實踐出真知 電力行業(yè)的服務虛擬化和驗證實踐

2010-11-17 11:29:39

云計算

虛擬化 電力行業(yè)必須現(xiàn)代化 IT 資源和現(xiàn)有的陳舊技術來滿足當前業(yè)務管理需求。一個特具體挑戰(zhàn)是 Advanced Metering Systems。在本文中，作者介紹了虛擬服務如何幫助開發(fā)團隊和 QA 團隊應對今天的智能電表和智能電網(wǎng)體系。

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【Jason English, 副總裁，營銷傳播, iTKO】

【Chris Kraus, LISA 產(chǎn)品經(jīng)理和主管，EMEA Practice, iTKO】

今天的電力公司在控制成本的同時，還必須向客戶提供優(yōu)良的服務可靠性。這些行業(yè)目前正在十年前技術的重壓下掙扎，必須現(xiàn)代化 IT 資源和現(xiàn)有技術來滿足當前業(yè)務和管理需求，實現(xiàn)良好的可視化和跨電網(wǎng)的電力控制。

今天，電力公司面臨最大挑戰(zhàn)的一個特定領域是 Advanced Metering Systems (AMS) 和位于一個新的智能電網(wǎng)架構頂層的支持軟件。我們把注意力集中在具體的行動上，討論 iTKO LISA? 如何在較少的成本和時間延誤的風險下提交新功能。

縱覽全球能源行業(yè)，在網(wǎng)絡和消費者層都有急需優(yōu)化能源基礎架構。政府已經(jīng)強制執(zhí)行了效能舉措，這是由客戶賬單和津貼資助的 — 根據(jù) US Government Accountability Office (GAO) 資料顯示，2009 年共計 34億美元的資助經(jīng)費用于 United States 的智能電網(wǎng)項目，214 億美元分配給世界各地。

本文中，我們將討論：

現(xiàn)代化智能電表和智能電網(wǎng)的挑戰(zhàn)。

服務虛擬化如何減輕促進高效開發(fā)和動態(tài)企業(yè)應用程序測試。

通過捕獲部署軟件資產(chǎn)行為，同時虛擬化那些尚未存在的行為，服務虛擬化可以幫助在電力行業(yè)中的開發(fā)和 QA 團隊來控制軟件生命周期中的依賴和約束，從而幫助確?？煽康姆战桓?。

現(xiàn)代化能源軟件基礎架構的風險

樣例基礎架構由大量新技術和現(xiàn)有技術組成，這些技術必須被整合來滿足分布式 IT 環(huán)境的需求（如圖 1 所示）。

圖 1. 復雜的 Utility IT 基礎架構

要使智能電表和智能電網(wǎng)計劃得以實施，電力行業(yè)提供商必須處理難以計數(shù)的大量軟件相互連接和遺留實現(xiàn)。在電網(wǎng)上安裝數(shù)百萬新設備可能會導致數(shù)以千計的新集成活動，這些集成活動在過去的電力公司中是完全不支持的。

更困難的是，電力公司必須在一個規(guī)定的、具有挑戰(zhàn)性的交付模式中提交測量技術和智能電網(wǎng)技術 — 很顯然這必須是可靠的。

AMS 和智能電網(wǎng)危險因素包括：

◇ 新的端點和系統(tǒng)：一個電力客戶必須在一個首年 “試用” 窗口安裝 800,000 個新智能電表：一項復雜的工作，這個項目涉及到超過 600 種不同的電表、固件和軟件配置組合。這才是開始。
◇ 解除市場管制：因為在 US 大多數(shù)電力市場是不受控制的，有幾十個新零售商進入市場，他們區(qū)別客戶供應的產(chǎn)品，不僅僅考慮價格，也考慮定制基于 web 的系統(tǒng)和家用單元來管理能源使用。這創(chuàng)建了許多必須驗證的客戶使用案例。

◇ 遺留系統(tǒng)：現(xiàn)有電力公司的 IT 基礎設施已經(jīng)過時，其中很多組件都是 10 年前、甚至 20 年前部署的，這些組件是為粗粒度數(shù)據(jù)和電網(wǎng)控制（包括測量像平均計量和計費之類的）設計的。這有一個更現(xiàn)代的多層方法，提供更多可視性、靈活性和更多的能源使用控制模式，但是遺留系統(tǒng)通常會發(fā)現(xiàn)適應資源需求很困難。

當您為了在期限內(nèi)完成而推行一個新智能電網(wǎng)或者 AMS 實時系統(tǒng)時，如果系統(tǒng)提供不準確的數(shù)據(jù)或慢慢停下來時會怎么樣？如果系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中失敗，可能會引發(fā)對整個網(wǎng)絡的性能和可靠性的懷疑，最終會對收益產(chǎn)生影響，或者導致公用行業(yè)供應商與監(jiān)管機構發(fā)生爭執(zhí)。

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智能電表/智能電網(wǎng)現(xiàn)代化的挑戰(zhàn)

電力正在從一個變數(shù)和數(shù)據(jù)量相對較少的 IT 環(huán)境移入另一個環(huán)境中，在這個新環(huán)境中，每個客戶電表現(xiàn)在都是一個聯(lián)網(wǎng)的計算機，作為一個控制點將新數(shù)據(jù)推入電網(wǎng)并將數(shù)據(jù)傳播到底層遺留系統(tǒng)。技術數(shù)量、運算次數(shù)、以及任何一個能源公司的 IT 系統(tǒng)和基礎架構需要處理的數(shù)據(jù)量都呈指數(shù)增長。

我們來看一個非常簡化的典型能源軟件基礎架構視圖。圖 2 突出顯示了新的且令人印象深刻的高風險努力，實現(xiàn)了智能電網(wǎng)和智能電表，提供了新級別的控制和預測。

圖 2. 不可用系統(tǒng)和未完成系統(tǒng)如何約束新 “智能” 技術的交付

這個簡化圖展示了一個能源公司的典型軟件架構以及由此引起的約束推出新技術。

您的開發(fā)團隊期望如何交付一個巨大的任務，特別是一夜之間，使用一個互相依賴的軟件環(huán)境，而這些軟件并沒有全部建立或全部可用？

我們發(fā)現(xiàn)電力的 IT 團隊正在同這些交付問題作斗爭：

◇ 高度依賴不可用或者受限系統(tǒng)。

◇ 數(shù)據(jù)復雜度和可變性影響集成和測試效果。

◇ 在事務方面驚人的增長，通過整個電網(wǎng)影響系統(tǒng)。

◇ 無法驗證端到端系統(tǒng)的精確性和服務性能。

我們來仔細看看這些問題。

問題 1：增長的依賴性

開發(fā)團隊很難接受一個復雜的分布式系統(tǒng)支持新的使用場景：

◇ 一個 meter-to-customer 事務可能需要經(jīng)過十幾個不同的消息協(xié)議來進行轉換，然后與記錄和服務系統(tǒng)進行通信，那些記錄的服務系統(tǒng)在您開發(fā)和集成系統(tǒng)來支持 AMS 時可能很少（或者幾乎不）訪問。

◇ 運營團隊可能會限制訪問關鍵系統(tǒng)，每周只向您的開發(fā)團隊預留 2 小時。

◇ 您的系統(tǒng)需要同第三方服務或系統(tǒng)進行通信，這在您的團隊控制之外。

◇ 一些您需要使用的組件可能還沒有開發(fā)。

從一個用戶角度來看，開發(fā)和 QA 團隊需要驗證系統(tǒng)中數(shù)千個事務場景 — 每次只有一個系統(tǒng)在使用環(huán)境，但是對于其他團隊來說它會污染環(huán)境中的數(shù)據(jù)。

問題 2：數(shù)據(jù)復雜性

電力 IT 團隊不得不根據(jù)實時系統(tǒng)和波動的事務模式來構建軟件；這種情況的一個主要副作用是很難建模真實、健壯的測試數(shù)據(jù)來貫穿整個軟件生命周期：

◇ 客戶和能源事務數(shù)據(jù)的波動性，以及跨實時系統(tǒng)跟隨狀態(tài)性事務的需求，使自動化 AMS 實現(xiàn) VS 應用程序的測試看起來似乎不可能。

◇ 為了避免法規(guī)遵從和數(shù)據(jù)損壞問題，敏感的客戶賬戶信息和實時事務數(shù)對于測試和開發(fā)團隊需要被控制和屏蔽。

◇ 團隊經(jīng)常要花費 60% 的測試周期或者更多時間來構建和拆卸數(shù)據(jù)，給其他團隊發(fā)電子郵件或者打電話來證實或者重置特定數(shù)據(jù)場景等等。這種效率和成本是不能接受的。
我們需要減輕測試數(shù)據(jù)對實時系統(tǒng)和架構中其他團隊的影響。

問題 3：增加的交易量

數(shù)千個新智能端點增加到一個正在運行的智能電網(wǎng)實現(xiàn)中將生成大量不確定性的系統(tǒng)可靠性：

◇ 如果大部分電表損壞，將會發(fā)生什么？它們能夠準確地記錄斷電時期嗎？如果數(shù)百萬的電表每小時向系統(tǒng)發(fā)送一次使用數(shù)據(jù)，電網(wǎng)會做何反應？成千上萬個 Transactions Per Second (TPS) 對基礎架構有何影響？

◇ 我們發(fā)現(xiàn)一些公司正在嘗試逐個測試遭受智能電表端點攻擊的系統(tǒng)的可靠性，通過將幾個物理電表釘在一個木板上然后在網(wǎng)絡中運行或者手工編碼偽造 “存根” 來模擬這些電表。但實踐不足以解釋所有可能的使用狀況和交易量需求。

傳統(tǒng)電力 IT 基礎架構從來不需要解釋這個水平的使用狀況。

問題 4: 無力驗證端到端系統(tǒng)

跨越現(xiàn)代電力系統(tǒng)的很多技術層和依賴性增加了驗證軟件可靠性的困難和成本：

◇ 人工測試 — 既可以在用戶接口進行、也可以在單個端點進行 — 是電力行業(yè)當時的規(guī)則。這些測試方法對根用戶提供較少的可視性，可能會引發(fā)很多問題。

◇ 驗證也是一個常見的人工任務；測試人員必須花費時間試著通過電話驗證輸出，人工在記錄系統(tǒng)中查看預期數(shù)據(jù)結果。

◇ 誤報和故障是常見的。例如，可能會有一個網(wǎng)站或者服務說它 “確定” 某個事務發(fā)生了，但實際上在首段沒有狀態(tài)改變。

團隊需要能夠以一個自動模式確定一個端到端命令是否被正確處理，以及數(shù)據(jù)是否依據(jù)預期策略在每個中間層傳遞。

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解決方案：虛擬化依賴性，驗證可靠性

服務虛擬化 — 電力公司的一個備用的、不受云計算軟件約束的解決方案 — 采取下一個步驟完成硬件虛擬化，通過虛擬化行為、性能以及依賴性服務和應用程序的數(shù)據(jù)。很多團隊都是用這個實踐來虛擬化依賴性應用程序行為、自動化數(shù)據(jù)場景和構建可測試的系統(tǒng)模型（現(xiàn)在還沒有模型規(guī)范）。

服務虛擬化提供了一個解決方案來處理硬件虛擬化限制，比如：

◇ 為您提供每周 7 天每天 24 小時訪問服務終端。

◇ 移除系統(tǒng)和軟件容量約束。

◇ 跨分布式系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)波動。

◇ 減少或消除第三方系統(tǒng)非生產(chǎn)使用的成本。

服務虛擬化用于模擬約束和/或不可用組件，允許電力行業(yè)的 IT 團隊以更少的風險和較低的總項目成本交付縮緊時間期限（圖 3）。

圖 3. 通過在軟件生命周期中自動化開發(fā)和測試依賴性，您可以消除電力約束

電力行業(yè)的開發(fā)和 QA 團隊可以利用服務虛擬化來減少軟件生命周期中的依賴項和約束性，可以延遲項目或者影響應用程序性能。表 1 展示了這個實踐如何被用來應對現(xiàn)代智能電表/智能電網(wǎng)實現(xiàn)的挑戰(zhàn)：

表 1. 解決問題的實踐方案

問題	解決方案
不可用或者受限系統(tǒng)上的依賴項	虛擬服務環(huán)境允許開發(fā)和測試團隊虛擬化約束服務和組件行為，通過捕獲數(shù)據(jù)和事務上下文和提供一個在外觀和行為上看起來像真實事情的虛擬服務 來實現(xiàn)的在軟件生命周期中的開發(fā)和測試。
數(shù)據(jù)復雜性和多變性	使用虛擬服務測試數(shù)據(jù)管理。通過跨系統(tǒng)捕獲數(shù)據(jù)事務的復雜性，團隊獲得健壯、穩(wěn)定的虛擬數(shù)據(jù)場景，以及有效響應逼真的模擬客戶會話、狀態(tài)交易、時間和數(shù)據(jù)等的復雜行為。您將需要對開發(fā)和測試過程的關鍵客戶和系統(tǒng)數(shù)據(jù)表現(xiàn)冷淡或者模糊不清，以至于安全性和私有策略不被妥協(xié)。
增長的交易量	虛擬化性能測試配置了一個大容量虛擬儀表 陣列，可以將數(shù)千個 TPS 推入系統(tǒng)或者當它們在負載下執(zhí)行時模擬像儀表控制 和儀表數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 這類中間組件。使用這種方法，團隊可以使用 AMS 計劃需求的流量擴展他們的系統(tǒng)規(guī)模。
無力驗證端到端系統(tǒng)	連續(xù)的構建和驗證服務支持基于服務的端到端測試和組合應用程序類型。您可以在本機測試復雜的端到端工作流，并直接驗證在每個對給定事務流程有益的組件中是否出現(xiàn)期望行為。

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服務虛擬化和連續(xù)驗證的益處

這些示例僅限于 AMS 和智能電網(wǎng)技術，不能代表所有的電力客戶場景（其中服務虛擬化和連續(xù)驗證可以取得巨大收益）。雖然如此，在復雜不斷變化的環(huán)境中推出新功能的挑戰(zhàn)可能會有所減緩。在 AMS 和智能網(wǎng)絡分類中，共同的客戶在很短時間內(nèi)已經(jīng)取得了令人信服的成果?？蛻魬摚?/p>

◇ 為了實現(xiàn)平行開發(fā)，減少系統(tǒng)約束性：

增加已交付和測試的軟件功能高達 68%。

 實現(xiàn)快速上市（在 3 個月的周期中 10 周就可以交付）。

◇ 實現(xiàn)自動化和測試數(shù)據(jù)場景每周 7 天每天 24 小時可用：

在前 2 周減少 80% 的測試數(shù)據(jù)管理成本。

穩(wěn)定波動數(shù)據(jù)和減少建立/拆卸效率。

◇ 模擬數(shù)百萬新端點的影響：

自動交付高容量模擬環(huán)境。

減少 90% 的測試實驗室環(huán)境創(chuàng)建成本。

◇ 以較少的故障啟動連續(xù)的驗證：

端到端工作流完全透明。

增加客戶規(guī)范和減少損失，因為服務級性能和質(zhì)量不是很糟糕。

電力公司面臨著現(xiàn)代化 IT 資源和現(xiàn)有技術來滿足當前業(yè)務和管理需求的挑戰(zhàn)。在本文中，我們解釋了服務虛擬化如何減輕 AMS 動態(tài)企業(yè)級應用程序的開發(fā)和測試以及支持一個位于新智能電網(wǎng)架構頂部的軟件的實現(xiàn)，來確?？尚藕陀行У姆战桓?。

作者簡介：

Jason English 在多年為技術和客戶公司，比如 HP、IBM、EDS、Delphi、TaylorMade、Sun、Realm、Adaptec、Motorola 和 Sprint，執(zhí)行營銷計劃和設計面向客戶的業(yè)務流程的過程中獲得了許多經(jīng)驗。作為 i2 Technologies 公司的 in2action 交互咨詢單元的執(zhí)行監(jiān)制人，他負責在大規(guī)模增長期間向國外發(fā)送消息來構建易于理解的工作流和 front-ends to B2B 合作系統(tǒng)。在此之前，他是一名 “首席架構師” ，管理 Agency.com 的 Fortune 500 客戶端的客戶體驗。除了生產(chǎn)傳統(tǒng)廣告和電視廣告之外，他也成功設計了幾個計算機游戲的國際版本。

Chris Kraus 是一名測試專家和架構戰(zhàn)略家，在計算軟件開發(fā)、產(chǎn)品管理和擴展企業(yè)軟件支持方面有 17 年的經(jīng)驗。作為 iTKO's LISA SOA 測試軟件套件的產(chǎn)品經(jīng)理，Chris 應用項目管理和開發(fā)經(jīng)驗來細化 LISA 特性，貫穿整個軟件交付生命周期更好地適應客戶質(zhì)量需求。Chris 之前是企業(yè)級軟件平臺公司 webMethods 的一名零售和制造業(yè)經(jīng)理，監(jiān)管需求、客戶售前展覽，并進行每年度 US$16M 的培訓。在供應鏈軟件提供商 i2 Technologies 公司中，他在 i2 基礎架構組中負責業(yè)務流程版本發(fā)布、工作流以及監(jiān)控引擎。在 i2 之前，他在 software AG 公司工作，在 software AG，Chris 專攻跨平臺產(chǎn)品安裝和管理。作為一個軟件工程師、項目經(jīng)理和解決方案架構師，Chris 從工作的公司，比如 like Citi、TD Ameritrade、Lenovo、Tandy、Rubbermaid、TI 和 TxDoT 學到了很多行業(yè)知識，確保應用程序交付生命周期的質(zhì)量。

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文章來源：http://m.fisionsoft.com.cn/article/cdphees.html