

多租戶(hù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案主要有如下幾種[9]：

1、Shared-Nothing（無(wú)共享）：該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)為每一個(gè)用戶(hù)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(shí)現(xiàn)了多租戶(hù)技術(shù)，雖然它不能實(shí)現(xiàn)資源共享功能和彈性資源分配。但它已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)根本性的用戶(hù)隔離，能徹底地實(shí)現(xiàn)用戶(hù)隔離功能。

2、Shared-Hardware（共享物理機(jī)）：就計(jì)算機(jī)目前能夠?qū)崿F(xiàn)的技術(shù)深度來(lái)講，彈性資源技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有賴(lài)于虛擬機(jī)。

3、Shared-OS（共享操作系統(tǒng)）：相比于Shared-Hardware，作為目前計(jì)算機(jī)技術(shù)能實(shí)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(jì)算資源。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)最高效的資源共享，但實(shí)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(dòng)化IT構(gòu)架基礎(chǔ)層分析2.1 基于X86的VMware虛擬化平臺(tái)

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(jī)提供諸如遷移、快速部署和分布式服務(wù)等更高級(jí)的管理功能。

vCenter提供了第三方程序的接入口，便于每個(gè)管理員實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的身份認(rèn)證和管理工作;其配置和清單等信息通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。在使用vCenter管理主機(jī)時(shí)，諸如分布式服務(wù)等功能需要在各主機(jī)上完成[11]。

虛擬化平臺(tái)的管理服務(wù)器提供配置、管理、訪(fǎng)問(wèn)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(tái)ESXi主機(jī)、10 000臺(tái)開(kāi)機(jī)的虛擬機(jī)。如圖3所示。

2.2 基于X86的軟件定義平臺(tái)

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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)化組合，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同用戶(hù)的個(gè)性化訴求實(shí)現(xiàn)IT架構(gòu)的建設(shè)。敏態(tài)IT架構(gòu)設(shè)計(jì)，從“虛擬化”，“標(biāo)準(zhǔn)化”和“自動(dòng)化”這些角度組織所有的技術(shù)[12]。

虛擬化技術(shù)：計(jì)算虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、集群技術(shù)、軟件負(fù)載均衡。

標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)架構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)X86架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)SAN存儲(chǔ)、標(biāo)準(zhǔn)ServerSAN技術(shù)。

自動(dòng)化：標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件自動(dòng)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(gè)較為復(fù)雜的應(yīng)用由多個(gè)相對(duì)“微小”的服務(wù)組成，每個(gè)微服務(wù)只負(fù)責(zé)完成一個(gè)特定的任務(wù)，可以被獨(dú)立部署，支持快速的橫向擴(kuò)展。主要具備以下特性：環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(zhǎng)，在選擇統(tǒng)計(jì)時(shí)常常因信息內(nèi)容過(guò)多很難從海量信息中過(guò)濾掉不相干的數(shù)據(jù)[13]。在運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)中實(shí)現(xiàn)如下的算法，基于運(yùn)營(yíng)容量的分布式引擎算法研究，如圖4所示。

運(yùn)營(yíng)容量不僅要考慮當(dāng)前的需求情況，還需要為可能的新增的需求留有一定的儲(chǔ)備，為此，我們需要對(duì)技術(shù)發(fā)展情況有一定的預(yù)測(cè)能力。運(yùn)營(yíng)在虛擬化資源、存儲(chǔ)資源、租戶(hù)資源、SDN資源上對(duì)容量進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)分布式引擎算法對(duì)資源信息進(jìn)行最佳實(shí)踐體現(xiàn)系統(tǒng)容量指標(biāo)，以指導(dǎo)運(yùn)管決策。

3.2 資源交付

自主開(kāi)發(fā)人工智能的資源交付管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)IT資源的自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的申請(qǐng)和交付，由兩級(jí)三線(xiàn)系統(tǒng)工單為切入點(diǎn)，全面適配一體化的所有IT設(shè)備管理對(duì)象，并且通過(guò)敏捷云內(nèi)置強(qiáng)大的調(diào)度引擎完成工作流運(yùn)轉(zhuǎn)，從而完成虛擬服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控、審計(jì)、中間件、安全基線(xiàn)和資產(chǎn)入庫(kù)等資源出庫(kù)全流程。人工智能運(yùn)維技術(shù)是在自動(dòng)化運(yùn)維的基礎(chǔ)上，增加計(jì)算機(jī)“學(xué)習(xí)的大腦”，采集決策所需的各類(lèi)數(shù)據(jù)和信息，并對(duì)其進(jìn)行必要的分析，然后基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果只會(huì)自動(dòng)化腳本執(zhí)行計(jì)算機(jī)的命令，從而實(shí)現(xiàn)人工智能運(yùn)維系統(tǒng)的目標(biāo)，其主要構(gòu)建項(xiàng)如下。

（1） 實(shí)現(xiàn)兩級(jí)三線(xiàn)系統(tǒng)工單流：兩級(jí)三線(xiàn)是全網(wǎng)統(tǒng)一的工單審批流轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所有工單申請(qǐng)、審批、流轉(zhuǎn)等動(dòng)作依舊保持在兩級(jí)三線(xiàn)上。敏捷資源交付平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與兩級(jí)三線(xiàn)系統(tǒng)集成對(duì)接，從兩級(jí)三線(xiàn)系統(tǒng)讀取工單信息和工單狀態(tài)，再利用自動(dòng)化引擎實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理。這種方案即保持用戶(hù)原有使用習(xí)慣，也保證了網(wǎng)公司對(duì)管理的要求。將原流程中派工節(jié)點(diǎn)由人工處理轉(zhuǎn)化為資源交付平臺(tái)自動(dòng)執(zhí)行，從而釋放出人力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)資源申請(qǐng)工單無(wú)人值守的即時(shí)處理。

（2） 基于人工智能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配置：基于大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)資源動(dòng)態(tài)申請(qǐng)審核機(jī)制，實(shí)時(shí)獲取平臺(tái)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(jī)及存儲(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)資源的負(fù)載均衡及主機(jī)系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行機(jī)制。

（3） 全面適配所有IT對(duì)象：引入適配器開(kāi)發(fā)理念，將運(yùn)維系統(tǒng)中的各個(gè)系統(tǒng)所開(kāi)放接口進(jìn)行對(duì)接，模塊化開(kāi)發(fā)通用的網(wǎng)絡(luò)接口適配器，打破老式單一對(duì)象資源交付的限時(shí)，基于敏捷云的自動(dòng)資源交付系統(tǒng)可對(duì)接全網(wǎng)所有的IT對(duì)象，智能業(yè)務(wù)系統(tǒng)的適配器驅(qū)使，實(shí)現(xiàn)了一體化系統(tǒng)對(duì)象的非浸入式交互。

（4） 資源交付的標(biāo)準(zhǔn)化建立和實(shí)現(xiàn)：原有資源申請(qǐng)使用Exce表單填寫(xiě)，存在著申請(qǐng)人誤填寫(xiě)情況，從而產(chǎn)生非標(biāo)準(zhǔn)交付的隱患。為了解決此問(wèn)題，改進(jìn)為使用網(wǎng)頁(yè)填寫(xiě)申請(qǐng)單，利用一種強(qiáng)策略實(shí)現(xiàn)資源申請(qǐng)和交付的標(biāo)準(zhǔn)化。利用網(wǎng)頁(yè)的資源申請(qǐng)單，可實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤或非標(biāo)準(zhǔn)信息的自動(dòng)校驗(yàn)，并可便于管理人員二次審核，最終及保證了管理的標(biāo)準(zhǔn)化要求，也加快了資源交付的效率。

（5） 資源入庫(kù)管理的規(guī)范化：改善原有資源入庫(kù)不及時(shí)或信息誤錄問(wèn)題，基于敏捷云的自動(dòng)資源交付平臺(tái)在資源完成自動(dòng)化交付后，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)資產(chǎn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化同步入庫(kù)，將平臺(tái)出庫(kù)資源的準(zhǔn)確信息及時(shí)登記，為南網(wǎng)現(xiàn)有資源管理提供強(qiáng)有力保障。

實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容需配合監(jiān)控了解各節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的在線(xiàn)狀態(tài)，通過(guò)實(shí)時(shí)收集節(jié)點(diǎn)的負(fù)載（CPU、內(nèi)存）、請(qǐng)求的 QPS 和延時(shí)信息，來(lái)制定動(dòng)態(tài)的擴(kuò)容和縮容策略。

AI Inference系統(tǒng)將 Http 請(qǐng)求、延時(shí)和 Http 返回碼實(shí)時(shí)記錄成日志，然后通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來(lái)在圖形界面展示 Http 請(qǐng)求量、延時(shí)、成功率等信息。平臺(tái)會(huì)實(shí)時(shí)收集所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)的stdout 數(shù)據(jù)，并錄入日志系統(tǒng)，用戶(hù)可以通過(guò)觀察線(xiàn)上運(yùn)行日志來(lái)了解線(xiàn)上運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)監(jiān)控信息自動(dòng)選擇擴(kuò)容和縮容。

除了基本的擴(kuò)縮容和負(fù)載均衡，我們也通過(guò)將計(jì)算節(jié)點(diǎn)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(huì)把整個(gè)服務(wù)切分成多個(gè) set，部署在跨機(jī)房的某幾個(gè)機(jī)架或者區(qū)域里面，當(dāng)某一個(gè)機(jī)房或者 set 宕機(jī)時(shí)，其他地區(qū)的在線(xiàn)推理處理還在進(jìn)行。這種方式的好處是當(dāng)出現(xiàn)單點(diǎn)故障時(shí)，其他區(qū)域的計(jì)算節(jié)點(diǎn)能夠保證整個(gè)在線(xiàn)推理請(qǐng)求的正常執(zhí)行，避免因單節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致的系統(tǒng)不可用。

4 總結(jié)

本文從對(duì)基于多租戶(hù)彈性的雙態(tài)管控門(mén)戶(hù)的介紹入手，分別對(duì)基于“雙態(tài)”業(yè)務(wù)的自動(dòng)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(jìn)行了分析，得到主要結(jié)論如下：

（1） 多租戶(hù)指的是多個(gè)實(shí)體可以同時(shí)使用一套相同的系統(tǒng)，而且使用一套系統(tǒng)的不同實(shí)體之間互相獨(dú)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地增加和減少它所要利用的計(jì)算資源，已達(dá)到節(jié)約資源和提高計(jì)算效率的目的;多租戶(hù)彈性利用多租戶(hù)技術(shù)和彈性技術(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)敏兩種狀態(tài)的協(xié)和共存。

（2） 通過(guò)自主開(kāi)發(fā)人工智能的資源交付管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一的工單審批流轉(zhuǎn)系統(tǒng)，同時(shí)，基于人工智能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配置能夠?qū)崿F(xiàn)一體化系統(tǒng)對(duì)象的非浸入式交互和標(biāo)準(zhǔn)化的資源交付，進(jìn)而加快了資源交付的效率。

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（收稿日期： 2019.07.16）