CN113791864A - 一种基于容器和微服务化功能的监控系统及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于容器和微服务化功能的监控系统及其构建方法，其中监控系统包括一台或多台监控主机，监控主机包括：应用子系统、底层功能子系统、调试子系统、配置子系统；监控主机安装docker的运行环境和redis库的运行环境，应用子系统、底层功能子系统、调试子系统、配置子系统均采用容器运行，redis库用于实现应用子系统容器与其他各容器之间的数据交互；redis库通过独立的端口与监控系统中各子系统容器进行通讯。该监控系统实现了对监控功能的模块化、微服务化拆分，可结合不同的应用场景和功能需求，对微服务的模块进行搭配并容器化部署，为电力电站监控系统的灵活配置和可靠运行提供了有效保障。

Description

一种基于容器和微服务化功能的监控系统及其构建方法

技术领域

本发明属于电力监控技术领域，具体涉及一种基于容器和微服务化功能的监控系统及其构建方法。

背景技术

现有电力监控系统大都属于单体应用，单进程集成多项业务功能，通过复制整个应用到多台监控服务器实现扩展，导致监控系统体量庞大，运维愈发困难。随着业务功能的不断扩展，系统中的模块也会随之增加，整个监控系统就会变的非常复杂。当需要修改一处业务功能时，会影响其他的业务功能；复杂的系统也使部署越来越消耗时间，系统可靠性和扩展性差，单体系统已经不能满足电网的生产需要。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于容器和微服务化功能的监控系统，以及该监控系统的构建方法。该监控系统能够根据不同的应用场景灵活、快速部署。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于容器和微服务化功能的监控系统，所述监控系统包括一台或多台监控主机，所述监控主机包括：应用子系统、底层功能子系统、调试子系统、配置子系统；所述应用子系统对外部数据采集设备采集的数据进行监控处理；所述底层功能子系统为应用子系统、调试子系统、配置子系统提供实时库、总线、通讯功能；所述调试子系统用于对应用子系统进行调试；所述配置子系统用于对应用子系统进行配置；

所述监控主机安装docker的运行环境和redis库的运行环境，所述应用子系统、底层功能子系统、调试子系统、配置子系统均采用容器运行，分为应用子系统容器、底层功能子系统容器、调试子系统容器、配置子系统容器；redis库用于实现应用子系统容器与其他各容器之间的数据交互；所述redis库通过独立的端口与监控系统中各子系统容器进行通讯。

本发明还提供了上述监控系统的构建方法，包括：

S1、在监控主机中安装docker的运行环境和redis库的运行环境，并配置应用子系统、底层功能子系统、调试子系统、配置子系统的运行镜像文件和容器运行条件；配置网络模式；

S2、安装、配置并启动底层功能子系统容器，在底层功能子系统容器的虚拟内存中加载数据库进程、总线进程、通讯进程；

S3、安装、配置并启动配置子系统容器；

S4、安装、配置并启动调试子系统容器；

S5、安装并启动redis库的内存数据库交互功能进程；所述redis库的内存数据库交互功能进程用于实现接收外部系统应用通过写Redis方式的控制或调阅操作的数据交互，实现应用子系统容器与外部宿主机系统或其他子系统容器的数据双向交互。

有益效果：本发明公开的基于容器和微服务化功能的监控系统，通过采用容器和微服务技术，实现了对监控功能的模块化、微服务化拆分，并可结合监控系统不同的应用场景和功能需求，对微服务的模块进行搭配并容器化部署，为电力电站的管廊监控、消防监控、主辅设备监控系统的灵活配置和可靠运行提供了有效保障。

附图说明

图1为本发明公开基于容器和微服务化功能的监控系统的单机模式示意图；

图2为本发明公开基于容器和微服务化功能的监控系统的双机模式示意图；

图3为监控系统在不同应用场景中应用子系统容器的组成示意图；

图4为本发明公开的监控系统的构建方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

本发明公开了一种基于容器和微服务化功能的监控系统，所述监控系统包括一台或多台监控主机，即可以为单机或双机模式，分别如图1和图2所示。监控主机1中包括：应用子系统、底层功能子系统、调试子系统、配置子系统；所述应用子系统对外部数据采集设备采集的数据进行监控处理；所述底层功能子系统为应用子系统、调试子系统、配置子系统提供实时库、总线、通讯功能；所述调试子系统用于对应用子系统进行调试；所述配置子系统用于对应用子系统进行配置；所述监控主机安装docker的运行环境和redis库的运行环境2，所述应用子系统、底层功能子系统、调试子系统、配置子系统均采用容器运行，分为应用子系统容器3、底层功能子系统容器4、调试子系统容器5、配置子系统容器6；redis库用于实现应用子系统容器与其他各容器之间的数据交互；所述redis库通过独立的端口与监控系统中各子系统容器进行通讯。

本发明公开的监控系统可以用于变电站消防的监控，如图3-(a)所示，此时所述应用子系统容器包括变电站消防监控容器301；所述变电站消防监控容器301用于变电站消防监控，对外部数据采集设备采集的火灾报警数据进行处理和监控；所述配置子系统容器将所述变电站消防监控容器的通讯协议配置为消防控制器协议。为了取得更好的展示效果，所述应用子系统容器还包括如下一个或多个容器：3D展示容器302、第一GIS地理信息容器303、联动应用容器304或告警容器305；所述3D展示容器302用于对所述变电站进行三维可视化展示；所述第一GIS地理信息容器303用于获取所述变电站的地理信息；所述联动应用容器304用于排油注氮、灯光、门禁控制联动；所述告警容器305用于根据所述变电站消防监控容器对外部数据采集设备采集的火灾报警数据处理的结果进行火灾预警。

本发明公开的监控系统可以用于电力管廊的监控，如图3-(b)所示，此时所述应用子系统容器包括电力管廊监控容器311；所述电力管廊监控容器311用于电力管廊监控，对外部数据采集设备采集的管廊内环境和设备数据进行处理和监控；所述配置子系统容器将所述电力管廊监控容器的通信协议配置为温湿度传感器、电缆温度监测设备的通讯协议。应用子系统容器还包括第二GIS地理信息容器312或电缆井道人员定位容器313；所述第二GIS地理信息容器312用于获取所述电力管廊的地理信息；所述电缆井道人员定位容器313用于获取电缆井道中人员的位置信息。

本发明公开的监控系统可以用于变电站主辅设备的监控，如图3-(c)所示，此时所述应用子系统容器包括变电站主辅设备监控容器321；所述变电站主辅设备监控容器321用于变电站主辅设备监控；所述外部数据采集设备通过映射变电站主辅设备的通讯模型SCD文件生成系统数据库，通过IEC61850通讯协议和一次设备实时采集变电站主辅设备数据；并通过直流一体化电源系统、继电保护装置、测控装置进行通讯数据采集。一次设备包括变电站局放、油色谱、避雷器等；变电站主辅设备监控容器321通过油色谱分析、保护波形分析实现对变电站主辅设备监控和分析。

如图1所示，当监控系统为单机模式，即所述监控主机为一台时，应用子系统容器、底层功能子系统容器、调试子系统容器、配置子系统容器都内置虚拟网络设备VETH，各虚拟网络设备VETH构建为网桥7，各子系统容器之间通过网桥7进行内部数据交互；各子系统容器通过网桥7与外部数据采集设备进行通讯。

如图2所示，当监控系统为双机模式，即监控主机为两台时，如图2中的1A和1B，每台监控主机上的子系统容器直接使用宿主主机的网络协议栈，子系统容器的虚拟网卡绑定宿主主机的实际网卡eth0，各子系统容器通过底层功能子系统容器中的总线进行通讯，底层功能子系统容器中的总线采用TCP或UDP方式通过网络端口进行对外通讯交互。

如图4所示，上述监控系统的构建方法包括如下步骤：

S1、在监控主机中安装docker的运行环境和redis库的运行环境，并配置应用子系统、底层功能子系统、调试子系统、配置子系统的运行镜像文件和容器运行条件；配置网络模式；

本实施例中监控主机安装内核版本为3.10以上的64位linux操作系统(centos7)，并安装docker的运行环境和redis库的运行环境，在docker环境中配置监控系统的运行镜像文件和容器运行条件，使用预先配置生成的监控系统镜像压缩包文件(保存在安装U盘中)，通过载入该镜像压缩包文件构成系统初始镜像文件，通过拉取该镜像产生独立的容器环境进行监控系统中各子系统容器的运行；

在宿主主机已配置docker启动–v参数的运行方式，将各容器使用的数据库配置文件通过映射的方式链接给容器内监控系统，各容器数据库加载模块和对应进程通过读取该配置文件，生成结构化的实时内存数据库系统。

在宿主主机应配置docker启动-h参数的运行方式，指定各容器虚拟的主机名称与对应拉取的镜像文件内配置的主机名称一致，对应的容器总线模块进程能够加载主机名和对应的虚拟环境的IP映射关系，启动系统总线功能。

与外部设备通讯协议为非模型方式的，可配置各容器数据库中对应通讯规约参数(ip,端口号)、对应点表实现通讯接入(如modbus,iec104等)，该方式只需要docker指定-p的运行参数实现容器和主机端口映射对应即可。

对于通讯协议为需要模型方式的，除了需要指定端口的映射，还需通过docker指定-v的运行参数，将宿主主机对应模型文件映射给容器监控系统，由容器监控系统相关通讯模块对应进程读取解析后，通过宿主机网络和外部设备通讯(如iec61850等)。

应用子系统容器可根据使用场景搭配其他容器灵活组合使用以满足不同场景的需求。

如在变电站消防监控场合，应用子系统容器可包括变电站消防监控容器，配置子系统容器进行系统的布置，通过配置子系统容器修改变电站消防监控容器的通讯协议为消防控制器协议，以此实现站内火灾报警数据的处理和监控，并搭配其它应用容器如3D展示容器、第一GIS地理信息容器、联动应用容器或告警容器等，进行相关应用展示。

在电力管廊监控中，应用子系统容器可配置电力管廊监控容器，配置子系统容器将修改电力管廊监控容器的通讯协议为温湿度传感器、电缆温度监测设备的通讯协议，以此实现管廊内环境和设备数据采集、处理和监控，并结合第二GIS地理信息容器或电缆井道人员定位容器等其它应用子容器实现管廊监控的各种应用。

在变电站主辅设备监控场景，应用子系统容器可配置变电站主辅设备监控容器。外部数据采集设备通过映射变电站主辅设备的通讯模型SCD文件生成系统数据库，并通过IEC61850通讯协议和变电站局放、油色谱、避雷器等一次设备实时采集变电站主辅设备数据，通过直流一体化电源系统，继电保护装置、测控装置进行通讯数据采集，并搭配油色谱分析、保护波形分析等其它容器实现对变电站主辅设备监控和分析。

监控系统采用Redis实时库技术，Redis库独立运行于监控系统中各容器之外，通过独立的端口与监控系统各容器进行通讯，可实现监控数据与不同容器和宿主机系统应用的数据交互功能。

S2、安装、配置并启动底层功能子系统容器，在底层功能子系统容器的虚拟内存中加载数据库进程、总线进程、通讯进程；

安装监控系统的数据库模块文件，该模块文件含数据库加载进程，生成采用了文件数据库配置的方式，数据库模块采用读取该数据文件并在容器的虚拟内存中建立对应的实时数据库结构，实现数据库的加载和生效。

安装监控系统的总线模块文件，该模块文件中包含了系统数据总线的运行进程,总线进程读取的系统总线配置文件由镜像制作时默认生成，这样使得每一个容器的总线工作时都使用了内部指定的主机名，在外部通过docker的–h参数启动该容器时可指定主机名为和配置文件一致的主机名，实现单机软总线的加载生效。

安装监控系统的通讯模块文件，该模块文件包括了系统和外部不同设备的通讯数据采集的进程，该镜像的启动由于根据不同的外部设备采用的通讯协议不同，需要映射对应协议的网络端口号，对应的数据通讯模型文件等内容，所以采用docker的-p和-v的参数启动方式，将外部宿主机的对应网络端口和指定的目录文件映射到容器对应模块的相关端口和指定文件，使得对应的通讯进程可以读取通讯模型文件配置并和实际外部设备进行数据通讯交互。

S3、安装、配置并启动配置子系统容器；

安装监控系统的系统库配置模块文件，该模块包括了系统配置相关的图形化工具，容器启动该镜像时通过docker的–v带参数启动方式，可实现对宿主机中数据库文件的到容器内的映射，容器中图形化的配置工具可读取并修改数据库的文件，实现对数据库配置的实时查看与修改。

S4、安装、配置并启动调试子系统容器；

安装监控系统的系统调试模块文件，该模块包括系统与调试相关的图形化工具，容器启动该镜像时通过docker的-p参数启动方式，可实现对宿主机网络调试端口的映射，图形化的调试工具可和通讯模块容器内的对应进程建立实时联系，实现对通讯进程中通讯原码的解析查看，实现系统通讯接入调试可视化。

S5、安装并启动redis库的内存数据库交互功能进程；所述redis库的内存数据库交互功能进程用于实现接收外部系统应用通过写Redis方式的控制或调阅操作的数据交互，实现应用子系统容器与外部宿主机系统或其他子系统容器的数据双向交互。

当监控主机为一台时，即单机模式，上述构建方法中步骤S1配置网络模式具体为：

S11、监控主机中各子系统容器内置的虚拟网络设备VETH构建为网桥结构，容器总线配置为单节点；各子系统容器之间通过网桥进行内部数据交互；各子系统容器通过网桥与外部数据采集设备进行通讯。

当监控主机为两台时，即双机模式，上述构建方法中步骤S1配置网络模式具体为：

S12、两台监控主机通过网口接入同一台交换机，通过加载双机配置的镜像文件生成双机运行模式的容器化监控系统，通过两台监控主机的docker启动-h参数来指定双机主机的唯一名称，通过docker启动-p参数将负责双机交互的容器总线进程的端口开放给实体宿主主机，容器总线进程通过指定端口的宿主主机网络包交互的方式判断双机主备。

Claims (10)

1.一种基于容器和微服务化功能的监控系统，所述监控系统包括一台或多台监控主机，所述监控主机包括：应用子系统、底层功能子系统、调试子系统、配置子系统；所述应用子系统对外部数据采集设备采集的数据进行监控处理；所述底层功能子系统为应用子系统、调试子系统、配置子系统提供实时库、总线、通讯功能；所述调试子系统用于对应用子系统进行调试；所述配置子系统用于对应用子系统进行配置；

其特征在于，所述监控主机安装docker的运行环境和redis库的运行环境，所述应用子系统、底层功能子系统、调试子系统、配置子系统均采用容器运行，分为应用子系统容器、底层功能子系统容器、调试子系统容器、配置子系统容器；redis库用于实现应用子系统容器与其他各容器之间的数据交互；所述redis库通过独立的端口与监控系统中各子系统容器进行通讯。

2.根据权利要求1所述监控系统，其特征在于，所述应用子系统容器包括变电站消防监控容器；所述变电站消防监控容器用于变电站消防监控，对外部数据采集设备采集的火灾报警数据进行处理和监控；所述配置子系统容器将所述变电站消防监控容器的通讯协议配置为消防控制器协议。

3.根据权利要求1所述监控系统，其特征在于，所述应用子系统容器包括电力管廊监控容器；所述电力管廊监控容器用于电力管廊监控，对外部数据采集设备采集的管廊内环境和设备数据进行处理和监控；所述配置子系统容器将所述电力管廊监控容器的通信协议配置为温湿度传感器、电缆温度监测设备的通讯协议。

4.根据权利要求1所述监控系统，其特征在于，所述应用子系统容器包括变电站主辅设备监控容器；所述变电站主辅设备监控容器用于变电站主辅设备监控；所述外部数据采集设备通过映射变电站主辅设备的通讯模型SCD文件生成系统数据库，通过IEC61850通讯协议和一次设备实时采集变电站主辅设备数据；并通过直流一体化电源系统、继电保护装置、测控装置进行通讯数据采集。

5.根据权利要求4所述监控系统，其特征在于，所述一次设备包括变电站局放、油色谱、避雷器；所述变电站主辅设备监控容器通过油色谱分析、保护波形分析实现对变电站主辅设备监控和分析。

6.根据权利要求1所述监控系统，其特征在于，所述监控主机为一台时，应用子系统容器、底层功能子系统容器、调试子系统容器、配置子系统容器都内置虚拟网络设备VETH，各虚拟网络设备VETH构建为网桥，各子系统容器之间通过所述网桥进行内部数据交互；各子系统容器通过所述网桥与外部数据采集设备进行通讯。

7.根据权利要求1所述监控系统，其特征在于，所述监控主机为两台时，每台监控主机上的子系统容器直接使用宿主主机的网络协议栈，子系统容器的虚拟网卡绑定宿主主机的实际网卡，各子系统容器通过底层功能子系统容器中的总线进行通讯，底层功能子系统容器中的总线采用TCP或UDP方式通过网络端口进行对外通讯交互。

8.根据权利要求2所述监控系统，其特征在于，所述应用子系统容器还包括如下一个或多个容器：3D展示容器、第一GIS地理信息容器、联动应用容器或告警容器；所述3D展示容器用于对所述变电站进行三维可视化展示；所述第一GIS地理信息容器用于获取所述变电站的地理信息；所述告警容器用于根据所述变电站消防监控容器对外部数据采集设备采集的火灾报警数据处理的结果进行火灾预警；所述联动应用容器用于排油注氮、灯光、门禁控制联动。

9.如权利要求1-8中任一项所述监控系统的构建方法，其特征在于，包括：

S1、在监控主机中安装docker的运行环境和redis库的运行环境，并配置应用子系统、底层功能子系统、调试子系统、配置子系统的运行镜像文件和容器运行条件；配置网络模式；

S2、安装、配置并启动底层功能子系统容器，在底层功能子系统容器的虚拟内存中加载数据库进程、总线进程、通讯进程；

S3、安装、配置并启动配置子系统容器；

S4、安装、配置并启动调试子系统容器；

S5、安装并启动redis库的内存数据库交互功能进程；所述redis库的内存数据库交互功能进程用于实现接收外部系统应用通过写Redis方式的控制或调阅操作的数据交互，实现应用子系统容器与外部宿主机系统或其他子系统容器的数据双向交互。

10.如权利要求9所述的构建方法，其特征在于，当监控主机为一台时，即单机模式，步骤S1配置网络模式具体为：

S11、监控主机中各子系统容器内置的虚拟网络设备VETH构建为网桥结构，容器总线配置为单节点；各子系统容器之间通过网桥进行内部数据交互；各子系统容器通过网桥与外部数据采集设备进行通讯；

当监控主机为两台时，即双机模式，步骤S1配置网络模式具体为：

S12、两台监控主机通过网口接入同一台交换机，通过加载双机配置的镜像文件生成双机运行模式的容器化监控系统，通过两台监控主机的docker启动-h参数来指定双机主机的唯一名称，通过docker启动-p参数将负责双机交互的容器总线进程的端口开放给实体宿主主机，容器总线进程通过指定端口的宿主主机网络包交互的方式判断双机主备。

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