对微服务架构的电力云服务平台研究

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(云南电网有限责任公司 信息中心， 昆明 650041)

0 引言

人工智能、云计算等技术的应用使人们认识到计算机技术的便捷，并且加大了对新型计算机技术的研发。在这一背景下，我国电力企业也逐渐加大了计算机技术的研究，希望更好地将信息技术应用于电力业务中。信息技术、网络通信技术、大数据等技术的应用拉近了消费者与电力企业的距离，进一步推动了我国电力产业的变革。同时，新技术的应用势必会对电力服务平台造成影响，需要对原有的服务平台重新设计，实现快速接入、融合支撑的目标[1]。微服务架构是指利用虚拟化等技术分解功能，多个服务器共同执行的过程。微服务架具有广阔的发展前景，本文基于为服务器架构研究电力云服务平台的构建。

1 微服务架构的设计理论

“微服务架构”一词源于外国学者马丁，其在文中指出，微服务主要是利用现代信息技术分散大系统，一个服务负责一个业务，高度、独立地运行，实现自治[2]。

传统架构主要由3个层次构成，分别为：数据层、表现层以及业务层。业务层主要负责编译、运维、部署等工作，从物理部署角度看来，其依然是一个单独的层次。在传统架构下，开发者可使用系统提供的工具进行设计与研发，为广大设计者提供了便捷。在人们用电需求快速增长的情况下，传统架构的交付时间长，已经被逐渐淘汰。

微服务架构可以不仅可以实现独立编译，还可以独立运行，与传统服务构架相比，其总线开发的难度相对较小，灵活性强。微服务架构如图1所示。微服务架构理念为敏捷开发，在微服务架构的基础上研究电力服务平台，可以最大限度地简化服务，同时能够对现有的电力业务不产生任何影响。一般情况下，服务平台的优化一般由技术人员对系统进行互补的改进[3]，即以“补丁”的形式实现。但是微服务架构下的各个服务相对独立，各个服务的变化周期存在较大的差异。如果需要升级、优化系统，技术人员只需要更新问题组件即可实现。

图1 微服务架构图

2 我国电力云服务发展问题

第一，我国在发展电力云服务的过程中浪费了巨大的网络资源。将云计算技术应用于电力系统中需要带宽等因素。现阶段，电力企业数据处理中心一般运用了云计算技术，数据的分析、计算以及储存需要运用大量的带宽。大量带宽数据被使用意味着电力企业的数据处理中心使用了较多的公共网络资源。以400台服务器的网络缴费系统为例，在23万通过系统缴纳电费时，网络贷款的消耗高达95GByte每秒[5-6]。这一情况在我国东部大城市的电网系统中尤为明显。

第二，重复建设问题。与欧美发达国家相比，我国的云计算技术仍处于初步发展阶段。在利益的驱使下，云计算、云服务的开发商在推广过程中不会重视社会效益。在引入国外相对成熟云服务的过程中，虽然帮助部分企业解决了难题，但是一定程度上会损耗社会公众的利益，却帮助国外企业获得丰厚的收入，无法了解其核心技术[7]。与此同时，过度研发云计算会使我国电力企业数据短板暴露在外，并加剧了公共资源过度消耗的现象。

第三，电力能源消耗量巨大。2012年，国家能源局局长曾指出，基于云计算的数据中心耗能量十分巨大，初步估算一年耗电约为1 000亿千瓦时[9]。综合实际世界其他国家的数据来看，截止2022年，世界各大电力运营商消耗的电能可达到2.3亿千瓦时。相关调查结果指出，截止到2015年12月，中国数据中心耗电量约为870亿千瓦时，占国内用电总量的1.7%。国外也早已认识到这一问题，国外部分专家认为，基于大数据的云服务系统的能效比十分低，服务器的空载消耗的电量达到85%以上[10]。以居民常常使用的谷歌搜索以及微博平台为例，前者每年消耗的电能约为2.8亿千瓦时，微博平台平均每年消耗的电量约为2500万千瓦时。

因此，在设计云服务平台时，需要综合考虑电力能源、网络公共能源消耗问题，通过先进的技术手段缓解云计算、云服务应用的困境。

3 电力云平台的主要构成以及优化分析

电力云服务平台主要由3部分构成，分别为：平台服务层、基础设施服务层以及云服务中心。第一，基础设施服务层主要负责数据的计算、存储等。云操作系统为用户提供接口，之后由中心进行整合。该系统同样负责数据的存储，由中心提供服务接口，之后对数据进行整合处理[11]。在对外服务方面，不仅可以提供虚拟器等计算服务，而且可以提供分布式存储服务。负载均衡器与云中心分别提供接口以及监控、调度等服务，同时科学配置各个系统组件的应用访问路由以及负载均衡。第二，平台服务主要由两部分组成，分别为：管理服务以及组件服务。前者主要负责平台应用的故障自愈、监控以及灰度发布等管理工作；后者基于自身为各个租户提供接口，使租户与云中心建立连接[12]。除此以外，组件服务还会提供数据传输、统一数据访问服务、数据复制服务、统一流程服务等等。第三，云服务中心主要由3部分构成，分别为：部署中心、监控中心以及控制台。控制台是云服务中心的关键，外部访问只能通过控制台进行，内部数据也只能通过控制台向外传输。监控中心利用全过程的监控信息联合部署中心确定与调整调度方案，实现高效、弹性调度。

针对当前电力云服务平台存在的入口多、风格多样、标准不统一等问题，笔者提出了以下的优化建议。(1)建立健全服务注册制度。定位是服务注册制度的主要作用。随着电力业务的增长，需要研发一款高效、安全、实用的服务注册中心。服务注册主要有2种类型，分别为自注册与被注册。前者是指服务对象自主进入中心；后者是指平台主动搜寻用户，不断挖掘潜在的服务对象[13]。例如，很多手机应用会根据手机用户的浏览历史向用户推送相关信息。(2)明确平台通信标准。基于微服务架构的电力云服务平台中，由于各个服务为独立运行状态，各个服务之间而定通信机制存在较大的差异，需要制定统一的网络通信制度。首先，明确定义服务标识，对各个版本的下多实例共存进行描述[14]，提升系统的兼容性。其次，服务并发系统。由于电力系统同时段内的访问人数较多，多个服务器可能会同时相应，这就需要系统具有服务器的并发功能。除此之外，部分服务器受到网络网络波动等因素的影响，极有可能会出现网络错误、页面无法刷新等情况，影响网络资源的调度。因此，在设计过程中可以采用熔断限流的方案。最后，部分客户端由于第三方软件的阻止，导致客户端的进程被阻塞。在设计过程中可以应用同步请求的模式。

4 微服务架构的电力云服务平台的设计

不同于传统架构下的电力云服务平台的设计，本次设计需要将复杂的系统业务科学分解，同时实现各个服务的重复利用。本文设计的微服务架构的电力云服务平台如图2所示。技术人员在设计研发平台应用后，利用持续交付平台部署、验证应用。部分，验证完毕后传输服务中心，同时进行注册[15]。利用服务网关平台，服务请求者可以对云服务平台中的数据进行申请。然后由服务网关筛查请求信息，对于不合格的请求立即定位与拦截。

图2 微服务架构下的电力云服务平台设计见图

微服务架构的电力云服务平台的关键服务注册中心，该系统主要是可以对系统的运行环境进行科学的评估，之后参考评估结果动态变化。多个微服务实例共同构成了平台的可持续交付组件，该组件主要为外部提供访问等服务。电力云平台借助服务注册中心的相关数据，进而掌握每一实例的网络通信协议以及历史记录。之后，由注册服务中心负责对实例进行定位与动态监管。针对每个实例不同的情况，综合网络环境，注册服务中心会及时调整。如果客户端需要访问某个服务，并且该服务隶属于服务注册中心，客户端需要访问请求上交至分发层。然后由系统对服务注册中心进行检查。因为不同的访问请求，其分发路由方案可能差异较大，因此，系统提供的定位服务也存在较大的不同。分发层的调度策略以服务器实例数量为参考，而且还会考虑到请求负载[16]。一般情况下，云服务平台的定位与发现服务不是由单一的服务进行，而是通过多个服务合作实现。

服务网关是电力云服务平台的重要组成部分，是外部访问系统的唯一途径，也是内部数据传输的唯一出口，可以有效确保系统内部信息的安全性。服务关网主要利用信息技术将部分信息传输至外部。与此同时，对于不合要求的外部信息可以实时拦截，并预处理。服务管网还可为内部提供协议转换以及安全防护等服务。在对传统SOA构架进行改造的过程中，技术人员需要重视服务接口以及服务语言的选择，将耦合的服务能力与系统剥离。因为部分业务以及用户服务形式较为单一，其处于成熟的发展阶段，投资收益较高，所以可以不对其进行改造。

5 总结

本文基于微构架、云计算等技术研究电力云服务平台研究，首先阐述了微服务架构的设计理论，并对我国电力云服务发展现状进行了分析。分析指出，我国在发展电力云服务的过程中浪费了巨大的网络资源，基于云计算的数据中心耗能量十分巨大，并且存在重复建设的问题。针对上述提出了从通信标准、服务注册角度提出优化方案，最后进行微服务架构的电力云服务平台的设计。多个微服务实例共同构成了平台的可持续交付组件，该组件主要为外部提供访问等服务。电力云平台借助服务注册中心的相关数据，进而掌握每一实例的网络通信协议以及历史记录。之后，由注册服务中心负责对实例进行定位与动态监管。针对每个实例不同的情况，综合网络环境，注册服务中心会及时调整。