基于微服务架构的电力营销信息系统研究

　　摘要:随着电力营销业务的不断发展，对新业务的需求不断增加，所需功能不断提升，多系统间接口和交互的问题在当前电力营销业务应用系统中更为突出，影响了电力营销服务和应用的正常运营和发展。文中提出了基于微服务架构的微应用和微服务来实现应用和功能。

　　在此基础上，描述了集成电力营销业务信息系统的设计方法，并详细阐述了整体架构中的各个技术层，包括应用接入层、微应用层、微服务层、数据资源层和基础平台层，通过统一信息系统的技术架构和实现技术，减少系统内的业务交互、界面交互、数据复制和数据传输，适合电力营销业务的未来发展。最后，文中描述了电力营销业务中充电和计费的典型业务场景。

　　关键词:微服务,分布式服务总线,数据处理领域,电力营销

　　0引言

　　目前的电力营销业务应用系统由电力营销业务管理、业务处理和应用平台支持三大类信息系统组成[1-3]。这些系统存在以下问题:信息系统和业务领域之间存在多种交互;系统之间的接口是多种多样的，技术采用不同的方式;数据在采用不同实现技术的多个系统之间复制;数据被多次复制并重复写回;在水平和垂直系统之间存在不同的数据传输信道，并且其数据交换协议不是唯一的。

　　随着电力营销业务的不断扩大，对新业务的需求不断增加，所需功能不断提升。上述问题影响了电力营销服务和应用的正常运营和发展。在已有的研究成果基础上[4]，通过引入微应用和微服务架构，提出了集成电力营销信息系统，并采用业务应用访问、业务应用服务访问、数据访问等综合数据访问方法，以适应未来电力营销业务发展。

　　1设计背景

　　目前的电力营销业务应用系统主要由电力营销业务管理、业务处理和应用平台支持等多个信息系统组成。多个信息系统支持电力营销业务时，存在以下一些问题:信息系统和业务领域之间的多重交互;系统之间的接口技术方式不同;数据在具有不同架构的多个系统之间重复复制;系统之间存在数据交换协议不同的数据传输信道。

　　随着电力营销业务的不断扩大，对电力营销新业务的需求不断增加，所需功能不断提升[5-7]，上述问题显得尤为突出。为此，本文采用微服务架构提高电力营销的应用程序的可拓展性。微服务框架不是直接面向应用程序，而是通过微应用和微服务来实现应用程序和功能，为特定业务提供强大的信息支持。

　　因此本文所提出的综合电力营销信息系统即由一组微应用和微服务组成。每个微服务都在分布式服务总线上注册，通过分布式服务总线推送微服务实现微应用之间的微服务调用[8-9]。微应用程序通过调用微服务实现业务逻辑，并为用户提供与微应用进行交互的接口组件。

　　1.1微应用

　　微应用程序是向最终用户呈现的直接操作软件界面，它们是满足最终用户业务需求的功能组合，增强了用户的操作体验，并且在各种终端(如PC)上的客户端容器上运行。微应用程序组是由业务紧密耦合的一个或多个第二级应用程序组合的集合，实现特定业务领域中的复杂业务场景和业务流程。微应用组和微应用是基于微服务框架的应用实现被组织以满足业务目标或场景[10-12]。

　　微应用程序的集成注册和访问管理提供了一个或多个接口组件和功能菜单。微应用程序通过分布式服务总线调用微服务来实现业务逻辑，并通过组装接口组件为最终用户提供交互式接口。微应用程序提供了注册到集成应用程序框架中的界面组件和功能菜单，通过调用集成应用程序框架，集成权限和集成处理组件来显示。应用程序管理系统提供各种微应用程序的注册管理功能，然后分发给最终用户。

　　在微应用程序设计的原则中，需要根据相同类别的业务或紧密耦合的业务来设计和组合微应用程序。相同类别的业务是指属于同一类别的一组业务功能或活动。紧密耦合的业务是指业务之间关系相对封闭的业务功能或活动。在设计过程中采用了面向服务和层次化的解耦架构设计方法，利用面向组件和面向服务的封装来构建微应用技术框架。

　　1.2微服务

　　微服务是一种业务逻辑，它承担单一责任，模块化和相对独立的逻辑功能，可以独立部署、独立运行，并通过轻量级通信机制为用户提供最终价值[13-14]。微服务作为单一业务逻辑的功能，基于微服务框架的功能实现，具有独立部署、轻量级通信、无接口、独立于其他微服务、灵活可扩展性和动态扩展的特点。在微服务设计原则中，有必要保持微服务架构的简单性，避免使用分布式数据库，减少不必要的聚合服务，在微服务中实现完全独立的业务功能。

　　根据现有的业务服务，有必要对高负载服务和高负载接入点进行分割。负载接入点的类别，应划分为并发负载、长连接负载、高计算负载、数据库负载、文件操作负载等。有必要避免将信息系统分割为大量的微服务，以降低系统部署、升级、运行和维护的复杂性。微服务应该按照数据关联和逻辑通用的原则进行设计。数据关联是指数据操作的特定概念对象，如CRUD(数据库创建、读取、更新和删除)操作，而逻辑通用是指非数据库操作的逻辑代码块具有一定的通用性，可以在不同微应用中被重用[15]。

　　2基于微服务的电力营销系统体系架构

　　2.1概述

　　在该设计中，为了满足电力营销业务的需求，整体架构从上到下分为五层，即:应用接入层、微应用层、微服务层、数据资源层和基础平台层，每层为上层提供服务和支持。

　　①应用接入层电力客户，电力公司员工，电力计量设备等通过应用接入层与集成电力营销业务应用交互，需要相应的访问控制，如应用访问控制、呼叫接入控制、支付信道接入等。控制和获取访问控制，在用户和电力设备可以访问集成电力营销业务应用之前。

　　②微应用层根据应用需求和业务场景，微应用层是基于电力营销业务特征较小的一组;根据业务耦合和相关性，许多微应用可以形成微应用组。

　　③微服务层微应用层提供面向服务的支持和调用。根据服务特点，它分为两部分:系统支持服务和电力营销业务微服务。

　　④数据资源层数据资源层用于存储、处理、分析和管理整个电力营销业务的数据，并向上层提供集成的数据访问和分析服务。

　　⑤基础平台层基础平台层为上层提供虚拟化计算资源，存储资源和网络资源，并对这些资源进行集成管理、监控、调度、分析和操作。

　　2.2应用接入层

　　在应用接入层的设计中，集成了访问电力营销所需要的应用程序，如交互式网站、面向最终用户的移动应用程序等。业务应用程序通过应用程序访问控制。当用户通过电话或多媒体频道进行访问时，访问要求实际上是在到达集成电力营销业务应用程序之前路由呼叫访问控制。

　　银行柜台、银行终端、网上银行等电力支付渠道在到达综合电力营销业务应用之前必须经过渠道访问控制。访问计量自动化设备也需要通过计量访问控制。客户可以通过移动应用程序、自助终端等全方位服务、多渠道一致性体验和服务，完成业务扩展、充值、信息查询、投诉报告、建议、故障报告和其他业务请求。电力企业的客户服务人员、经理和业务人员可以通过营销移动应用程序、微应用程序控制台等完成信息收集、决策支持、统计查询和其他业务操作。

　　应用程序访问层分为以下四个部分:

　　①应用程序访问控制

　　交互式网站、移动应用程序等应用程序部署在外网中，而微应用控制台、大屏幕显示等应用程序部署在内网中，内外网的应用访问控制流程也有所不同。在应用程序访问控制中，对于外部显示应用程序，内容分发网络技术可用于自动将用户对Web服务访问的请求路由到最接近用户的可用节点服务器，以便改进对用户的响应。用户的Web服务访问可以采用静态和动态分离的页面处理技术，降低微应用层和微服务层的请求频率，减轻应用服务器的压力，提高Web响应和访问性能，最终提升用户体验。

　　②语音呼叫访问控制

　　来自客户的语音访问通过本地运营商，然后汇聚到语音网关，完成呼叫者识别号码的数据分析和分发，以及其他信息。语音协议通过语音路由器和会话边界控制(SBC)设备进行转换，传输到子中心SBC设备，最终传送到呼叫平台进行进一步处理。语音呼叫的访问控制与内网应用程序的访问控制基本相同。

　　③支付渠道访问控制

　　支付渠道所采用的网络信道有企业内部网、专用/光纤线路以及专用网络信道等，这些网络信道具有不同的访问权限，需要针对性采用访问控制策略。支付渠道的访问控制策略包括安全认证、加密和解密、协议分析、数据监控和服务调用监控等。

　　④计量数据访问控制

　　计量装置负责收集和提供原始用电信息，分为终端子层和计量设备子层。低压采集可能有几种形式，包括光纤转换器+电能表和光纤转换器+收集器+电能表。终端子层从用户计量设备收集信息，处理和冻结相关数据，并与上层系统交互。

　　计量装置层实现诸如能量计量和数据输出的功能。通信信道是系统和采集设备之间的链路，提供各种可用的有线和无线通信信道，并支持系统和终端信息交换的链路基础。主要通信渠道有光纤专用网、公共无线网、230MHz无线专用网。通过这些信道获取计量数据，需要进行安全认证、加密和解密、协议配置、数据分析和其他的访问控制。

　　2.3微应用层

　　微应用层根据业务逻辑将应用程序封装为交互式接口组件。根据业务场景的实际需要，实现了可由业务人员直接操作的微应用，为各种人机交互终端提供了一个集成的访问入口。电力营销微应用支持多种业务场景，以实现对业务需求的快速响应，并提供按需信息服务。

　　微应用程序在微应用层整体路由和编排后，通过多种渠道为电力客户提供信息服务和支持，如营业厅、自助终端、语音服务、互动网站、移动应用、微信公众号等;还通过各种渠道为客户服务人员、商务人士、电力公司经理提供信息服务，如移动操作应用程序、微应用程序控制台等。这些微应用可以根据电力营销业务的业务功能分为六类:客户服务和客户关系管理、电力管理、电能计量和信息收集、市场和需求管理、智能电力消耗和综合管理。

　　2.4微服务层

　　微服务层为微应用层提供服务支持和调用。根据服务特点，将微服务分为系统支持服务和电力营销业务两类。系统支持服务包括集成权限、集成处理、分布式服务总线等。为电力营销业务信息系统提供通用和公共服务。电力营销业务的微服务根据最小业务单元的业务逻辑实现雾化业务，并为组件封装实现微应用提供集成业务接入支持。

　　分布式服务总线在微服务之间提供服务注册、服务发现、负载均衡、服务路由和服务配置等功能。电力营销业务的微服务可以根据电力营销业务分为几个一级业务功能，如95598业务处理、抄表管理、电力信息采集、分布式电力运营管理、供电服务质量评估、合同管理、会计管理、审计和工作质量、计量点管理、计量系统管理、客户档案信息管理、客户服务电子商务、客户关系管理、客户联系、能效管理、市场管理、线路损失管理、新安装/增加容量和用电变化、营销项目管理、电力检查管理、电力信息收集、有序用电管理、资产管理、电力收集和会计管理、电动汽车充电和收费运营管理、营销分析和决策支持和电力收费等。

　　2.5数据资源层

　　数据资源层包括三个域:数据处理域，数据分析域和数据管理域。数据处理域是保证电力营销业务数据质量的关键。数据分析领域是挖掘电力营销业务数据资源价值的核心。数据管理领域是实现电力营销业务数据标准化、集成化和安全化的关键和保证。

　　①数据处理域

　　数据处理领域是电力营销业务的数据存储、处理和集成的中心。它是以前信息系统的各种分散数据库的整合、开发和推广。它为电力营销业务的应用提供逻辑上集成的数据支持，主要包括业务处理数据库和集成数据访问服务。通过开发集成数据访问服务，为应用程序和数据库提供数据访问的通道，可以使得微应用更轻松地访问电力营销业务的数据。统一数据模型与主数据的组合提高了跨专业数据的一致性和及时性。通过遵循统一数据结构，可以创建逻辑上统一的业务流程数据库。

　　②数据分析领域

　　数据分析领域是电力营销业务的全类和全时维度的数据聚合中心。它与处理领域的数据实时一致，为电力营销业务的各种分析和决策应用提供完整的数据资源，高效的分析和计算能力，以及集成的运营环境。通过使用整个业务结构化数据构建企业数据仓库，解决了整个业务数据的访问和聚合问题。通过创建统一存储服务，可以实现计量数据，非结构化数据和外部数据的统一存储和管理，同时满足业务处理应用程序和分析应用程序的要求。通过创建统一分析服务，它可以提供跨域分布式计算功能来构建分析应用程序。

　　③数据管理领域

　　数据管理领域提供从整个企业数据方面对企业数据的定义、存储、访问和其他方面的集成规划和控制，以确保整个企业范围数据的一致性、准确性和可靠性，提供强大支持企业内的跨专业和跨系统数据集成和应用。数据管理包括数据质量管理、数据模型管理、主数据管理和元数据管理。

　　2.6基本平台层

　　基础平台层包括基本资源和管理这些基本资源的分布式云操作系统。在基础资源中，通过虚拟化软件，虚拟化了PC服务器、分布式存储、网络交换机等硬件资源。分布式云操作系统为应用程序提供标准化操作环境、提供灵活的计算能力、存储空间和网络吞吐量带宽。基础平台层的虚拟化包括如下:

　　①计算资源虚拟化计算资源包括PC服务器，通过这些计算资源的虚拟化实现聚合的、灵活的、有效的和弹性的计算资源。PC服务器主要采用定制方式，提供不同的访问集群，依据应用场景提供计算和存储服务。

　　②存储资源虚拟化存储资源虚拟化是创建由集中存储和分布式存储组成的混合存储资源池，以满足存储资源的不同数据需求。集中存储资源的虚拟化工作是形成不同存储设备资源的统一调度，并基于信息生命周期的概念为存储资源分层构建，以提高存储资源的利用率。应该根据分布式计算环境的要求创建分布式存储资源。分布式存储有两种主要形式，一种在逻辑上等同于集中存储，以提供共享存储服务;另一种是提供分布式文件系统来提供共享存储服务。

　　③网络资源虚拟化网络交换机可以使用传统交换机，在特殊情况下，也可以使用SDN(软件定义网络)和InfiniBand交换机。在分布式基础架构中，网络虚拟化与云平台的部署同步。基于SDN技术，可以建立灵活开放的网络交换平台，实现对网络资源的统一控制、动态部署、按需使用和快速响应的应用需求。

　　3案例分析

　　基于以上研究成果，本研究对电力营销业务中典型的计费和计费业务场景进行了系统验证，如收费、收费纠正、收费统计、转账到达确认等。根据上述的技术架构，微应用层的微应用(界面组件)全部显示在应用访问层的微应用控制台中。microapp_001可以根据实现的功能通过分布式服务总线从microserv_001到microserv_010调用必要的微服务。

　　微应用程序和微服务通过调用集成权限组件来实现权限管理，通过调用集成处理组件来安排业务流程。微服务通过集成的数据访问组件访问电力营销计费和计费的数据库。基础平台层为系统验证提供必要的计算、存储和网络资源。

　　4结束语

　　本文提出了基于微服务框架的微应用和微服务架构来实现应用和功能。在此基础上，通过统一信息系统的技术架构和实现技术，减少了业务交互、界面交互和数据接口，描述了集成电力营销业务信息系统的设计方法，并在整体架构中阐述了各个技术层次。虽然本文系统地验证了电力营销业务收费和核算的典型业务场景，但有必要进一步分析和探讨其他典型的业务场景，熟悉微应用和微服务的具体设计和实现。

　　微应用应选择适度的规模和业务代表，提前进行试点设计和开发，然后根据每个业务应用的不同特点和生命周期中的转换计划逐步推进。在不影响业务正常运行的情况下，可以实现业务应用的平稳过渡，确保业务应用的稳定迁移，最终完成电力营销业务信息系统向微应用和微服务的架构过渡和实施。

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