田 際，王大鵬，劉希念，宋文貴，馮庭有，吳 波，周鈺濤

（1.華能東莞燃機(jī)熱電有限責(zé)任公司，廣東 東莞 523590；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054；3.西安西熱電站信息技術(shù)有限公司，陜西 西安 710054）

0 引 言

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G通信、云計(jì)算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的深入發(fā)展，特別是隨著云計(jì)算相關(guān)領(lǐng)域的虛擬化技術(shù)、自動化容器技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)的發(fā)展日趨成熟[1-2]，發(fā)電企業(yè)開始積極探索構(gòu)建企業(yè)級云平臺[3]，并將其應(yīng)用在企業(yè)信息平臺建設(shè)中。

此外，在信息化和工業(yè)化融合（兩化融合）模式發(fā)展的當(dāng)前背景下[4-5]，發(fā)電企業(yè)如何將生產(chǎn)系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)進(jìn)行整合，并通過建立覆蓋發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營方向的大型信息管理平臺，打破各生產(chǎn)系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)在物理層面、業(yè)務(wù)層面和管理層面的信息孤島現(xiàn)狀，是需要解決的另一個問題。

1 構(gòu)建企業(yè)級私有云平臺

云平臺通?？煞譃楣性?、私有云和混合云[6]，其中最為常見的是公有云，雖然具有成本低、運(yùn)維簡單、易擴(kuò)展等特點(diǎn)，但是從網(wǎng)絡(luò)安全性、數(shù)據(jù)私密性、信息保密性的角度出發(fā)，發(fā)電企業(yè)必須在企業(yè)防火墻內(nèi)側(cè)對服務(wù)器、交換機(jī)、防火墻等硬件設(shè)施進(jìn)行投資，并組建有實(shí)施和運(yùn)維能力的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建企業(yè)級私有云平臺。

發(fā)電企業(yè)私有云平臺的構(gòu)建分別從硬件平臺和軟件框架著手。

1.1 私有云硬件平臺

為滿足私有云復(fù)雜的業(yè)務(wù)負(fù)載和大規(guī)模數(shù)據(jù)敏捷存取需求，本文基于虛擬化技術(shù)構(gòu)建了發(fā)電企業(yè)私有云硬件平臺，將分散的服務(wù)器群的操作系統(tǒng)、內(nèi)存、CPU、存儲磁盤和網(wǎng)絡(luò)接口等整合至虛擬資源池，并在虛擬化技術(shù)、分布式存儲技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)和動態(tài)資源調(diào)度技術(shù)的協(xié)同作用下，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)和內(nèi)存、CPU、存儲磁盤和網(wǎng)絡(luò)接口等硬件資源的集中管理、動態(tài)共享、靈活調(diào)度和彈性擴(kuò)展[7]，如圖1所示。目前，構(gòu)建私有云硬件平臺主要使用基于超融合架構(gòu)的服務(wù)器[8]。

圖1 私有云硬件平臺技術(shù)示意圖

1.2 私有云軟件框架

雖然發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜，但企業(yè)用戶數(shù)量少、云應(yīng)用的并發(fā)訪問量較小，為了提高系統(tǒng)資源利用率，實(shí)現(xiàn)敏捷開發(fā)、高效部署和便捷維護(hù)，本文構(gòu)建了基于容器技術(shù)的發(fā)電企業(yè)私有云軟件框架。

由于應(yīng)用程序的發(fā)布和運(yùn)行與操作系統(tǒng)有較強(qiáng)的依賴關(guān)系，即使是同一個操作系統(tǒng)因底層環(huán)境輕微的不同也會引起應(yīng)用程序無法正常部署或運(yùn)行崩潰，為此，針對私有云應(yīng)用，本文引入一種自動化的部署技術(shù)—Docker容器。通過Docker容器將云應(yīng)用所需的相關(guān)程序及其運(yùn)行所依賴的操作系統(tǒng)環(huán)境文件（如dll等文件）打包封裝，并以獨(dú)立的進(jìn)程運(yùn)行，不但杜絕了因開發(fā)環(huán)境和應(yīng)用環(huán)境不一致導(dǎo)致云應(yīng)用無法正常部署或運(yùn)行的情況[9-10]，而且能夠迅速實(shí)現(xiàn)多個云應(yīng)用容器的獨(dú)立部署。對于云應(yīng)用的持續(xù)集成、部署與交付采用gitlab CI/CD技術(shù)實(shí)現(xiàn)[11-12]。

基于硬件平臺和軟件框架的發(fā)電企業(yè)私有云平臺構(gòu)建完成后，發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)會部署云端應(yīng)用，如何打破這些云端應(yīng)用在物理層面、業(yè)務(wù)層面和管理層面各自獨(dú)立的現(xiàn)狀，則需要開發(fā)基于Docker的發(fā)電企業(yè)私有云的一體化信息管理平臺，以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一用戶管理和各云端應(yīng)用數(shù)據(jù)和信息的互通與共享。

2 一體化信息管理平臺架構(gòu)

2.1 平臺硬件及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

基于Docker的發(fā)電企業(yè)私有云的一體化信息管理平臺在私有云硬件平臺中部署4臺服務(wù)器，包括：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、計(jì)算服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和管理服務(wù)器。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器安裝MySQL云數(shù)據(jù)庫；計(jì)算服務(wù)器運(yùn)行3個Docker容器，分別部署數(shù)據(jù)中臺的數(shù)據(jù)采集相關(guān)服務(wù)、數(shù)據(jù)治理相關(guān)服務(wù)和數(shù)據(jù)應(yīng)用相關(guān)服務(wù)；應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行5個Docker容器，分別部署一體化平臺發(fā)布服務(wù)、基礎(chǔ)平臺服務(wù)、單點(diǎn)登錄服務(wù)、應(yīng)用集成服務(wù)和數(shù)據(jù)接口服務(wù)；管理服務(wù)器負(fù)責(zé)云數(shù)據(jù)庫和所有Docker容器的運(yùn)行、維護(hù)、升級、備份等。系統(tǒng)硬件主要功能匯總見表1所列，平臺拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

表1 系統(tǒng)硬件主要功能

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.2 平臺邏輯架構(gòu)

基于Docker的發(fā)電企業(yè)私有云的一體化信息管理平臺的系統(tǒng)架構(gòu)主要分為三層：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）層、集成平臺即服務(wù)（IPaaS）層和軟件即服務(wù)（SaaS）層，平臺邏輯架構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 平臺邏輯架構(gòu)示意圖

IaaS層為一體化信息管理平臺提供了操作系統(tǒng)、內(nèi)存、CPU、存儲磁盤和網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施資源，并實(shí)現(xiàn)了資源的按需分配和彈性調(diào)度。

IPaaS層處于IaaS層與SaaS層之間，無需關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施層細(xì)節(jié)，IPaaS層基于Docker容器為私有云一體化信息管理平臺SaaS層提供各種云環(huán)境開發(fā)、部署和運(yùn)行平臺。

私有云云數(shù)據(jù)庫、Docker容器和gitlab CI/CD自動化部署提供了私有云基礎(chǔ)服務(wù)；業(yè)務(wù)流引擎、工作流服務(wù)、ETL服務(wù)、媒體流服務(wù)等構(gòu)成了基礎(chǔ)平臺；由數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)應(yīng)用構(gòu)成的數(shù)據(jù)中臺提供數(shù)據(jù)引擎服務(wù)。此外，以API接口為主的數(shù)據(jù)接口、以CAS服務(wù)為主的單點(diǎn)登錄平臺、以集成服務(wù)為主的應(yīng)用集成平臺為第三方接入和系統(tǒng)集成提供服務(wù)。

SaaS層即私有云云端應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心、單點(diǎn)登錄、系統(tǒng)管理等一體化信息管理平臺的應(yīng)用功能，以及與多個生產(chǎn)系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)的系統(tǒng)集成。

這種多層次部署方式能夠滿足電力行業(yè)的相關(guān)信息安全要求，也能適應(yīng)企業(yè)管理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求。

3 一體化信息管理平臺主要功能

3.1 基礎(chǔ)平臺

基于Docker的發(fā)電企業(yè)私有云的一體化信息管理平臺的基礎(chǔ)平臺采用面向組件的設(shè)計(jì)思想，通過可視化的配置界面來為開發(fā)者提供一個開放、靈活、可重用的快速開發(fā)平臺。

基礎(chǔ)平臺在技術(shù)架構(gòu)上是基于Java語言開發(fā)，集開發(fā)、運(yùn)行、管理于一體的分布式軟件平臺，提供了基礎(chǔ)的Web應(yīng)用框架，支持?jǐn)U展服務(wù)，是發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架。

3.2 數(shù)據(jù)中臺和數(shù)據(jù)中心

基于Docker的發(fā)電企業(yè)私有云的一體化信息管理平臺的數(shù)據(jù)中臺是以實(shí)時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以機(jī)組、系統(tǒng)和設(shè)備為中心，根據(jù)實(shí)時生態(tài)數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)理念，綜合考慮企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)模式，為達(dá)到讓企業(yè)數(shù)據(jù)活用起來的目的而開發(fā)的一個綜合性平臺。

數(shù)據(jù)中臺從功能上分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)應(yīng)用3大功能，并細(xì)分為9個子功能。數(shù)據(jù)中臺功能結(jié)構(gòu)及企業(yè)數(shù)據(jù)流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)中臺功能結(jié)構(gòu)及企業(yè)數(shù)據(jù)流程示意圖

數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)治理一起被稱為數(shù)據(jù)中臺的服務(wù)端，服務(wù)端是數(shù)據(jù)中臺的核心。數(shù)據(jù)采集負(fù)責(zé)從各生產(chǎn)系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)采集不同類型的企業(yè)數(shù)據(jù)，并完成對企業(yè)數(shù)據(jù)的清洗和加工。經(jīng)過清洗和加工的企業(yè)數(shù)據(jù)依次經(jīng)過數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)分析流程，完成數(shù)據(jù)治理并存儲至云數(shù)據(jù)庫中。

數(shù)據(jù)應(yīng)用是數(shù)據(jù)中臺的應(yīng)用端，負(fù)責(zé)治理后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與用戶之間的分享和交互，通過數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)價值應(yīng)用，力求將企業(yè)數(shù)據(jù)持續(xù)不斷地變成企業(yè)資產(chǎn)，以服務(wù)于企業(yè)業(yè)務(wù)，并最終通過數(shù)據(jù)中心的Web界面進(jìn)行展示，如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)中心界面

數(shù)據(jù)中臺采用面向組件的開發(fā)模式，并借鑒微服務(wù)模式，將數(shù)據(jù)中臺以子功能為單位創(chuàng)建各自獨(dú)立的原子組件及服務(wù)，當(dāng)個別組件及服務(wù)異常時只會影響對應(yīng)的功能，而數(shù)據(jù)中臺整體功能不受影響。

3.3 系統(tǒng)集成

為了消除企業(yè)內(nèi)部信息孤島，將分布在各部門各自獨(dú)立的生產(chǎn)系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)資源進(jìn)行綜合集成為一個整體，基于Docker的發(fā)電企業(yè)私有云的一體化信息管理平臺以系統(tǒng)與設(shè)備管理為基礎(chǔ)，以設(shè)備編碼為主線，以統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施的原則，通過網(wǎng)絡(luò)互連、數(shù)據(jù)共享、應(yīng)用集成和流程銜接，開發(fā)了系統(tǒng)集成功能，并建立界面統(tǒng)一的風(fēng)格。

系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)了對SAP系統(tǒng)、運(yùn)行管理系統(tǒng)、廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）、安防監(jiān)控系統(tǒng)、智能巡檢系統(tǒng)、班組日常管理系統(tǒng)的集成，并為其他生產(chǎn)管理系統(tǒng)的集成預(yù)留了擴(kuò)展接口。通過對各生產(chǎn)系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)的集成，最終可為開展數(shù)據(jù)分析、技術(shù)監(jiān)督、生產(chǎn)決策奠定基礎(chǔ)。

3.4 單點(diǎn)登錄平臺

基于Docker的發(fā)電企業(yè)私有云的一體化信息管理平臺，通過CAS服務(wù)實(shí)現(xiàn)與各生產(chǎn)系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)的賬號權(quán)限集中管理和單點(diǎn)登錄，如圖6所示。從結(jié)構(gòu)體系上看，CAS包含CAS Server和CAS Client。CAS Server在平臺發(fā)布服務(wù)器上獨(dú)立部署，負(fù)責(zé)從云數(shù)據(jù)庫中檢索用戶信息，進(jìn)行用戶名、密碼和驗(yàn)證碼的認(rèn)證以及權(quán)限授權(quán)；CAS Client負(fù)責(zé)處理各生產(chǎn)系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)受保護(hù)資源的訪問請求，當(dāng)未登錄用戶請求登錄時，重新指向到CAS Server進(jìn)行認(rèn)證登錄[13]。

圖6 單點(diǎn)登錄平臺流程示意圖

4 結(jié) 語

隨著虛擬化、自動化容器、分布式計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展成熟，發(fā)電企業(yè)開始在云計(jì)算領(lǐng)域積極探索。本文從硬件平臺和軟件框架兩個方面入手，構(gòu)建了企業(yè)級私有云。在私有云上基于Docker容器技術(shù)開發(fā)了一體化信息管理平臺，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)平臺、數(shù)據(jù)中臺和數(shù)據(jù)中心、單點(diǎn)登錄平臺等功能，并對各類生產(chǎn)系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)進(jìn)行集成，期望通過建立覆蓋發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營的大型信息管理平臺，打破各生產(chǎn)系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)在物理層面、業(yè)務(wù)層面和管理層面的信息孤島現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的互通與共享，助力于企業(yè)的工業(yè)化和信息化的融合與發(fā)展。