云計(jì)算在電信支撐系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用分析

陶彩霞，陳 康，郝 穎

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

云計(jì)算在電信支撐系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用分析

陶彩霞，陳 康，郝 穎

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

本文介紹了云計(jì)算服務(wù)類型，并對(duì)云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)的成熟度進(jìn)行了分析。對(duì)電信支撐系統(tǒng)云部署需求進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，并以中國電信為例，給出了電信支撐系統(tǒng)實(shí)施云計(jì)算部署的方案選擇和建議，并以服務(wù)器虛擬化為重點(diǎn)對(duì)具體方案進(jìn)行了闡述。

云計(jì)算；支撐系統(tǒng)；IaaS；PaaS；SaaS；虛擬化

1 引言

作為近兩年IT領(lǐng)域最炙手可熱的概念，云計(jì)算得到了互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商、IT廠商、電信運(yùn)營商，甚至政府部門的極大關(guān)注。2009年中國云計(jì)算大會(huì)中還在激烈爭論什么是云計(jì)算，但到了2010年，大家都已經(jīng)開始探討云計(jì)算的落地應(yīng)用問題了，可見云計(jì)算發(fā)展速度之快。

著名的分析機(jī)構(gòu)Gartner將云計(jì)算看作是2010年位于首位、具有戰(zhàn)略性的技術(shù)。目前，云計(jì)算并沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，即使是維基百科中對(duì)云計(jì)算的定義前后差別也非常大。目前認(rèn)可度較高、較全面的是維基百科2009年對(duì)云計(jì)算的最新定義：云計(jì)算是一種動(dòng)態(tài)、易擴(kuò)展且通常是通過互聯(lián)網(wǎng)提供虛擬化的資源計(jì)算方式，用戶不需要了解云內(nèi)部的細(xì)節(jié)，不必具有云內(nèi)部的專業(yè)知識(shí)，也不用直接控制基礎(chǔ)設(shè)施。云計(jì)算包括基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）以及其他依賴于互聯(lián)網(wǎng)滿足客戶計(jì)算需求的技術(shù)。云計(jì)算主要提供通用的、通過瀏覽器訪問的在線商業(yè)應(yīng)用、軟件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等服務(wù)。國內(nèi)普遍認(rèn)為云計(jì)算是分布式計(jì)算 （distributed computing）、并行計(jì)算（parallel computing）和網(wǎng)格計(jì)算（grid computing）的發(fā)展，或者說是這些科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。

中國電子學(xué)會(huì)委托埃森哲完成的2010年中國云計(jì)算調(diào)查報(bào)告中指出，節(jié)約資金、提高效率和效力是各大公司CIO關(guān)注云計(jì)算的主要?jiǎng)恿Α?0%的受訪者認(rèn)為，未來5年內(nèi)云計(jì)算為企業(yè)帶來的最大好處是“速度和靈活性的提升以及相應(yīng)時(shí)間的減少”，三分之二的受訪者認(rèn)為云計(jì)算能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來巨大的好處，而“永久地大幅度縮減運(yùn)營成本”是其中之一。

目前，電信運(yùn)營商支撐系統(tǒng)建設(shè)存在比較突出的問題，如設(shè)備不能按峰值需求配置、資源浪費(fèi)、機(jī)房能耗高、系統(tǒng)部署周期長等。如何利用云計(jì)算的優(yōu)勢，改善當(dāng)前電信支撐系統(tǒng)建設(shè)中的主要問題，實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)T，是電信運(yùn)營商需要積極思考的問題。

2 云計(jì)算的分類

云計(jì)算按照服務(wù)層次和服務(wù)類型可以分為IaaS、PaaS和SaaS 3類。

·IaaS是把計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)及搭建應(yīng)用環(huán)境所需的工具當(dāng)成服務(wù)提供給用戶，使用戶能夠按需獲取IT基礎(chǔ)設(shè)施，主要由計(jì)算機(jī)硬件、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)虛擬化環(huán)境、效用計(jì)算及計(jì)費(fèi)方法、服務(wù)級(jí)別協(xié)議等組成。

·PaaS是把分布式軟件的開發(fā)、測試和部署環(huán)境當(dāng)作服務(wù)，通過互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶。PaaS可以構(gòu)建在IaaS虛擬化資源池上，也可以直接構(gòu)建在數(shù)據(jù)中心的物理基礎(chǔ)設(shè)施上。與IaaS只提供IT資源相比，PaaS為用戶提供了包括中間件、數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、開發(fā)環(huán)境等在內(nèi)的軟件棧，允許用戶通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程開發(fā)、配置、部署應(yīng)用，并最終在服務(wù)商提供的數(shù)據(jù)中心內(nèi)運(yùn)行。

·SaaS是一種基于互聯(lián)網(wǎng)提供軟件服務(wù)的應(yīng)用模式，通過瀏覽器把服務(wù)器端的程序軟件提供給用戶在線使用。

根據(jù)云計(jì)算的部署模式和使用范圍的不同，云計(jì)算還可以分為公有云、私有云和混合云。公有云是Google等提供的對(duì)公眾服務(wù)的云；私有云是面向企業(yè)內(nèi)部的云，不對(duì)公眾開放；混合云是把公有云和私有云結(jié)合到一起的方式，用戶可以通過一種可控的方式部分擁有，部分與他人共享。

3 云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)成熟度分析

云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)按照服務(wù)層次可以分為虛擬化技術(shù)、分布式技術(shù)、在線軟件技術(shù)和運(yùn)營管理技術(shù)等4類。要實(shí)施云計(jì)算，首先要深入分析云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)的成熟度。

（1）虛擬化技術(shù)

虛擬化是將底層物理設(shè)備與上層操作系統(tǒng)、軟件分離的一種去耦合技術(shù)，通過軟件或固件管理程序（Hypervisor）構(gòu)建虛擬層并對(duì)其進(jìn)行管理。把物理資源映射成邏輯的虛擬資源，對(duì)邏輯資源的使用與對(duì)物理資源的使用特性相差很少或者沒有區(qū)別。虛擬化的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)IT資源利用效率和靈活性的最大化，主要應(yīng)用于IaaS層。IaaS層上的虛擬化技術(shù)主要有服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化。

虛擬化是云計(jì)算相對(duì)獨(dú)立的一種技術(shù)，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了許多成熟的產(chǎn)品。但也仍然存在一些局限性，例如：在服務(wù)器虛擬化方面，目前的研究主要是針對(duì)支持x86平臺(tái)服務(wù)器的，對(duì)跨廠商的小型機(jī)支持不足；在存儲(chǔ)虛擬化方面，業(yè)界尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各存儲(chǔ)廠商一般根據(jù)自己所掌握的核心技術(shù)來提供虛擬存儲(chǔ)解決方案。

（2）分布式處理技術(shù)

分布式處理是信息處理的一種方式，是與集中式處理相對(duì)的一個(gè)概念，通過通信網(wǎng)絡(luò)將分散在各地的多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接起來，在控制系統(tǒng)的管理、控制和協(xié)調(diào)下完成信息處理任務(wù)。分布式處理常用于對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，主要應(yīng)用于PaaS層。目前主要的分布式處理技術(shù)包括分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分布式數(shù)據(jù)管理、并行編程模型和分布式同步機(jī)制。

目前，分布式處理技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在Google、Yahoo等大型商業(yè)系統(tǒng)中。在數(shù)據(jù)管理方面，由于采用列存儲(chǔ)的方式管理數(shù)據(jù)，如何提高數(shù)據(jù)的更新速率以及進(jìn)一步提高隨機(jī)讀速率成為未來數(shù)據(jù)管理技術(shù)必須要解決的問題；在并行編程模型方面，調(diào)度算法過于簡單，目前缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各平臺(tái)之間無法進(jìn)行遷移，對(duì)MapReduce算法的改進(jìn)成為今后努力的方向。

（3）SaaS 相關(guān)技術(shù)

SaaS的實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種：一種是通過PaaS平臺(tái)來開發(fā)SaaS，PaaS平臺(tái)提供了一些開發(fā)應(yīng)用程序的環(huán)境和工具，我們可以直接使用它們?cè)诰€開發(fā)SaaS應(yīng)用；另一種是采用多租戶構(gòu)架和元數(shù)據(jù)開發(fā)模式，使用Web2.0、Structs、hibernate等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)SaaS中各層的功能。

SaaS相關(guān)技術(shù)是云計(jì)算中相對(duì)最成熟的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用在各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中，但其在數(shù)據(jù)安全性方面還有待進(jìn)一步改進(jìn)。

（4）運(yùn)營管理

運(yùn)營管理是云計(jì)算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括云服務(wù)提供和云服務(wù)管理，任何一項(xiàng)業(yè)務(wù)的成功開展都離不開運(yùn)營管理系統(tǒng)的支撐。不管哪一種服務(wù)（IaaS、PaaS、SaaS）的運(yùn)營管理系統(tǒng)，都需要解決產(chǎn)品在運(yùn)營過程中涉及的計(jì)費(fèi)、認(rèn)證、安全、監(jiān)控等系統(tǒng)管理和用戶管理問題。

云計(jì)算的運(yùn)營管理是一個(gè)復(fù)雜的問題，目前業(yè)界還未形成相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，也沒有可以拿來直接部署、使用的系統(tǒng)。

4 電信支撐系統(tǒng)云計(jì)算需求分析和方案選擇

云計(jì)算的吸引力是顯而易見的，但由于云計(jì)算的數(shù)據(jù)安全性在技術(shù)和法律法規(guī)上尚未健全，而支撐系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)電信運(yùn)營商是至關(guān)重要的，如何在發(fā)揮云架構(gòu)優(yōu)勢的同時(shí)不丟失現(xiàn)有的信任、可靠和安全，“私有云”無疑是一個(gè)很好的選擇。

針對(duì)電信支撐系統(tǒng)當(dāng)前存在的主要問題，結(jié)合運(yùn)營商CIO對(duì)云計(jì)算的愿景以及云計(jì)算IaaS、PaaS、SaaS的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)一步確定電信支撐系統(tǒng)進(jìn)行云部署的需求，如圖1所示。

從以上分析可以看到，由于電信支撐系統(tǒng)當(dāng)前迫切需要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、提高資源利用率、提高靈活性和響應(yīng)能力、縮短系統(tǒng)上線周期、降本增效，所以對(duì)IaaS的需求是比較大的；另外，開展IaaS服務(wù)所需的虛擬化和運(yùn)營技術(shù)相對(duì)成熟，業(yè)界已經(jīng)有較為成熟的IaaS商業(yè)應(yīng)用，因此可以把IaaS作為電信支撐系統(tǒng)進(jìn)行云部署的切入點(diǎn)。

另外，在提高靈活性、響應(yīng)能力和系統(tǒng)擴(kuò)展性等方面對(duì)PaaS也有需求，但由于PaaS的技術(shù)門檻相對(duì)較高，且PaaS本身仍處于不斷發(fā)展中，因此可以把PaaS作為電信支撐系統(tǒng)進(jìn)行云部署的中期目標(biāo)。

雖然SaaS相關(guān)技術(shù)是相對(duì)最成熟的，從企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展來看，實(shí)現(xiàn)SaaS和PaaS將有助于電信企業(yè)的轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新，但當(dāng)前電信支撐系統(tǒng)對(duì)SaaS的需求較少，因此可以把實(shí)現(xiàn)SaaS作為電信支撐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)云部署的長遠(yuǎn)目標(biāo)。

在需求分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合電信支撐系統(tǒng)領(lǐng)域各個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)和IaaS、PaaS、SaaS的優(yōu)勢及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的成熟度，可以對(duì)電信支撐系統(tǒng)云部署進(jìn)行進(jìn)一步的方案選擇。中國電信的支撐系統(tǒng)可以分為4個(gè)領(lǐng)域：BSS（業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)，包括CRM、計(jì)費(fèi)等）、OSS（運(yùn)營支撐系統(tǒng)，包括服務(wù)開通、保障等）、MSS（管理支撐系統(tǒng)，包括財(cái)務(wù)、人力等）、EDA（企業(yè)數(shù)據(jù)架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)倉庫、經(jīng)營分析等）。BSS和OSS系統(tǒng)支撐的業(yè)務(wù)規(guī)模龐大，客戶體驗(yàn)影響大，對(duì)穩(wěn)定性和可靠性要求高，應(yīng)采取謹(jǐn)慎的態(tài)度，務(wù)求穩(wěn)妥推進(jìn)。應(yīng)以IaaS為切入點(diǎn)，優(yōu)先選取以下3類系統(tǒng)進(jìn)行試點(diǎn)：一是業(yè)務(wù)影響較小、服務(wù)等級(jí)較低的系統(tǒng)；二是硬件已經(jīng)接近報(bào)廢的系統(tǒng)；三是利用率很低以及實(shí)時(shí)性要求不高，主要屬于批量處理的系統(tǒng)。在試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)數(shù)據(jù)遷移等經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，試點(diǎn)成功后再逐步向其他支撐系統(tǒng)推廣。部分對(duì)穩(wěn)定性要求很高的核心BOSS系統(tǒng)，由于云計(jì)算技術(shù)目前還在不斷發(fā)展中，存在一定的遷移代價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)，故可仍然保持傳統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，待云計(jì)算技術(shù)發(fā)展成熟后再考慮實(shí)施云部署。MSS系統(tǒng)主要面向企業(yè)內(nèi)部，可以作為IaaS的試點(diǎn)。EDA領(lǐng)域的經(jīng)營分析系統(tǒng)由于其對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理要求較高，非常適合采用具有分布式計(jì)算優(yōu)勢的PaaS云。

5 電信支撐系統(tǒng)云計(jì)算方案設(shè)計(jì)

完整、全面的云計(jì)算方案包括云服務(wù)架構(gòu)（IaaS、PaaS、SaaS）、云服務(wù)提供、云服務(wù)管理等3個(gè)部分，體系架構(gòu)如圖2所示。

圖1 電信支撐系統(tǒng)云部署需求分析

圖2 云計(jì)算體系架構(gòu)

中國電信支撐系統(tǒng)云部署可以以IaaS為切入點(diǎn)，而實(shí)施IaaS最重要的是要進(jìn)行服務(wù)器虛擬化。下面將以中國電信的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，重點(diǎn)分析服務(wù)器虛擬化。

目前，中國電信支撐系統(tǒng)服務(wù)器有刀片服務(wù)器、PC服務(wù)器、小型機(jī)等，其中小型機(jī)包括IBM、HP、Sun等，支撐系統(tǒng)需要運(yùn)營在Windows、Unix等多種操作系統(tǒng)上。進(jìn)行服務(wù)器虛擬化首先要進(jìn)行硬件類型的選擇。刀片服務(wù)器近年來發(fā)展迅速，最高總體性能可相當(dāng)于小型機(jī)的75%，成本也低于小型機(jī)，但在I/O性能、可靠性和可擴(kuò)展性方面尚不及小型機(jī)。電信支撐系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)（如CRM、計(jì)費(fèi)等）的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，對(duì)可靠性和I/O性能要求較高，所以建議暫時(shí)保持Unix操作系統(tǒng)的小型機(jī)環(huán)境；對(duì)于部分核心系統(tǒng)（如計(jì)費(fèi)等）的重要應(yīng)用服務(wù)器，也可暫時(shí)保持Unix操作系統(tǒng)的小型機(jī)環(huán)境；對(duì)于其他應(yīng)用服務(wù)器和Web服務(wù)器以及業(yè)務(wù)等級(jí)較低的電信支撐系統(tǒng)服務(wù)器，則可考慮選用性能較好的PC服務(wù)器或刀片服務(wù)器，并根據(jù)原有硬件的報(bào)廢期限以及業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)，制定周密的實(shí)施步驟，分階段逐步從現(xiàn)有環(huán)境遷移到PC服務(wù)器或刀片服務(wù)器上。硬件類型確定后，就該進(jìn)行服務(wù)器虛擬化技術(shù)的選擇了。目前的PC服務(wù)器，即x86平臺(tái)的虛擬化軟件有VMware、Microsoft等主流商業(yè)軟件，還有開源的Xen等。小型機(jī)的虛擬化技術(shù)目前還不通用，需采用相應(yīng)廠商的虛擬化技術(shù)，部署在小型機(jī)上的數(shù)據(jù)庫和重要應(yīng)用服務(wù)器可根據(jù)具體情況選擇是否采用虛擬化技術(shù)。

除了服務(wù)器虛擬化外，實(shí)施IaaS還可進(jìn)行存儲(chǔ)虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化。

此外，云服務(wù)管理也是電信支撐系統(tǒng)云方案能否成功的關(guān)鍵，目前雖然尚未形成相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，也沒有可以拿來直接部署、使用的系統(tǒng)，但在ITIL（IT infrastructure library，IT基礎(chǔ)架構(gòu)庫，是IT服務(wù)管理的最佳實(shí)踐框架）中有很多相關(guān)的建議，如服務(wù)管理、安全管理等，可以作為構(gòu)建云服務(wù)管理平臺(tái)的參考。

6 結(jié)束語

目前，云計(jì)算技術(shù)還在不斷地發(fā)展，在電信支撐系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用還存在一些限制，電信運(yùn)營商應(yīng)對(duì)自身的實(shí)際情況和云計(jì)算的技術(shù)細(xì)節(jié)有清醒的認(rèn)識(shí)，緊密跟進(jìn)云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，積極進(jìn)行方案驗(yàn)證，穩(wěn)妥地推進(jìn)云計(jì)算在電信支撐系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 Wikipedia.Cloud computing，http://en.wikipedia.org/wiki/Cloud_computing

2 艾倫 E奧爾特，彭亞利，林潤華等.中國云計(jì)算發(fā)展的務(wù)實(shí)之路，2010

3 中國電信云計(jì)算技術(shù)白皮書，2010

4 朱近之.智慧的云計(jì)算.北京：電子工業(yè)出版社，2010

5 Armbrustm F A，Gr I R，et al.Above the clouds:a Berkeley view of cloud computin，http://www.grid.pku.edu.cn/cloud/Berkeley 2abovetheclouds.pdf，2009

6 李德毅.云計(jì)算熱點(diǎn)分析.第二屆中國云計(jì)算大會(huì)，2010

7 陳康，鄭緯民.云計(jì)算：系統(tǒng)實(shí)例與研究現(xiàn)狀.軟件學(xué)報(bào)，2009，20（5）

8 陳全，鄧倩妮.云計(jì)算及其關(guān)鍵技術(shù).計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009（9）

9 張建勛，古志民，鄭超.云計(jì)算研究進(jìn)展綜述.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2010（2）

Analysis on Application of Cloud Computing in Telecom Support Systems

Tao Caixia，Chen Kang，Hao Ying
（Guang dong Research Institute of China Telecom Co.，Ltd.，Guangzhou 510630，China）

In this paper，cloud service types are introduced，and the maturity of key technology used in cloud computing are discussed.Then detailed requirement of cloud computing in telecom support systems is analyzed.To China Telecom as an example，advice on the solution choice of cloud computing in telecom support systems is provided，and the solution is discussed focus on server virtualization.

cloud computing，support system，IaaS，PaaS，SaaS，virtualization

2010-06-22）