核电企业转型互联网架构的研究

杨 强 王 燃 刘帝勇

1(江苏核电有限公司 江苏 连云港 222042) 2(海南核电有限公司 海南 海口 570100) 3(三门核电有限公司 浙江 台州 317112)

核电企业转型互联网架构的研究

杨 强1王 燃2刘帝勇3

1(江苏核电有限公司 江苏 连云港 222042)2(海南核电有限公司 海南 海口 570100)3(三门核电有限公司 浙江 台州 317112)

数字化时代涌现的多样化业务需求对核电企业信息化提出了新的要求，传统信息化架构难以适应。结合主流的互联网架构技术以及核电企业自身特点，着重从分布式弹性计算资源管理、应用容器化、微服务组件化、开发运营一体化四个方面进行了深入研究，对核电企业IT转型互联网架构进行了一些思考。为核电企业构建可信赖的、持续的、实时的业务集成和创新平台提供有益的探索。

核电企业 弹性计算 微服务 DevOps

0 引 言

随着企业信息化建设的深入发展，核电企业基本已建成完善的基础架构设施。在此基础上，各下属核电企业基本实现了生产管理、资源管理等主要领域的信息化管理，主要业务流程能够通过信息系统进行流转，信息系统已能够全面覆盖企业生产、经营的各类业务，信息系统间也得到了一定的整合，企业信息化达到了高度共享，经营管理者可及时了解企业运营情况，提升企业整体效率。

通过引入PMP、COBIT、ITIL等国际先进管理理念，国内的核电企业基本上均建立起符合自身企业特点的IT治理体系。通过体系化的运作，企业形成了良好的投资策略和投资结构及建立了较为先进的系统技术架构，结合完善的信息化标准和管理规范体系，能够满足企业在信息安全、运维、服务管理、绩效管理等方面的需要。

在互联网+时代，越来越多的核电企业面临着向数字化转型的需求，如何将现有的IT管理架构转型到互联网架构的模式成为当前企业信息化关注的重点。

1 核电企业信息化面临的问题

1.1 多样化的业务需求全方位影响IT

在数字化时代，越来越多的核电企业发现，在传统的IT管理理念中盛行的需求管理和项目管理方法已经无法应对内部客户多变的需求，企业信息化面临着向数字化生态转型的难题。数字化生态下的信息化建设已经成为构建企业核心竞争力的重要基础。数字化生态下的流程运作和数字核电厂运营的要求对核电企业当前的信息化架构提出了更为广泛的挑战。

业务的变化在全方位的影响着IT的发展。一般而言，IT的发展从战略出发，以信息化架构为依托，以基础平台为支撑，配合以技术标准、技术架构和技术管理等管理手段，在其基础上实施技术战略及创新。数字化业务的提出就需要信息化架构向数字化架构转变，传统的信息技术平台需要向互联网化的平台转变，更重要的一点是，在技术上的战略及创新应当以数字化为核心。企业数字化转型的业务需求(目标)包括客户体验、运营流程以及业务模式三部分[1]。对于核电厂而言，客户体验就是内外部干系人对于应用系统的满意与否；运营流程就是信息化涵盖的业务流程是否能够涵盖核电厂运营的需要；业务模式是指数字化时代核电厂所采用的业务操作方式方法。这三者是核电厂开展数字化转型所主要考虑的三个方面。

在现实资源上，核电企业在电力供应上的优势为数字化产品服务提供了一个可行的思路。核电企业在数字化业务需求上有着浓厚的兴趣，数字核电概念的提出将业务数字化变革向IT变革往前提了一步。企业面临的多渠道管理和数字化运营已经在众多制造业内得到了实例验证，这为核电企业在数字化业务变革奠定了基础。

1.2 内部信息技术上面临的问题

当前核电企业的信息系统主要以各电厂单独部署和运维的方式来开展建设，在具体的信息化建设上大都是按照业务条线进行建设，主要目的是满足业务功能；这些系统往往采用烟囱式的系统建设方式，难以避免功能上的重复建设；有些应用系统建设仍由业务部门负责，近些年才逐步实现了对信息化建设的集中管理。往往这些企业当前在用的某些信息系统的技术陈旧，不能适应用户对其升级的需求；信息系统的代码随着业务需求的不断增加，代码量迅速增加。企业内使用到的某些产品技术架构已经过十几年的发展，没有经过重构，很多技术已经逐步失去了技术储备，新接手的人很难了解系统的架构。受制于某些产品技术的架构限制，业务高度耦合，代码修改困难，系统无法与客户需求匹配。目前的技术体系中使用的技术大多无法适应国际化和多浏览器的环境。

在日常运维上，传统的单体应用无法自动发布和自动化部署，导致系统无法满足用户不断变化的需求，交付周期变得很长。具体的问题还有：

1) 用户体验差：应用系统响应很慢，不同时间段的体验反差大，不同用户终端的使用体验反差也很大。

2) 应用系统扩展性差：应用系统很“笨重”，大都是紧耦合，系统架构难以调整，任何调整对其他应用都造成巨大影响。

3) 应用开发周期长：应用架构缺乏规范，共性应用平台少，每次建设一个新的应用需要较长的时间。

4) 数据实时分析能力不够：数据分析还是构建在传统平台之上，不能提供实时、智能的数据分析能力。

5) 技术管理体系不完善：受管理模式及管理流程差异制约，业务标准化和信息标准化工作推进难度大，且缺乏统一的技术管理标准和管控机制。

2 解决思路

2.1 “软件定义数据中心”的企业云平台

在传统模式下的资源管理通常是将物理操作系统或虚拟操作系统分配给用户，这种静态资源的分配方式最大问题是无法实现最大化资源共享。在转型向互联网架构时，首要的问题是将整个数据中心抽象成一个分布式操作系统内核进行管理。目的是将传统的数据中心的软件基础设施升级成为使用互联网技术支撑的弹性计算的分布式系统。分布式系统以微服务为核心，强调运维的智能化与自动化，所能够解决的场景是支持百万甚至千万级别的海量物联网设备及数据采集和实现数据的实时处理和预警、分析应用。

“软件定义数据中心”，其实质就是虚拟化[2]，也就是可以将三大关键的计算资源虚拟化和池化， 包括服务器、存储和网络[3]。虚拟化的资源能够按照运维人员的要求自由组合，能够有效地响应不同IT阶段的应用要求。 “软件定义数据中心”能够有效避免重复硬件投资和资源浪费。

通过“软件定义数据中心”，基于云平台进行基础架构的管理，可以实现一体化管控和统一资源配置，使核电企业的基础设施平台具备应用负载自动感知能力，从而能够动态、自动化地响应应用需求。通过平台提供的API能够自主调用所需要的缓存服务、文件服务、数据库服务等服务。用户通过监控数据中心的资源利用情况，动态调整计算资源的数量。图1是典型核电企业基于云的基础设施架构。该架构在基础设施层将计算资源、存储和网络进行池化管理；在平台服务层，企业可以借助集成平台(ESB产品例如SAP PI等)实现数据和应用层面的集成；在应用层搭建了符合电厂自身以及长远规划的应用体系；在用户交互与渠道接入商能够支持多种交互方式。

图1 典型核电基于云架构的基础设施架构

2.2 微服务组件化

针对业务需求不断变化的难题，有必要通过引入微服务架构实现对应用的快速开发和标准化的管理。

微服务架构[4-7]是一种新的软件体系设计模式，它并没有形成统一、严格的定义，但是基于其分布式环境应用的场景，却拥有一些共同的特征：比如开发敏捷性、持续交付、可伸缩性、最终一致性等。

微服务架构[4-7]建议将大型复杂的单体架构应用划分为一组微小的服务，每个微服务根据其负责的具体业务职责提炼为单一的业务功能；每个服务可以很容易地部署并发布到生产环境里隔离和独立的进程内部，它可以很容易地扩展和变更；对于一个具体的服务来说可以采用任何适用的语言和工具来快速实现；服务之间基于基础设施互相协同工作。

图2是为核电企业设计的微服务整体架构，根据行业的特点，重点需要建设的是人、财、物和设备运行、管理等业务应用，以及例如核燃料等相关的专业应用。数字化架构下不可避免需要考虑APP等新的渠道下的应用。此外，集团统建应用或主管部门要求的应用接入也需要作为业务的来源统一考虑。在这种情况，有必要在企业当前各类信息资源的基础上进行分析和抽象，梳理出服务化的组件，组件划分按照单业务使用的业务服务和公共服务两个方面进行评估，具体的服务细粒度应当采取合适的原则，避免不必要的资源浪费。微服务管理功能作为核心功能也需要同步实施。这样，就可以基于组件化的微服务来开发相应的业务应用。

图2 典型核电企业的微服务架构设计图

2.3 应用容器化

Docker作为一个开源的应用容器引擎，自2013年发布到现在，已经得到众多厂商和开发者的支持。开发者利用Docker可以实现容器化的应用部署，通过将应用及其依赖打包，可以自由地发布到主流的Linux环境上。Docker的沙箱机制保证了容器的相互独立性。容器的特点就是与底层的框架和编程语言无关，可以很方便地改变其运行的基础环境而不会对性能造成影响。这一特点对于企业的运维人员而言是一项极大减轻工作量的优点。Docker的镜像是一种轻量级的虚拟化，相比较传统基于Vmware等虚拟化技术而言，能够以更少的资源占用表现出更高的性能。Docker的隔离特点完全符合构建PaaS平台的要求，有助于应用架构的横向扩展[8]。

Docker可以让云的计算资源得到更充分的利用。随着Swarm和Kubernetes等集群编排工具的推出，加速了Docker云在企业中的普及，更有RancherOS这种基于Docker的轻量级Linux分发版的产生，给业界提供了操作系统级的解决方案，使得企业容器化的门槛在迅速降低。

核电企业将应用通过容器化进行部署的方式能够获得显著的收益。一方面有助于开发运维一体化的实现，提高内部IT的协作效率。另一方面，能够大大降低IT硬件资源需求，以更为轻量级的方式实现计算资源的分配。图3是典型核电企业基于Docker的容器化架构，各层均采用开源软件作为相应各层的技术平台。

图3 典型核电企业基于Docker的容器化架构

2.4 开发运营一体化

开发运维一体化(Devops)是基于云平台架构下的新技术体系，DevOps包括了一套完整的价值观、原则、方法、最佳实践和工具。目的是重构开发运维一体化机制以及自动化运维体系。DevOps保证了开发人员，运维人员之间的良好沟通和协作，有利于解决传统IT运维管理模式里面存在的信息沟通效率不高的问题，有助于提高IT部门的整体效率。DevOps能够满足在互联网时代企业内部用户对于IT运维管理上的需求，在众多大中型企业得到了应用实践[9]。

DevOps包括了5个方面，包括自动化运维、持续集成、自动化测试、持续部署、源码管理。这5个方面均有开源的工具予以支持。DevOps能够通过利用各种自动化集成工具和开发相关程序。图4是DevOps的工作流图。

图4 Devops下的开发工作流程图

3 结 语

在核电厂实际的信息化建设进程中，需要综合考虑技术、成本等实际因素。一方面，Docker等技术基于Linux内核，纵观当下核电企业，虽然一些起步较早的单位的应用服务已转向以Linux架构为主，但部分单位的信息化应用还是以Windows系统为主，在实际改造中需要先人一步的觉悟和壮士断腕的决心。另一方面，在对于既有架构的改造的同时也需要着手制定架构标准。当前核电企业应用系统的基础平台，主要分布在Java和.NET两大主流。Java本身具有跨平台特性，易容器化改造，微软也于2015年发布了跨平台的. NET Core，使得.NET步入跨平台的阵营。加之数据库阵营中的主流角色Oracle、MySQL、Mongodb等也均是原生的Linux血统，有了这些基础保障，就应该尽早发布企业的新架构标准，从设计、交付、接入到运营上，都得以规范和提升。

无论核电企业基础如何，在当今的数字化时代，核电企业都应当在现有的基础架构和应用架构的基础之上，利用开放的、新兴的技术，服务的自动化部署与弹性扩展能够通过“软件定义数据中心”的思路来解决。在应用系统的开发上，核电企业应当需要转换思维，使用面向服务的设计，共享业务和IT技术能力。核电企业要充分利用容器化的技术改善应用部署工作流程，加快应用从构建到测试到部署的全流程。对于有条件的企业，应当采用智能、实时数据分析技术，驱动企业向数据价值驱动的创新型企业转型。核电企业转型互联网架构有助于构建可信赖的、持续的、实时的业务集成和创新平台支撑企业内外部的各项业务需求，是未来的发展方向。

[1] 王保育,李纪华,吴筱瑛.企业数字化转型架构[M].北京:电子工业出版社,2015.

[2] 张振伦.软件定义的数据中心[J].软件和信息服务,2012(11):77.

[3] 郭平,汤铭.重塑数据中心[N].计算机世界,2014-04-28(25).

[4] Thönes J.Microservices[J].IEEE Software,2015,32(1):1-116.

[5] 王磊.微服务架构与实践[M].北京:电子工业出版社,2015.

[6] Patanjali S,Truninger B,Harsh P,et al.CYCLOPS:A micro service based approach for dynamic rating,charging & billing for cloud[C]//International Conference on Telecommunications.IEEE,2015:1-8.

[7] Newman S.Building Microservices[M].O’Reilly Media,Inc,2015:1-280.

[8] 王亚玲,李春阳,崔蔚,等.基于Docker的PaaS平台建设[J].计算机系统应用,2016,25(3):72-77.

[9] 邹筱菁,柯林.基于DevOps的软件开发管理模式[J].数字技术与应用,2016(11):184-187,217.

RESEARCHONINTERNETARCHITECTUREOFNUCLEARPOWERENTERPRISETRANSFORMATION

Yang Qiang1Wang Ran2Liu Diyong3

1(JiangsuNuclearPowerCo.,Ltd.,Lianyungang222042,Jiangsu,China)2(HainanNuclearPowerCo.,Ltd.,Haikou570100,Hainan,China)3(SanmenNuclearPowerCo.,Ltd.,Taizhou317112,Zhejiang,China)

In the digital era, the diversification of the business needs of the nuclear power enterprise information has put forward new requirements. Some of the problems faced by traditional information technology cannot be resolved through the traditional way. Combined with the mainstream internet architecture technology and the characteristics of nuclear power enterprises, we focused on the study of distributed flexible computing resource management, application containerization, micro service component, development and operation integration. And we carried out some thoughts on the nuclear power enterprise IT transformation of the Internet architecture. This paper provides a useful exploration for the construction of reliable, continuous and real-time business integration and innovation platform for nuclear power enterprises.

Nuclear power enterprise Flexible computing Micro service DevOps

2017-01-19。杨强，高工，主研领域：信息化架构管理。王燃，工程师。刘帝勇，研究员级高工。

TP3

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.12.061