基于Docker的发电企业私有云一体化信息管理平台开发

田 际，王大鹏，刘希念，宋文贵，冯庭有，吴 波，周钰涛

（1.华能东莞燃机热电有限责任公司，广东 东莞 523590；2.西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710054；3.西安西热电站信息技术有限公司，陕西 西安 710054）

0 引 言

近年来，随着物联网、人工智能、5G通信、云计算、移动互联网等技术的深入发展，特别是随着云计算相关领域的虚拟化技术、自动化容器技术、分布式计算技术的发展日趋成熟[1-2]，发电企业开始积极探索构建企业级云平台[3]，并将其应用在企业信息平台建设中。

此外，在信息化和工业化融合（两化融合）模式发展的当前背景下[4-5]，发电企业如何将生产系统与信息管理系统进行整合，并通过建立覆盖发电企业生产和经营方向的大型信息管理平台，打破各生产系统与信息管理系统在物理层面、业务层面和管理层面的信息孤岛现状，是需要解决的另一个问题。

1 构建企业级私有云平台

云平台通常可分为公有云、私有云和混合云[6]，其中最为常见的是公有云，虽然具有成本低、运维简单、易扩展等特点，但是从网络安全性、数据私密性、信息保密性的角度出发，发电企业必须在企业防火墙内侧对服务器、交换机、防火墙等硬件设施进行投资，并组建有实施和运维能力的专业技术团队构建企业级私有云平台。

发电企业私有云平台的构建分别从硬件平台和软件框架着手。

1.1 私有云硬件平台

为满足私有云复杂的业务负载和大规模数据敏捷存取需求，本文基于虚拟化技术构建了发电企业私有云硬件平台，将分散的服务器群的操作系统、内存、CPU、存储磁盘和网络接口等整合至虚拟资源池，并在虚拟化技术、分布式存储技术、分布式计算技术和动态资源调度技术的协同作用下，实现操作系统和内存、CPU、存储磁盘和网络接口等硬件资源的集中管理、动态共享、灵活调度和弹性扩展[7]，如图1所示。目前，构建私有云硬件平台主要使用基于超融合架构的服务器[8]。

图1 私有云硬件平台技术示意图

1.2 私有云软件框架

虽然发电企业生产系统业务逻辑复杂，但企业用户数量少、云应用的并发访问量较小，为了提高系统资源利用率，实现敏捷开发、高效部署和便捷维护，本文构建了基于容器技术的发电企业私有云软件框架。

由于应用程序的发布和运行与操作系统有较强的依赖关系，即使是同一个操作系统因底层环境轻微的不同也会引起应用程序无法正常部署或运行崩溃，为此，针对私有云应用，本文引入一种自动化的部署技术—Docker容器。通过Docker容器将云应用所需的相关程序及其运行所依赖的操作系统环境文件（如dll等文件）打包封装，并以独立的进程运行，不但杜绝了因开发环境和应用环境不一致导致云应用无法正常部署或运行的情况[9-10]，而且能够迅速实现多个云应用容器的独立部署。对于云应用的持续集成、部署与交付采用gitlab CI/CD技术实现[11-12]。

基于硬件平台和软件框架的发电企业私有云平台构建完成后，发电企业生产系统与信息管理系统会部署云端应用，如何打破这些云端应用在物理层面、业务层面和管理层面各自独立的现状，则需要开发基于Docker的发电企业私有云的一体化信息管理平台，以实现统一用户管理和各云端应用数据和信息的互通与共享。

2 一体化信息管理平台架构

2.1 平台硬件及拓扑结构

基于Docker的发电企业私有云的一体化信息管理平台在私有云硬件平台中部署4台服务器，包括：数据库服务器、计算服务器、应用服务器和管理服务器。

数据库服务器安装MySQL云数据库；计算服务器运行3个Docker容器，分别部署数据中台的数据采集相关服务、数据治理相关服务和数据应用相关服务；应用服务器运行5个Docker容器，分别部署一体化平台发布服务、基础平台服务、单点登录服务、应用集成服务和数据接口服务；管理服务器负责云数据库和所有Docker容器的运行、维护、升级、备份等。系统硬件主要功能汇总见表1所列，平台拓扑结构如图2所示。

表1 系统硬件主要功能

图2 系统网络拓扑图

2.2 平台逻辑架构

基于Docker的发电企业私有云的一体化信息管理平台的系统架构主要分为三层：基础设施即服务（IaaS）层、集成平台即服务（IPaaS）层和软件即服务（SaaS）层，平台逻辑架构示意图如图3所示。

图3 平台逻辑架构示意图

IaaS层为一体化信息管理平台提供了操作系统、内存、CPU、存储磁盘和网络等基础设施资源，并实现了资源的按需分配和弹性调度。

IPaaS层处于IaaS层与SaaS层之间，无需关注基础设施层细节，IPaaS层基于Docker容器为私有云一体化信息管理平台SaaS层提供各种云环境开发、部署和运行平台。

私有云云数据库、Docker容器和gitlab CI/CD自动化部署提供了私有云基础服务；业务流引擎、工作流服务、ETL服务、媒体流服务等构成了基础平台；由数据治理、数据服务和数据应用构成的数据中台提供数据引擎服务。此外，以API接口为主的数据接口、以CAS服务为主的单点登录平台、以集成服务为主的应用集成平台为第三方接入和系统集成提供服务。

SaaS层即私有云云端应用层，实现数据中心、单点登录、系统管理等一体化信息管理平台的应用功能，以及与多个生产系统、信息管理系统的系统集成。

这种多层次部署方式能够满足电力行业的相关信息安全要求，也能适应企业管理的网络结构要求。

3 一体化信息管理平台主要功能

3.1 基础平台

基于Docker的发电企业私有云的一体化信息管理平台的基础平台采用面向组件的设计思想，通过可视化的配置界面来为开发者提供一个开放、灵活、可重用的快速开发平台。

基础平台在技术架构上是基于Java语言开发，集开发、运行、管理于一体的分布式软件平台，提供了基础的Web应用框架，支持扩展服务，是发电企业生产系统与信息管理系统的基础框架。

3.2 数据中台和数据中心

基于Docker的发电企业私有云的一体化信息管理平台的数据中台是以实时数据为基础，以机组、系统和设备为中心，根据实时生态数据的设计理念，综合考虑企业的组织结构和业务模式，为达到让企业数据活用起来的目的而开发的一个综合性平台。

数据中台从功能上分为数据采集、数据治理和数据应用3大功能，并细分为9个子功能。数据中台功能结构及企业数据流程如图4所示。

图4 数据中台功能结构及企业数据流程示意图

数据采集与数据治理一起被称为数据中台的服务端，服务端是数据中台的核心。数据采集负责从各生产系统和信息管理系统采集不同类型的企业数据，并完成对企业数据的清洗和加工。经过清洗和加工的企业数据依次经过数据设计、数据整合、数据验证和数据分析流程，完成数据治理并存储至云数据库中。

数据应用是数据中台的应用端，负责治理后产生的数据与用户之间的分享和交互，通过数据服务应用和数据价值应用，力求将企业数据持续不断地变成企业资产，以服务于企业业务，并最终通过数据中心的Web界面进行展示，如图5所示。

图5 数据中心界面

数据中台采用面向组件的开发模式，并借鉴微服务模式，将数据中台以子功能为单位创建各自独立的原子组件及服务，当个别组件及服务异常时只会影响对应的功能，而数据中台整体功能不受影响。

3.3 系统集成

为了消除企业内部信息孤岛，将分布在各部门各自独立的生产系统和管理信息系统资源进行综合集成为一个整体，基于Docker的发电企业私有云的一体化信息管理平台以系统与设备管理为基础，以设备编码为主线，以统一规划、分步实施的原则，通过网络互连、数据共享、应用集成和流程衔接，开发了系统集成功能，并建立界面统一的风格。

系统集成实现了对SAP系统、运行管理系统、厂级信息监控系统（SIS）、安防监控系统、智能巡检系统、班组日常管理系统的集成，并为其他生产管理系统的集成预留了扩展接口。通过对各生产系统和信息管理系统的集成，最终可为开展数据分析、技术监督、生产决策奠定基础。

3.4 单点登录平台

基于Docker的发电企业私有云的一体化信息管理平台，通过CAS服务实现与各生产系统和信息管理系统的账号权限集中管理和单点登录，如图6所示。从结构体系上看，CAS包含CAS Server和CAS Client。CAS Server在平台发布服务器上独立部署，负责从云数据库中检索用户信息，进行用户名、密码和验证码的认证以及权限授权；CAS Client负责处理各生产系统与信息管理系统受保护资源的访问请求，当未登录用户请求登录时，重新指向到CAS Server进行认证登录[13]。

图6 单点登录平台流程示意图

4 结 语

随着虚拟化、自动化容器、分布式计算等技术的发展成熟，发电企业开始在云计算领域积极探索。本文从硬件平台和软件框架两个方面入手，构建了企业级私有云。在私有云上基于Docker容器技术开发了一体化信息管理平台，实现了基础平台、数据中台和数据中心、单点登录平台等功能，并对各类生产系统和信息管理系统进行集成，期望通过建立覆盖发电企业生产和经营的大型信息管理平台，打破各生产系统与信息管理系统在物理层面、业务层面和管理层面的信息孤岛现状，实现数据和信息的互通与共享，助力于企业的工业化和信息化的融合与发展。