基于“双态”业务的自动化IT构架关键技术的研究

冷迪

摘 要： 中国南方电网有限责任公司的营业范围涵盖了云南、贵州、广西、海南、广东等地，服务用户达3亿人，采用传统的管理措施和管理理念对这样庞大的企业来说，无疑将造成极大的人力资源浪费、降低管理效率，增加管理成本。可见，将互联网等先进信息技术引入能源企业管理是亟待我们解决的难题之一。为此，着眼于A能源公司稳敏双态业务特点，基于对“双态”业务的自动化IT构架关键技术研究，构建了一套稳态和敏态和谐共存的新型双态IT构架平台。以此推动“智慧深供”建设，助力A供电局“率先达到世界一流水平，加快向综合能源服务公司全面转型”产业布局。

关键词： “双态”业务; 管控门户; 自动化IT构架; 关键技术

中图分类号： TP 311      文献标志码： 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，互联网技术得以非常迅速的发展，很多传统行业引入互联网技术，不仅大大降低了出错率和管理成本，更是大幅度提升了生产效能并节约了大量的鹅人工成本 [1]。目前，中国南方电网有限责任公司的营业范围涵盖了云南、贵州、广西、海南、广东、深圳和广州等地，用户数量近3亿人，电网公司一直以来都面临着地域跨度大、异构化管理和利旧观念深等问题[2]。基于上述问题，南方电网公司积极采取互联网技术代替传统的管理措施，全面降低管理成本、提高生产效率。在这样的大环境下，近年来，A供电局加快向综合能源服务公司全面转型的产业布局，其业务形态已经呈现出稳态和敏态齐头并进的发展模式。同时，该公司积极开展稳态和敏态的发展模式分析，将传统的集中式信息技术和新兴的基于互联网技术的分布式信息技术有机结合，为构建稳敏双态和谐共存的IT架构提供了数据支持。本文针对A供电局基于“双态”业务的自动化IT构架关键技术展开研究，旨于为新型IT架构的建设和基于互联网+的能源企业发展提供技术支持。1 基于多租户弹性的双态管控门户

双态管理门户特性有多租户、资源动态伸缩、统一运维、自愈、细粒度资源计量、SLA保障等。其中，多租户指的是多个实体可以同时使用一套相同的系统，而且使用一套系统的不同实体之间互相独立，逻辑上也是相互隔离且互不影响的。与此同时，租户的形式也允许多样化，既可以是应用，也可以是组织[7-8]。弹性指的是系统能够按照自己的需求，实时动态地增加和减少它所要利用的计算资源，已达到节约资源和提高计算效率的目的。如图1所示。

多租户弹性利用多租户技术和弹性技术实现稳敏两种状态的协和共存，这也正是它和传统应用平台之间最为核心的差别，也是双态管控门户最独具特性的地方[5-6]。如图2所示。

多租户的技术实现方案主要有如下几种[9]：

1、Shared-Nothing（无共享）：该技术可以实现为每一个用户提供一套各方面均与On-premise一样的应用系统。目前，在商业应用模式中，Shared-Nothing已经实现了多租户技术，虽然它不能实现资源共享功能和弹性资源分配。但它已经可以实现根本性的用户隔离，能彻底地实现用户隔离功能。

2、Shared-Hardware（共享物理机）：就计算机目前能够实现的技术深度来讲，弹性资源技术的实现有赖于虚拟机。

3、Shared-OS（共享操作系统）：相比于Shared-Hardware，作为目前计算机技术能实现的最小资源共享和资源隔离的最小单位，Shared-OS能够实现更小粒度的资源共享，但其安全性能不如Shared-Hardware。

4、Shared-Everything（共享一切资源）： Shared-Everything是基于元数据模型分享所有的计算资源。该技术能够实现最高效的资源共享，但实现该功能的技术障碍较大，且其安全性和可拓展性方面也将面临较大困难。

2 基于“双态”业务的自动化IT构架基础层分析2.1 基于X86的VMware虚拟化平台

基于X86的VMware vCenter能统一为管理员提供企业管理的虚拟环境[10]，其主要作用是如下：

（1） 提供集中的管理接口，便于管理员操作虚拟环境下的企业管理系统;

（2） 为虚拟机提供诸如迁移、快速部署和分布式服务等更高级的管理功能。

vCenter提供了第三方程序的接入口，便于每个管理员实现统一的身份认证和管理工作;其配置和清单等信息通过数据库服务器存在数据库中。在使用vCenter管理主机时，诸如分布式服务等功能需要在各主机上完成[11]。

虚拟化平台的管理服务器提供配置、管理、访问控制、监控等基本数据中心服务可管理最多1 000台ESXi主机、10 000台开机的虚拟机。如图3所示。

2.2 基于X86的软件定义平台

软件定义数据中心的核心虚拟化技术，首先将不同的基础设施标准转换为相同的业务部件，然后借助于转换后的业务部件的自动化组合，实现针对不同用户的个性化诉求实现IT架构的建设。敏态IT架构设计，从“虚拟化”，“标准化”和“自动化”这些角度组织所有的技术[12]。

虚拟化技术：计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、集群技术、软件负载均衡。

标准化技术架构：标准X86架构、标准SAN存储、标准ServerSAN技术。

自动化：标准构件自动发放、构件服务质量保障

微服务的核心技术--容器技术。微服务架构是指一个较为复杂的应用由多个相对“微小”的服务组成，每个微服务只负责完成一个特定的任务，可以被独立部署，支持快速的横向扩展。主要具备以下特性：环境标准化和持续部署、隔离性和版本控制。

3 业务决策支撑系统及资源交付关键技术分析3.1 业务决策支撑系统

随着云计算高速发展，系统架构发生了很大变化，信息数量将爆炸增长，在选择统计时常常因信息内容过多很难从海量信息中过滤掉不相干的数据[13]。在运营统计中实现如下的算法，基于运营容量的分布式引擎算法研究，如图4所示。

运营容量不仅要考虑当前的需求情况，还需要为可能的新增的需求留有一定的储备，为此，我们需要对技术发展情况有一定的预测能力。运营在虚拟化资源、存储资源、租户资源、SDN资源上对容量进行优化，通过分布式引擎算法对资源信息进行最佳实践体现系统容量指标，以指导运管决策。

3.2 资源交付

自主开发人工智能的资源交付管理平台，实现了常规IT资源的自动化、标准化的申请和交付，由两级三线系统工单为切入点，全面适配一体化的所有IT设备管理对象，并且通过敏捷云内置强大的调度引擎完成工作流运转，从而完成虚拟服务器、数据库、监控、审计、中间件、安全基线和资产入库等资源出库全流程。人工智能运维技术是在自动化运维的基础上，增加计算机“学习的大脑”，采集决策所需的各类数据和信息，并对其进行必要的分析，然后基于数据分析结果只会自动化脚本执行计算机的命令，从而实现人工智能运维系统的目标，其主要构建项如下。

（1） 实现两级三线系统工单流：两级三线是全网统一的工单审批流转系统，所有工单申请、审批、流转等动作依旧保持在两级三线上。敏捷资源交付平台实现与两级三线系统集成对接，从两级三线系统读取工单信息和工单状态，再利用自动化引擎实现自动化处理。这种方案即保持用户原有使用习惯，也保证了网公司对管理的要求。将原流程中派工节点由人工处理转化为资源交付平台自动执行，从而释放出人力劳动，实现资源申请工单无人值守的即时处理。

（2） 基于人工智能实现最优配置：基于大数据分析实现资源动态申请审核机制，实时获取平台资源使用情况，智能根据最优化選择方案将资源均衡配置在各主机及存储上，实现资源的负载均衡及主机系统的最优化运行机制。

（3） 全面适配所有IT对象：引入适配器开发理念，将运维系统中的各个系统所开放接口进行对接，模块化开发通用的网络接口适配器，打破老式单一对象资源交付的限时，基于敏捷云的自动资源交付系统可对接全网所有的IT对象，智能业务系统的适配器驱使，实现了一体化系统对象的非浸入式交互。

（4） 资源交付的标准化建立和实现：原有资源申请使用Exce表单填写，存在着申请人误填写情况，从而产生非标准交付的隐患。为了解决此问题，改进为使用网页填写申请单，利用一种强策略实现资源申请和交付的标准化。利用网页的资源申请单，可实现错误或非标准信息的自动校验，并可便于管理人员二次审核，最终及保证了管理的标准化要求，也加快了资源交付的效率。

（5） 资源入库管理的规范化：改善原有资源入库不及时或信息误录问题，基于敏捷云的自动资源交付平台在资源完成自动化交付后，自动联动资产平台实现自动化同步入库，将平台出库资源的准确信息及时登记，为南网现有资源管理提供强有力保障。

实现扩容需配合监控了解各节点当前的在线状态，通过实时收集节点的负载（CPU、内存）、请求的 QPS 和延时信息，来制定动态的扩容和缩容策略。

AI Inference系统将 Http 请求、延时和 Http 返回码实时记录成日志，然后通过数据统计来在图形界面展示 Http 请求量、延时、成功率等信息。平台会实时收集所有计算节点的stdout 数据，并录入日志系统，用户可以通过观察线上运行日志来了解线上运行状态，并根据监控信息自动选择扩容和缩容。

除了基本的扩缩容和负载均衡，我们也通过将计算节点集群化的方式，提供全系统容灾保障。如下图所示，系统会把整个服务切分成多个 set，部署在跨机房的某几个机架或者区域里面，当某一个机房或者 set 宕机时，其他地区的在线推理处理还在进行。这种方式的好处是当出现单点故障时，其他区域的计算节点能够保证整个在线推理请求的正常执行，避免因单节点故障导致的系统不可用。

4 总结

本文从对基于多租户弹性的双态管控门户的介绍入手，分别对基于“双态”业务的自动化IT构架基础层及其业务决策支持系统和资源交付关键技术进行了分析，得到主要结论如下：

（1） 多租户指的是多个实体可以同时使用一套相同的系统，而且使用一套系统的不同实体之间互相独立，逻辑上也是相互隔离且互不影响的;弹性指的是系统能够按照自己的需求，实时动态地增加和减少它所要利用的计算资源，已达到节约资源和提高计算效率的目的;多租户弹性利用多租户技术和弹性技术实现稳敏两种状态的协和共存。

（2） 通过自主开发人工智能的资源交付管理平台，可以实现全网统一的工单审批流转系统，同时，基于人工智能实现最优配置能够实现一体化系统对象的非浸入式交互和标准化的资源交付，进而加快了资源交付的效率。

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（收稿日期： 2019.07.16）