隋永鑫

(北京智芯微電子科技有限公司，北京 102202)

微服務(wù)架構(gòu)在電動(dòng)汽車智能充電服務(wù)與運(yùn)營(yíng)平臺(tái)系統(tǒng)中的應(yīng)用

隋永鑫

(北京智芯微電子科技有限公司，北京102202)

隨著微服務(wù)技術(shù)的興起和發(fā)展，越來(lái)越多的應(yīng)用系統(tǒng)采用了微服務(wù)架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外服務(wù)。描述了微服務(wù)框架在電動(dòng)汽車智能充電服務(wù)與運(yùn)營(yíng)平臺(tái)中的應(yīng)用，并介紹了一種適用于微服務(wù)的開(kāi)發(fā)框架。該框架基于輕量級(jí)開(kāi)源微服務(wù)框架組件SpringCloud，其提供一系列的微服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行支撐，對(duì)電動(dòng)汽車充電服務(wù)運(yùn)行平臺(tái)中各組成結(jié)構(gòu)都提供快速簡(jiǎn)單微服務(wù)組件，以提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率，降低業(yè)務(wù)之間耦合度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的技術(shù)隔離、高性能并發(fā)處理、獨(dú)立分布式部署運(yùn)行、灰度發(fā)布、服務(wù)降級(jí)等，大大提高了電動(dòng)汽車充電服務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的高效性。

微服務(wù)；微服務(wù)開(kāi)發(fā)框架；SpringBoot；SpringCloud；微服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施；電動(dòng)汽車充電服務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)

0 引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展，業(yè)界出現(xiàn)了很多關(guān)于微服務(wù)的應(yīng)用實(shí)踐，傳統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)因采用“單體架構(gòu)”已經(jīng)凸顯出響應(yīng)需求速度慢、交付周期長(zhǎng)、不能適應(yīng)多終端訪問(wèn)等系列，微服務(wù)具有獨(dú)立部署、松散耦合、技術(shù)隔離、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，可以改善“單體架構(gòu)”帶來(lái)的上述問(wèn)題。同時(shí)，微服務(wù)是一種分布式系統(tǒng)的解決方案，其具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，但也需要解決一系列的復(fù)雜性問(wèn)題，采用微服務(wù)架構(gòu)需要具備服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、負(fù)載均衡、微服務(wù)管理等微服務(wù)架構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施功能[1-3]的關(guān)鍵能力。

運(yùn)用微服務(wù)架構(gòu)相關(guān)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的電力應(yīng)用系統(tǒng)改造升級(jí)，尤其在電動(dòng)汽車充電和運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)[4-6]上應(yīng)用微服務(wù)架構(gòu)模式，在電力行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)具有先創(chuàng)性。本文將重點(diǎn)介紹一種適用于微服務(wù)架構(gòu)模式的開(kāi)發(fā)框架在電動(dòng)汽車充電和運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，基于框架提供的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，開(kāi)發(fā)人員可以集中精力進(jìn)行微服務(wù)的開(kāi)發(fā)而無(wú)需過(guò)多地關(guān)注微服務(wù)框架帶來(lái)的復(fù)雜性問(wèn)題；應(yīng)用方面，結(jié)合業(yè)務(wù)對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行服務(wù)化優(yōu)化，為未來(lái)電動(dòng)汽車的大規(guī)模推廣、充電基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)部署奠定基礎(chǔ)，文獻(xiàn)[7]中分析了微服務(wù)架構(gòu)的發(fā)展與影響。

1 電動(dòng)汽車充電服務(wù)與運(yùn)營(yíng)平臺(tái)組成

電動(dòng)汽車充電服務(wù)與運(yùn)營(yíng)平臺(tái)由運(yùn)營(yíng)平臺(tái)、APP客戶端、智能充電樁三部分組成。

(1)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，是銜接服務(wù)APP與智能充電終端互動(dòng)的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)智能充電終端進(jìn)行指令下發(fā)與數(shù)據(jù)采集；響應(yīng)服務(wù)APP的訪問(wèn)請(qǐng)求；供運(yùn)營(yíng)管理者對(duì)充電業(yè)務(wù)信息進(jìn)行維護(hù)、統(tǒng)計(jì)、分析，配置平臺(tái)運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)測(cè)充電終端運(yùn)行工況。

(2)服務(wù)APP，是電動(dòng)汽車用戶參與充電服務(wù)互動(dòng)的客戶端，主要實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)智能充電樁進(jìn)行檢索、定位、導(dǎo)航、預(yù)約、收藏、充電控制等一系列操作，并提供相關(guān)業(yè)務(wù)信息、活動(dòng)資訊、應(yīng)用配置參數(shù)的顯示與維護(hù)功能。

(3)智能充電樁，是供電動(dòng)汽車充電的智能裝置，與傳統(tǒng)充電樁相比，差別在于增加了WiFi通信模塊，可借助互聯(lián)網(wǎng)通信與微控制單元(Micro Controller Unit,MCU)，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電裝置的遠(yuǎn)程控制。

2 Spring Cloud 微服務(wù)框架

Spring Cloud是一系列框架的有序集合。它利用Spring Boot開(kāi)發(fā)應(yīng)用的便利性，巧妙地簡(jiǎn)化了微服務(wù)架構(gòu)模式的基礎(chǔ)設(shè)施組件的開(kāi)發(fā)，如服務(wù)發(fā)現(xiàn)注冊(cè)、配置中心、負(fù)載均衡、斷路器、數(shù)據(jù)監(jiān)控等微服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)Spring Boot風(fēng)格進(jìn)行再封裝屏蔽掉了復(fù)雜的配置和實(shí)現(xiàn)原理，提供了一套簡(jiǎn)單易懂、易部署和易維護(hù)的分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具包。使用Spring Cloud一站式解決方案能在從容應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)發(fā)展的同時(shí)大大減少開(kāi)發(fā)成本，并可快速進(jìn)行微服務(wù)架構(gòu)模式應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。

應(yīng)用上述微服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施組件結(jié)合Spring Boot可快速開(kāi)發(fā)、部署，實(shí)現(xiàn)微服務(wù)架構(gòu)模式的應(yīng)用，架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 微服務(wù)技術(shù)架構(gòu)示意圖

2.1 Spring Boot輕量級(jí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架

Spring Boot是一個(gè)可以輕量實(shí)現(xiàn)Java微服務(wù)的框架，其設(shè)計(jì)目的是用來(lái)簡(jiǎn)化Spring應(yīng)用的初始搭建及開(kāi)發(fā)過(guò)程，通過(guò)它創(chuàng)建獨(dú)立運(yùn)行的 Java 應(yīng)用和Web應(yīng)用，相對(duì)于傳統(tǒng)的Web應(yīng)用，其內(nèi)嵌Web應(yīng)用服務(wù)器具有快速開(kāi)發(fā)、一鍵啟動(dòng)和部署的優(yōu)勢(shì)，解決了傳統(tǒng)Web應(yīng)用在部署和開(kāi)發(fā)時(shí)由于與Web應(yīng)用服務(wù)器之間的緊耦合而帶來(lái)的繁瑣配置和重量級(jí)運(yùn)維等問(wèn)題。

2.2 微服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)

Spring Cloud框架集成Netflix框架中相關(guān)微服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施組件，提供了高可用的微服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施組件。

(1)Spring Cloud Config 是微服務(wù)框架中的公共配置組件，使用該組件可實(shí)現(xiàn)微服務(wù)集群的參數(shù)的統(tǒng)一配置，該組件可通過(guò)GIT、SVN和本地文件存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)公共信息配置。

(2)Netflix Eureka 是微服務(wù)框架中的服務(wù)注冊(cè)中心組件，負(fù)責(zé)服務(wù)的發(fā)現(xiàn)、服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)狀態(tài)同步，是微服務(wù)框架中各服務(wù)之間通信的中轉(zhuǎn)站。

(3)Netflix Zuul 該組件是公共網(wǎng)關(guān)入口組件，負(fù)責(zé)微服務(wù)集群中服務(wù)的路由，通過(guò)配置映射指定服務(wù)URL分發(fā)請(qǐng)求，也可與服務(wù)注冊(cè)中心結(jié)合通過(guò)服務(wù)的ID分發(fā)請(qǐng)求。

(4)Netflix Hystrix 是微服務(wù)框架中的服務(wù)斷路器，負(fù)責(zé)服務(wù)的調(diào)用熔斷控制、降級(jí)處理，通過(guò)配置熔斷和降級(jí)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)服務(wù)調(diào)用故障的快速處理，保障服務(wù)調(diào)用快速響應(yīng)，避免雪崩效應(yīng)的產(chǎn)生，同時(shí)其提供了可視化的監(jiān)控UI Hystrix Dashboard組件，提供微服務(wù)集群中服務(wù)熔斷和降級(jí)處理的實(shí)時(shí)效果展現(xiàn)。

(5) Netflix Ribbon 是微服務(wù)的軟負(fù)載均衡，提供隨機(jī)、輪訓(xùn)、加權(quán)等負(fù)載均衡算法，結(jié)合服務(wù)注冊(cè)中心實(shí)現(xiàn)服務(wù)間調(diào)用的軟負(fù)載。

Spring Boot 與基礎(chǔ)設(shè)施組件結(jié)合的微服務(wù)技術(shù)架構(gòu)組成如圖2所示。

圖2 Spring boot組件與Spring Cloud 組件結(jié)合的微服務(wù)技術(shù)架構(gòu)圖

3 Spring Cloud 微服務(wù)框架在電動(dòng)汽車充電服務(wù)與運(yùn)營(yíng)平臺(tái)系統(tǒng)中的應(yīng)用

微服務(wù)架構(gòu)模式在電動(dòng)汽車充電服務(wù)與運(yùn)營(yíng)平臺(tái)系統(tǒng)中應(yīng)用，相對(duì)于目前主流的充電服務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，旨在優(yōu)化服務(wù)架構(gòu)技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)充電業(yè)務(wù)模塊的服務(wù)化，將復(fù)雜應(yīng)用拆分為獨(dú)立運(yùn)行的單個(gè)服務(wù)，降低系統(tǒng)之間耦合，實(shí)現(xiàn)敏捷開(kāi)發(fā)和快速部署，并實(shí)現(xiàn)配置的統(tǒng)一管理，降低運(yùn)維成本，提升系統(tǒng)的整體擴(kuò)展能力。

3.1 基于Spring cloud微服務(wù)框架的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于微服務(wù)架構(gòu)模式強(qiáng)調(diào)分散和獨(dú)立可運(yùn)行的松耦合設(shè)計(jì)思想，本平臺(tái)架構(gòu)采用微服務(wù)應(yīng)用群組與微服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合的處理策略，以提高系統(tǒng)整體性能和穩(wěn)定性，具體分為采集微服務(wù)群組、數(shù)據(jù)微服務(wù)群組、應(yīng)用微服務(wù)群組、展現(xiàn)微服務(wù)群組。技術(shù)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)示意圖

(1)采集微服務(wù)群組：由采集解析服務(wù)和負(fù)載分發(fā)服務(wù)組成的分布式微服務(wù)群組，采用NIO技術(shù)和多線程技術(shù)，負(fù)責(zé)與充電樁的通信，包括數(shù)據(jù)采集、指令收發(fā)、通信協(xié)議解析、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)加密/解密、協(xié)議適配、分布式部署、提供標(biāo)準(zhǔn)Restful接口服務(wù)等功能供其他微服務(wù)群組中服務(wù)調(diào)用。

(2)數(shù)據(jù)微服務(wù)群組：包含運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存服務(wù)、數(shù)據(jù)分析服務(wù)。運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)提供用戶、組織、權(quán)限、充電樁基礎(chǔ)信息、工況等信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并以JSON格式提供給調(diào)用方。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)通過(guò)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)持久化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)上行報(bào)文的實(shí)時(shí)狀態(tài)，供應(yīng)其微服務(wù)群組中微服務(wù)定時(shí)調(diào)用。數(shù)據(jù)分析服務(wù)提供對(duì)系統(tǒng)中充電數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)以及充電樁上報(bào)數(shù)據(jù)的智能分析功能，提供給展現(xiàn)服務(wù)所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(3)應(yīng)用微服務(wù)群組：由Web應(yīng)用接口服務(wù)、APP接口服務(wù)、第三方接口服務(wù)、充電服務(wù)、交易服務(wù)等微服務(wù)組成，實(shí)現(xiàn)充電樁運(yùn)行管理平臺(tái)中大部分業(yè)務(wù)功能與其他群組中微服務(wù)通過(guò)Resful協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

(4)展現(xiàn)微服務(wù)群組：該群組中微服務(wù)分別提供對(duì)手機(jī)端APP和PC端瀏覽器訪問(wèn)的兩種渠道數(shù)據(jù)支持，其中手機(jī)端APP分為iOS與Android系統(tǒng)兩個(gè)版本，用于向電動(dòng)汽車用戶提供充電服務(wù)相關(guān)的互動(dòng)操作；PC端瀏覽器作為運(yùn)營(yíng)商的管理工具，主要用于查看充電業(yè)務(wù)信息、配置平臺(tái)運(yùn)行參數(shù)、監(jiān)測(cè)充電終端運(yùn)行工況等,該群組中服務(wù)僅提供展現(xiàn)頁(yè)面，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)微服務(wù)群組中服務(wù)提供。

3.2 Spring Cloud架構(gòu)模式下的系統(tǒng)架構(gòu)工作原理

按照系統(tǒng)架構(gòu)的微服務(wù)群組設(shè)計(jì)，將電動(dòng)汽車充電和運(yùn)營(yíng)平臺(tái)行的各業(yè)務(wù)功能進(jìn)行微服務(wù)化設(shè)計(jì)，由職責(zé)單一的微服務(wù)提供業(yè)務(wù)服務(wù)，劃分的幾個(gè)微服務(wù)群組集成Spring Cloud微服務(wù)框架的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)服務(wù)群組中服務(wù)的高可用性。

展現(xiàn)服務(wù)群組中微服務(wù)提供了手機(jī)APP和PC 瀏覽器的頁(yè)面展示，數(shù)據(jù)則由數(shù)據(jù)微服務(wù)群組中數(shù)據(jù)分析服務(wù)提供。

應(yīng)用群組中服務(wù)提供了其他Web應(yīng)用、第三方應(yīng)用接口和APP接口的服務(wù)，可方便合作第三方的其他系統(tǒng)接入充電和運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，同時(shí)應(yīng)用群組中提供充電服務(wù)、交易服務(wù)等充電操作相關(guān)業(yè)務(wù)的服務(wù)功能。

數(shù)據(jù)服務(wù)群組中由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)通過(guò)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)持久化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過(guò)Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)上行報(bào)文的實(shí)時(shí)狀態(tài)，數(shù)據(jù)分析服務(wù)提供了展現(xiàn)服務(wù)所需的數(shù)據(jù)，運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)提供基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)管理數(shù)據(jù)。

采集解析微服務(wù)與充電樁之間采用長(zhǎng)連接的實(shí)時(shí)通信，分布式部署的采集解析服務(wù)可對(duì)高并發(fā)、多協(xié)議適配提供高效的支撐。負(fù)載分發(fā)服務(wù)負(fù)責(zé)充電樁與采集解析服務(wù)之間請(qǐng)求分發(fā)，采用輪訓(xùn)、加權(quán)、最小連接數(shù)等算法實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，保障海量充電樁與系統(tǒng)的正常連接。

各群組中微服務(wù)可同時(shí)大規(guī)模部署，通過(guò)API公共網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的統(tǒng)一入口，由服務(wù)注冊(cè)中心實(shí)現(xiàn)微服務(wù)的注冊(cè)、發(fā)現(xiàn)、狀態(tài)刷新、服務(wù)治理、各微服務(wù)之間的調(diào)用,并可通過(guò)微服務(wù)框架的軟負(fù)載策略實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，提高服務(wù)的可用性，在服務(wù)調(diào)用過(guò)程中引入服務(wù)熔斷降級(jí)處理，規(guī)避由于大規(guī)?；蚋卟l(fā)訪問(wèn)造成服務(wù)鏈路響應(yīng)延遲或異常而導(dǎo)致的雪崩效應(yīng)。使用微服務(wù)模式架構(gòu)的工作原理如圖4所示。

圖4 微服務(wù)模式架構(gòu)工作原理圖

框架同時(shí)提供了公共統(tǒng)一配置服務(wù)，解決分布式部署海量應(yīng)用時(shí)配置繁瑣問(wèn)題。公共配置組件提供統(tǒng)一GIT庫(kù)同步、SVN同步配置和本地文件配置，保證在多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下微服務(wù)的統(tǒng)一配置。

4 結(jié)論

采用微服務(wù)架構(gòu)模式的電動(dòng)汽車充電服務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)可為充電樁的大規(guī)模建設(shè)部署提供有效的推進(jìn)力，是促進(jìn)用戶有序充電、快捷充電、合理充電的關(guān)鍵。本文探討了微服務(wù)架構(gòu)模式在面向互聯(lián)網(wǎng)海量智能充電樁的電動(dòng)汽車充電服務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的應(yīng)用，分析了技術(shù)架構(gòu)、部署方式、功能應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路，為電動(dòng)汽車用戶與海量充電樁形成的智能充電網(wǎng)進(jìn)行快捷互動(dòng)提供了可靠平臺(tái)。

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Application of micro service architecture in intelligent charging service andoperation platform system of electric vehicle

Sui Yongxin

(Beijing Smart-chip Microelectronics Technology Ltd.,Beijing 102200,China)

With the rise and development of micro service technology,more and more application systems adopt micro service architecture to realize the external service. This paper describes the application of the micro service framework in the platform of electric vehicle charging service,and introduces a framework for micro service development. This framework is based on lightweight micro service framework components Spring Cloud,which provides a series of micro service infrastructure to support the service platform to run the structure,and provides quick and simple micro service components of electric vehicle charging,in order to improve the efficiency of system development,reduce the degree of coupling between business and the implementation technology of isolation system,and realize high performance independent processing,distributed deployment operation,service degradation,and gray release,greatly improving the efficiency of the electric vehicle charging service operation platform.

micro service; micro service development framework; Spring Boot; Spring Cloud; micro service infrastructure; electric vehicle charging service operation platform

TP311.5

A

10.19358/j.issn.1674-7720.2017.24.029

隋永鑫.微服務(wù)架構(gòu)在電動(dòng)汽車智能充電服務(wù)與運(yùn)營(yíng)平臺(tái)系統(tǒng)中的應(yīng)用J.微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36(24)：102-104，108.

2017-06-26)

隋永鑫(1984-)，男，學(xué)士，工程師，主要研究方向：用電節(jié)能、智能用電等。