一种基于微服务的资源共享服务平台架构

技术领域

本发明涉及在微服务架构技术领域，具体为一个在云中部署应用和服务的技术资源共享平台架构。

背景技术

针对网络协同制造和智能工厂技术及服务资源利用率低、企业综合协同服务能力弱等问题，在技术资源池开发基础上，研究基于技术资源利用相关技术；开发网络协同制造技术资源服务平台，集成技术资源服务应用；依托现有的浙江省科技信息研究院和武汉制信科技有限公司旗下云服务平台及宝信、浪潮云计算服务，进行部署和实施，提供技术资源共享、技术产品众创、虚实融合实训、创新资源对接、产教融合人才培养、技术咨询等服务。为网络协同制造和智能工厂实施应用提供集中式资源应用服务，形成资源集中、利用率高、协同共享顺畅的网络协同制造和智能工厂共性技术资源共享平台，促进网络协同制造和智能工厂技术资源共享互联。

微服务架构是一项在云中部署应用和服务的新技术。旨在通过将功能分解到各个离散的服务中以实现对解决方案的解耦。具体指把一个大型的单个应用程序和服务拆分为数个甚至数十个的支持微服务，它可扩展单个组件而不是整个的应用程序堆栈，从而满足服务等级协议。服务之间可以独立部署，各自进行负载均衡扩展和数据库扩展，而且，每个服务可以根据自己的需要部署到合适的硬件服务器上；在实施微服务架构时，按业务线的方法进行团队的拆分，可以有效的减少服务内部修改所产生的内耗，团队边界也可以变得更为清晰。

针对服务平台动态扩展、柔性装配和资源动态聚合的要求。采用微服务技术降低服务间耦合程度，将粗粒度的应用层面服务拆解成细粒度的微服务，构建出由资源检索、分析利用等构成的微服务集群，提高服务内内聚程度，使其具有隔离服务，按需弹性部署以及通信轻量化的特点。达到敏捷开发和部署的效果，最终能更快地响应服务动态组织的调用。针对微服务化后带来的功能分散，资源消耗严重以及运维困难的问题，采用了容器化技术对微服务进行编排管理，根据每个容器上部署微服务的不同进行资源的合理分配，最大化地利用服务器资源，实现对微服务应用调度，资源管理，服务管理等多维度的统一管理，极大减少运维成本，达到统一功能的效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于微服务的资源共享服务平台架构，通过将Spring Cloud微服务套件、docker容器技术和kubernetes技术结合开发技术资源服务平台，以集成技术资源服务应用，降低服务间耦合程度，达到敏捷开发和部署的效果，促进网络协同制造和智能工厂技术资源共享互联。

本发明提供一种基于微服务的资源共享服务平台架构。所述平台采用层次模型设计设置，自底向上包括资源层、服务层、接口访问层、用户层共四层。所述平台的资源层提供网络协同制造过程中涉及的各类资源，通过将技术资源虚拟化和服务能力虚拟化搭建各类资源池，向服务层提供支持。服务层使用资源层的资源，实现对不同的资源与服务接入、感知、共享、协同和组合，形成微服务集群，并提供平台引擎与工具，为接口访问层提供服务。接口访问层负责实现平台高效的对外接口，使用户能够通过一个便捷方式来使用平台的资源，最后用户接入层，技术资源的使用者、提供者等不同类型的用户都可以通过不同的终端与服务平台进行交互。

为保障虚拟化技术与计算机技术的有机协调，必须整合各类资源，构建多粒度统一模型，对粗、单粒度资源进行统一描述，基于资源分类树根据地理区域及制造行业类别进行资源分类组织，通过分析关键词检索频次、语义等信息构建快速检索索引，最终设计一种基于树结构的资源定位搜索算法，实现对多粒度资源的最终检索。各类资源都经过服务化封装，从而提高计算机的整体应用性能，避免设备不必要的磨损，同时也是为计算机用户提供安全稳定的智能化运行环境。在有效应用计算机信息技术时，应利用虚拟化的操作方式，为虚拟化技术提供安全稳定的运行环境。研究人员应采取完善的数据系统保障策略，给予所有可能的影响因素相应的解决措施，为平台安全高效运行提供帮助，并保障虚拟化技术稳定运转。

从资源入手，应用虚拟化技术，通过知识抽取、元数据处理、自组织映射、知识表示等处理过程，进行技术资源与服务信息建模以及语义填充，解决不同服务资源之间的异构性问题，实现科技资源的集成，为构建资源池提供支撑。

建立概念模型对资源的特征进行解析与建模，建立设计模型来表现资源的结构和接口，在建立资源对象模型时，可以采取由底向上的方式进行。构建基于资源本体的语义模型，资源的获取层作为模型的基础层，主要包括资源采集模块和资源元数据转换模块。

资源组织层是模型的核心层，包含资源语义标注模块与资源本体构建模块。使用RDF等本体描述语言本体化描述上一模块的元数据，将元数据表示为RDF三元组形式，而后完成不同类型格式的元数据本体间关联与映射。

资源应用层是模型的顶层，包含资源查询模块和资源语义推理模块。

所述的各类资源打包成一个个微服务，在镜像仓库中进行一致性封装，为服务平台提供统一的应用模式。通过对技术资源进行docker容器化封装，并使用kubernetes对容器集群进行管理和部署。服务平台根据用户的需要，动态实现容器的生成、管理和调度，从而在有限的计算资源下为更多用户提供服务。

镜像仓库用于应用服务的存储，提供镜像的上传和下载功能，当一个资源服务调用到工作节点时，该节点就可以通过服务层中的管控套件从镜像仓库拉去相应的镜像，然后创建相应的服务实例。同时当新的资源应用被做成镜像之后，也能够上传至镜像仓库，为集群提供服务。

所述技术资源服务平台采用kubernetes技术用于容器的编排和管理，即管理Docker集群，实现集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能。

更进一步的，所述资源层包括技术成果、技术方案、工业软件、云应用、设计资源、技术需求、技术咨询、技术查新、解决方案、典型方案、技术视频、技术课程、技术培训、数控实训平台、机器人实训、3D打印实训、专业人才、科技金融等资源。

更进一步的，所述服务层包括资源池、公共套件、管控套件、运营管理套件、数据分析套件、微服务集群。

更进一步的，所述接口访问层包括安全访问控制、负载均衡、自适应路由、监控限流、数据封装分析、服务互操作、API网关。

更进一步的，所述用户接入层包括制造企业、技术服务商、教育机构、实训基地、培训基地、技术服务中心、运营维护人员。

其中，公共套件包括：展现框架、可视化界面设计、消息队列、服务发现/注册、数据缓存、统一数据访问。

其中，管控套件包括：日志服务、协同优化调度、云监控、访问控制、配置管理、第三方扩展。

其中，运营管理套件包括：客户管理、授权管理、计费管理等。

其中，数据分析套件包括：交易报告、需求分析、客户分析等。

可选地，微服务集群包括：

资源共享：针对实现资源互联共享与开展技术协同服务的需要，研究开发资源感知、资源动态组织、资源分解与再组织以及技术资源共享撮合服务为核心内容的资源互联共享技术，完成众创资源的互联共享的渠道，提高资源快速发现、高效组织以及高效利用的能力。

众创开发：建立网络协同制造与智能工厂技术资源众创开发及共享网络；汇聚国内外知名企业，集成知名科研院所；实现多个开发方来共同完成开发任务的目的，网络为协同制造与智能工厂相关企业提供技术资源众创开发平台和技术资源的共享渠道。

仿真实训：结合不同生产环节的制造过程行为特性，针对实践教学过程中仍较为缺乏的工艺操作实训环节，分别构建面向多种工序序列的制造过程仿真实训。以软硬件结合的嵌入式系统为依托，将虚拟仿真实训作为节点嵌入教学实践环节，通过AR/VR等技术手段，实现沉浸式在线虚拟实训，打破传统教学活动的时空限制，营造虚实融合的学习环境。

技术服务：在技术资源众创开发及共享网络的基础上，依靠大学及公司部署全国范围内的技术服务网络，并在各地设立联合技术服务中心。

人才培养：研究新型职业技术技能人才培养模式和评价方法，制定职业技能认证标准，开办面向职业院校的职业全国职业技能大赛。以培养专业化、特色化、实用化的应用型人才为目标，以产教融合的模式为指导，以“师徒”形式的教学方法为抓手，建立新型的面向全国的职业人才培养体系。将最新的科研过程和成果直接用于培育学生，以“产学研”结合、产教融合的方式推进技术应用。

有益效果

本发明的优点是：

1.使用虚拟化技术整合全部资源，以分离多个服务的方式，实现数据信息的彼此交互。使用虚拟化技术节约硬件设备成本，便于高校、企业、科研机构、创新产业园区等降低设备维护与更换成本。科学合理地管控平台的资源信息，保证平台正常运行，提升后端管理系统的管控水平，推动平台的长远发展。

2.采用微服务技术降低服务间耦合程度，将粗粒度的应用层面服务拆解成细粒度的微服务，构建出由资源检索、分析利用等构成的微服务集群，提高服务内内聚程度，使其具有隔离服务，按需弹性部署以及通信轻量化的特点。

3.达到敏捷开发和部署的效果，最终能更快地响应服务动态组织的调用。

4.采用了容器化技术对微服务进行编排管理，根据每个容器上部署微服务的不同进行资源的合理分配，最大化地利用服务器资源，实现对微服务应用调度，资源管理，服务管理等多维度的统一管理，极大减少运维成本，达到统一功能的效果。

附图说明

图1为一种基于微服务的资源共享服务平台的架构图；

图2为一种基于资源本体的语义模型；

图3为资源本体构建流程图；

具体实施方式

为了让本发明实施例的目的、技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细、完整的描述。明显的，所描述的实施例仅仅是本发明实施例的一部分，而不是全部的实施例。基于本发明里的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，对本申请的专业名词进行解释。

Docker：Docker是一个开源的应用容器引擎，Docker技术让开发者将应用以及依赖包以集装箱的方式打包交付，然后发布到任何流行的Linux或Windows机器上，也可以实现虚拟化，使其在不同的团队中共享。

Kubernetes:Kubernetes是一个容器的编排工具，用于管理容器化的工作负载和服务，为基础设施容器化部署提供支持，可促进声明式配置和自动化。Kubernetes拥有一个庞大且快速增长的生态系统，提供了一个可弹性运行分布式系统的框架。Kubernetes会满足您的扩展要求、故障转移、部署模式等。在平台部署一个应用时，通常要部署该应用的多个实例以便对应用请求进行负载均衡。

微服务：微服务架构是一项在云中部署应用和服务的新技术。旨在通过将功能分解到各个离散的服务中以实现对解决方案的解耦。微服务架构的概念具体指把一个大型的单个应用程序和服务拆分为数个甚至数十个的支持微服务，它可扩展单个组件而不是整个的应用程序堆栈，从而满足服务等级协议。微服务不需要像普通服务那样成为一种独立的功能或者独立的资源。基于微服务架构的平台设计，进行有效的拆分应用，实现敏捷开发和部署。

一般的，我们在IDEA软件中进行项目开发，使用SpringCloud做平台的微服务架构，SpringCloud为开发人员提供了快速构建分布式系统架构的工具，包括集中配置管理、服务发现、断路器、控制总线、分布式会话等子项目。这些子项目的用途和搭建方法有相应的学习教程。使用Docker可以将我们的SpringBoot应用服务打包封装到一个容器中，也就是构建应用镜像，该容器包含了应用的代码、运行环境、依赖库、配置文件等必需的资源。容器隔离了进程，应用之间互不影响。构建镜像的方法有几种，这里我们选用Dockerfile来构建SpringBoot应用镜像，此种方式将SpringBoot应用jar包及Dockerfile文件上传到服务器，具体地使用IDEA构建docker镜像的操作也有学习教程。虽然使用容器隔离了进程，但是容器本身没有微服务的那些特质，为了更好地管理所有容器，为了避免因为环境故障和版本不同等情况导致微服务可用性降低甚至中断的情况出现，我们使用kubernetes来管理和部署容器，监视应用运行状况，它还可以规定微服务的外观、实例数、冗余配置，实现故障自动回滚、持久化数据、批处理执行等。

本发明提供一种基于微服务的资源共享服务平台架构，参见图1，所属服务平台架构包括四层：资源层、服务层、接口访问层、用户层。

如图1所示，所述平台架构第一层资源层所述平台的资源层提供网络协同制造过程中涉及的各类资源，向服务层提供支持。

如图1所示，所述平台架构第二层服务层，通过将技术资源虚拟化和服务能力虚拟化搭建各类资源池，使用资源层的资源，实现对不同的资源与服务接入、感知、共享、协同和组合，形成微服务集群，并提供平台引擎与工具，为接口访问层提供服务。

如图1所示，所述平台架构第三层接口访问层，实现平台高效的对外接口，使用户能够通过一个便捷方式来使用平台的资源；

如图1所示，所述平台架构第四层用户接入层，技术资源的使用者、提供者等不同类型的用户都可以通过不同的终端与服务平台进行交互。

构建基于资源本体的语义模型，如图2所示，资源的获取层是整个模型的基础层，主要包括资源采集模块和资源元数据转换模块。

资源采集模块是整个模型的基础模块，为整个模型的完成发挥资源保障功能。尽量采用统一标准对收集到的结构多元的资源进行初步处理，各类资源可按照逻辑结构和数据存储格式进行分类，为下一步资源元数据转换奠定基础。

资源元数据转换模块中，元数据帮助描述资源特性，我们使用的元数据标准有DC/EAD/APPM等，使不同类型、不同格式、不同载体的资源具有最基本的结构特征，实现资源管理规范化。

资源组织层是模型的核心层，包含资源语义标注模块与资源本体构建模块。使用RDF等本体描述语言本体化描述上一模块的元数据，将元数据表示为RDF三元组形式，而后完成不同类型格式的元数据本体间关联与映射。

资源语义标注模块从底往上依次描述资源外部特征属性、内容特征属性、资源领域内概念间的语义关系。

对于构建资源本体，如图3所示，主要步骤为：确定资源语义本体的所属领域和属性，查询以构建成功可重复使用的本体，通过查询是否有相关元数据标准及词表来获取资源领域和属性，定义本体中类和类的关系体系，定义类的属性，创建本体实例。

资源应用层是模型的顶层，包含资源查询模块和资源语义推理模块。

资源查询模块主要步骤如下：匹配检索关键词；进行语义匹配，找到与关键词更密切相关的知识单元；反馈结果给用户。

推理模块主要通过将资源本体中的语义逻辑关系挖掘出来，将语义逻辑关系加入以构建的资源本体中，进而获得具有语义逻辑的知识元链，使原本孤立的资源之间具有语义逻辑关系。

在一种可选的实施例中，所述资源层，用于提供技术成果、技术方案、工业软件、云应用、设计资源、技术需求、解决方案、典型方案、技术视频、技术课程、技术培训、数控实训平台、机器人实训、3D打印实训、专业人才、科技金融等资源。

我们对资源进行充分的研究分析，从资源提供主体出发，将科研机构、企业、高校、创新产业园区等主体组成一个高效的价值网络，整合与集成各方优势资源，合理地做好资源的分类，向着平台的发展方向——资源共享靠拢。在将资源服务化后，根据不同用户的需求，可以对其重新组合使用。资源分类的过程要注意：根据行业、用户不同设置不同的专业导航，层层递进的建设资源。规划设置好资源用途以及服务容器化等设置，在服务能实现自我调度的同时又能将资源组合使用，使得容器封装的资源的利用率大大提高。

随着科技进步和社会发展，资源也需要不断更新，在建立完善的资源共享体系的同时，也要加强对虚拟化资源的管理机制。开发人员应该时刻关注技术发展的最新动态，关注资源的更新换代，将更多的内容纳入新资源中，同时听取客户的建议，不断完善资源的建设更新。

在一种可选的实施例中，所述服务层包括：

资源池：用于在逻辑以及物理层面对技术资源、服务资源进行粒度划分、用途分类和应用分级，利用SOA以及微服务等技术实现服务和资源的分层解耦。

公共套件：用于展现框架、可视化界面设计、消息队列、服务发现/注册、数据缓存、统一数据访问功能。

管控套件：用于日志服务、协同优化调度、云监控、访问控制、配置管理、第三方扩展功能。

运营管理套件：用于客户管理、授权管理、计费管理功能。

数据分析套件：用于交易报告、需求分析、客户分析功能。

微服务集群：用于资源共享、众创开发、虚拟实训、模拟管理、协同开发等功能。提高服务内内聚程度，使其具有隔离服务，按需弹性部署以及通信轻量化。

在一种可选的实施例中，所述接口访问层包括：

安全访问控制单元：用于将所有的数据组织、标识、托管起来，然后提供一个简单的唯一的接口，这个接口的一端是应用系统一端是权限引擎。并按用户身份及其所归属的某项定义组来限制用户对某些信息项的访问。

负载均衡单元：用于扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。

监控限流单元：用于监控限制某个微服务的使用量，SpringCloud的Hystrix断路器是一个用于处理分布式系统的延迟和容错的开源库，有监控限流的功能，当某个服务单元发生故障之后，通过断路器的故障监控，向调用方返回一个符合预期的、可处理的备选响应。hystrix通过线程池的方式来管理你的微服务调用，用标识去计数，看线程占用是否超时，若超时则限制某个微服务的使用量。

服务互操作单元：用于提供从一个应用到另外一个应用无缝的、自动的连接。数据被编入XML请求和响应文档，并使用HTTP或基于消息的协议在软件包之间移动数据。

API网关单元：用于将资源、数据、能力等作为开发平台向外开放，通常会以rest的方式向外提供。

在一种可选的实施例中，所述用户层包括：制造企业、技术服务商、教育机构、实训基地、培训基地、技术服务中心、运营维护人员等。网络协同制造与智能工厂所涉及的技术资源主要包括技术信息、服务、软件、创新、人才、培训6类。这些资源分散在技术研发机构、科研院所、制造企业、技术提供商、装备制造商等机构中，运营维护人员负责全网设备的日常维护、故障处理及监控调度、网络优化；市场前台的业务响应及客服支撑；全网资源及资产实物管理；运维及运营费用管理以及服务平台的总体技术支撑及规划。

以上对本发明所提供的一种基于微服务系统的平台架构进行了详细介绍。各个实施例均采用了相应的方式对本发明的内容和核心进行了阐述，每个实施例重点各有不同，重点说明的内容与架构各层相匹配。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变之处，对本发明每层中的具体内容进行变更和改进是非常可能的，这些均属于权利要求书所规定的构思及保护范围之内。