云計算與新一代電信IT支撐系統(tǒng)研究

陳清金，張云勇，潘松柏，楊 光

（1.中國聯(lián)通研究院 北京100048；2.中國聯(lián)通系統(tǒng)集成公司 北京100032）

1 引言

我國政府向來高度重視信息化進程，“十七大”首次鮮明地提出信息化與工業(yè)化融合發(fā)展的嶄新命題，賦予了信息化建設(shè)全新的歷史使命。中國的電信運營商不僅肩負(fù)著推動國家信息化進程的使命，還面臨著金融危機和市場競爭加劇帶來的收入增長停滯甚至下滑的壓力。據(jù)工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)顯示，在2007年3季度達到19.6%的最高值以后，中國電信運營商的主營業(yè)務(wù)收入同比增幅就開始進入下降通道，到2009年1季度達到了1.7%的最低點。雖然行業(yè)收入增幅繼2季度反彈后在3季度繼續(xù)企穩(wěn)，但三大運營商的凈利潤環(huán)比均大幅下滑。中國移動、中國電信和中國聯(lián)通3季度的利潤環(huán)比降幅分別達到了5.1%、19.7%和35.4%。在這種大背景下，“開源”和“節(jié)流”工作對電信運營商而言顯得尤為重要，而IT業(yè)界的云計算革命恰好為“開源”和“節(jié)流”兩個方面提供了難得的契機。

電信運營商意識到并著手利用云計算技術(shù)實現(xiàn)內(nèi)部的IT支撐系統(tǒng)整合。目前，電信運營商的運營成本尤其是能耗居高不下，直接制約了其發(fā)展和盈利能力。運用云計算技術(shù)，可以有效地提高IT資源的利用率、降低IT資源消耗、減少管理和建設(shè)環(huán)節(jié)、提升運營效率，將Capex轉(zhuǎn)化為Opex，降低成本，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中和統(tǒng)一管理、提升管理能力。總之，應(yīng)用云計算技術(shù)將大大降低電信運營商在IT支撐系統(tǒng)建設(shè)和維護方面的開支。

2 新一代電信IT支撐系統(tǒng)對云計算應(yīng)用的需求

2.1 云計算概述

云計算涉及太多的領(lǐng)域和應(yīng)用場景，而且各類廠商代表各自的不同利益，使得云計算成為有史以來最為混亂的技術(shù)概念。云計算迄今為止并沒有一個權(quán)威性的定義，不同的組織從不同的角度給出了不同的定義，根據(jù)不完全統(tǒng)計至少有25種以上。由于業(yè)界對云計算沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，從網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、運營可信、服務(wù)支撐多因素分析，提出電信運營商理解的云計算定義。

“云計算”是一種新的計算方法和商業(yè)模式，通過虛擬化等技術(shù)按照“即插即用”的方式，自助管理運算、存儲等資源能力形成高效資源池，以按需分配的服務(wù)形式提供計算能力，并且可通過公眾通信網(wǎng)絡(luò)整合IT資源和業(yè)務(wù)，向用戶提供新型的業(yè)務(wù)產(chǎn)品和新的交付模式。

云計算的典型特征是：資源共享、按需分配、彈性調(diào)度、服務(wù)可擴展。資源共享，云計算可以類似于水電等基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)，提供公共計算能力，能夠充分利用閑置的資源，通過共享方式進行服務(wù)；按需分配，云計算可以依據(jù)云應(yīng)用的資源情況，主動調(diào)整、調(diào)度資源分配，支持根據(jù)應(yīng)用要求快速配置資源，并能適應(yīng)要求彈性分配資源；彈性調(diào)度，云計算通過虛擬化技術(shù)實現(xiàn)資源的快速遷移，減少故障的風(fēng)險；服務(wù)可擴展，“云”的規(guī)?？梢詣討B(tài)伸縮，滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長的需要；普遍接入，云計算接入的地域不受限制，可以在任意位置、使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)；系統(tǒng)安全，云計算可以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，并選擇適合的加密手段保證系統(tǒng)的安全；地理分布，云計算提供的資源地理是分布式的，通過虛擬技術(shù)統(tǒng)一融合。

2.2 新一代電信IT支撐系統(tǒng)分析

目前電信運營商的IT支撐系統(tǒng)多為兩級或多級架構(gòu)，從目前狀況看，存在難以統(tǒng)一管理、維護成本高、系統(tǒng)負(fù)載不均衡等特點。物聯(lián)網(wǎng)及三網(wǎng)融合以及未來業(yè)務(wù)發(fā)展，對目前的IT支撐技術(shù)帶來挑戰(zhàn)。為滿足業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析以及業(yè)務(wù)中的突發(fā)計算需求對IT成本帶來的極大壓力，迫切需要IT支撐系統(tǒng)采用新的技術(shù)和新的業(yè)務(wù)交付模式。

從國外運營商來看，已經(jīng)開始研究云計算業(yè)務(wù)并使用云計算支撐內(nèi)部IT系統(tǒng)。國內(nèi)電信運營商也開始了相關(guān)的研究工作，中國移動發(fā)布大云研究計劃，并在IT支撐系統(tǒng)中試點使用云技術(shù)。中國電信啟動云業(yè)務(wù)，著手啟動BI云化系統(tǒng)的改造工作。中國聯(lián)通啟動了云計算應(yīng)用于IT支撐系統(tǒng)的試驗工作等。從目前業(yè)界發(fā)展看，云計算是解決IT支撐問題的首選技術(shù)，是新一代電信IT支撐系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和模式。

考慮到電信運營商IT支撐系統(tǒng)的特點，在考慮IT支撐系統(tǒng)更新?lián)Q代的過程中，需要與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行銜接，實現(xiàn)平滑過渡,云計算是目前最優(yōu)的選擇?？紤]到云計算還在不斷發(fā)展，貿(mào)然在核心系統(tǒng)中引入風(fēng)險較大，需要循序漸進，逐步引入，基于云計算研究數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用技術(shù)，試驗數(shù)據(jù)中心整合和數(shù)據(jù)分析的能力。

截至2010年，我國3G用戶累計人數(shù)達到3 000萬，2G用戶達到6億戶，固定電話用戶達2億多戶，寬帶用戶為1億多戶。為了提供給用戶更好的服務(wù)保障，電信運營商每年在IT系統(tǒng)和平臺系統(tǒng)上投資大量資金，但在電信IT支撐系統(tǒng)中IT資源利用率僅達到12%～15%，距離運營商40%的輕載設(shè)計，仍有很大的提高空間，更是遠低于Google公司的85%；而投入存儲設(shè)備的容量也逾百PB，但其利用率卻只有20%～30%。

·ICT設(shè)備龐雜，供應(yīng)廠商眾多。設(shè)備體系中既有HP、IBM、SUN的小型機設(shè)備，也有X86通用化服務(wù)器，設(shè)備供應(yīng)廠商有Sun、HP、IBM、Dell等。

·IT系統(tǒng)和平臺基本都是“煙囪化”建設(shè)，相互獨立，無法實現(xiàn)資源共享，投資重復(fù)。

·能耗巨大，電費居高不下，能源利用率低。

·業(yè)務(wù)平臺分散，孤島眾多，不利于升級改造和新業(yè)務(wù)的開展。

據(jù)不完全統(tǒng)計，電信運營商全年用電量占運營成本的比例超過30%。能耗占據(jù)了運營的大量成本，直接制約了利潤的增加，急需云計算技術(shù)實現(xiàn)資源上的統(tǒng)一調(diào)度與彈性分配，在擴展性、兼容性方面進行優(yōu)化，實現(xiàn)軟硬件分離，整合資源和平臺，有效地解決節(jié)能降耗的問題，加快增值產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用周期。

3 應(yīng)用云計算技術(shù)構(gòu)建電信IT支撐系統(tǒng)

3.1 云計算推動電信IT支撐系統(tǒng)向新一代轉(zhuǎn)型

基于云計算技術(shù)建立運營商的私有云和公有云，并在此基礎(chǔ)上逐步融合形成統(tǒng)一的IaaS服務(wù)平臺，使公、私有云平臺共享基礎(chǔ)設(shè)施；在IaaS平臺基礎(chǔ)上，結(jié)合電信運營商IT業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)部統(tǒng)一的PaaS平臺，分別針對BSS、OSS、增值業(yè)務(wù)平臺等業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)進行試驗、試點，在建設(shè)云平臺的同時，還要規(guī)劃、建設(shè)好技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、運營維護體系、安全保障體系等3大體系。

電信IT支撐系統(tǒng)是關(guān)系到生產(chǎn)經(jīng)營的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，對企業(yè)管理和運營具有重大的影響，云計算在電信IT支撐系統(tǒng)的應(yīng)用在“積極穩(wěn)妥”的指導(dǎo)原則下，應(yīng)順序開展以下相關(guān)工作。

第一，試驗驗證階段。選擇具有典型意義的系統(tǒng)開展云計算的試驗驗證，為云計算技術(shù)的現(xiàn)網(wǎng)部署提供試驗數(shù)據(jù)，進行云平臺的探索和驗證，結(jié)合云計算標(biāo)準(zhǔn)化工作，逐漸規(guī)劃出統(tǒng)一云平臺的基礎(chǔ)框架。目前，中國移動、中國聯(lián)通等公司正在考慮建設(shè)集中的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，集中系統(tǒng)的建設(shè)面臨海量數(shù)據(jù)的抽取、存儲、查詢和分析挖掘等多種大運算量需求和大并發(fā)量訪問給系統(tǒng)帶來的壓力，云計算中的分布式文件系統(tǒng)和并行計算等關(guān)鍵技術(shù)正好為解決以上問題提供了新的思路；結(jié)合IT支撐系統(tǒng)現(xiàn)實需求，選取數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)作為試驗驗證的原型系統(tǒng)。

第二，試點部署階段。試點部署應(yīng)遵循先易后難的原則，優(yōu)先選取對實時性要求較低，對業(yè)務(wù)影響較小的系統(tǒng)，開展現(xiàn)網(wǎng)部署。此階段應(yīng)逐漸形成較為完備的統(tǒng)一云平臺架構(gòu)體系，通過在云平臺上部署實施試點項目，在實踐中逐漸完善。對電信IT支撐系統(tǒng)建議在試點階段采用分布式應(yīng)用架構(gòu)來重新開發(fā)和部署。

第三，規(guī)模推廣階段。在試點部署的基礎(chǔ)上，總結(jié)經(jīng)驗，優(yōu)化方案，穩(wěn)步推進云計算平臺在IT支撐系統(tǒng)的應(yīng)用部署。這個階段公司統(tǒng)一云平臺架構(gòu)基本成熟，可以向業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，云平臺重點轉(zhuǎn)向結(jié)合業(yè)務(wù)系統(tǒng)，優(yōu)化平臺能力,逐步規(guī)?；貙⒛壳癐T系統(tǒng)中的應(yīng)用遷移到云平臺中，原有應(yīng)用服務(wù)器采用X86架構(gòu)的，可以遷移到虛擬化后的刀片服務(wù)器上；原有應(yīng)用服務(wù)器采用小型機的，一種方案是將其遷移至做了虛擬化分區(qū)的小型機上，另一種方案是將其遷移至虛擬化后的刀片服務(wù)器上。遷移部署的過程，可能涉及原有應(yīng)用架構(gòu)的重新設(shè)計和開發(fā)，需要充分調(diào)動廠家資源，這一點應(yīng)用從小型機遷移到虛擬化后的刀片服務(wù)器上時表現(xiàn)得更為明顯。在IT支撐系統(tǒng)云化的過程中，還需要考慮在平臺層提供應(yīng)用開發(fā)框架、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫服務(wù)能力和統(tǒng)一報表服務(wù)能力等，從而使應(yīng)用不僅實現(xiàn)IaaS層面的云化，還在PaaS層面實現(xiàn)緊密耦合，優(yōu)化應(yīng)用架構(gòu)，提升服務(wù)水平。

3.2 基于云計算的電信IT支撐系統(tǒng)框架

電信運營商利用云計算相關(guān)技術(shù)，對現(xiàn)有IT支撐系統(tǒng)進行技術(shù)升級改造，形成電信運營商的下一代電信IT支撐系統(tǒng)。實現(xiàn)挖潛降耗，提高IT資源的利用率，降低資源消耗；實現(xiàn)效率提高，減少管理及建設(shè)各環(huán)節(jié)，提高運營效率；實現(xiàn)管理提升，通過系統(tǒng)、數(shù)據(jù)集中，實現(xiàn)統(tǒng)一管理，進而提升管理能力；實現(xiàn)成本節(jié)減，通過云計算，將Capex轉(zhuǎn)化為Opex，有效降低成本。

基于云計算的電信IT支撐系統(tǒng)框架如圖1所示，通過虛擬化技術(shù)對電信基礎(chǔ)設(shè)施資源進行池化，通過IaaS管理實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施資源的統(tǒng)一管理，按照業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求，動態(tài)分配資源供業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用，同時建立PaaS支撐管理平臺，通過將IT支撐系統(tǒng)的共性需求進行抽象匯總，形成service能力，以REST API的形式供業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用，業(yè)務(wù)系統(tǒng)在此框架下，重點關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn)即可。

電信IT支撐系統(tǒng)應(yīng)用云計算后，將改變目前的系統(tǒng)建設(shè)和運維模式。

①需要獨立地組織承擔(dān)IT基礎(chǔ)資源的規(guī)劃及按需分配，減少IT基礎(chǔ)資源的頻繁審批、投資、建設(shè)。

②IT基礎(chǔ)設(shè)施的維護可進一步分離，由獨立的機構(gòu)承擔(dān)。

③PaaS平臺管理由單獨部門或者組織進行維護，并根據(jù)業(yè)務(wù)部門的需求進行投資建設(shè)和管理IT支撐service。

4 電信IT支撐系統(tǒng)應(yīng)用云技術(shù)的挑戰(zhàn)

4.1 管理模式的挑戰(zhàn)

目前，IT的管理模式和云計算的管理模式在有些方面存在著天然的矛盾，因為云計算是強調(diào)集中化的優(yōu)勢以及應(yīng)用平臺資源的分層耦合管理，但是傳統(tǒng)的IT系統(tǒng)管理和使用模式在某些方面和云計算的理念有不相適應(yīng)的地方。云管理平臺需要有專人負(fù)責(zé)操作和調(diào)度，PaaS層能力需要有專人統(tǒng)一開發(fā)和維護，而在SaaS層依然可以像從前一樣，不同的應(yīng)用由不同的人員維護。由此可見，在實現(xiàn)“云化”改造以后，電信運營商的相關(guān)管理體系和組織架構(gòu)需要根據(jù)云架構(gòu)的具體需要做出調(diào)整。

另一方面，云計算行業(yè)近期處于快速增長階段。這種爆發(fā)式的增長使得電信運營商在云計算工作開展中碰到的最大問題之一就是人才缺乏，人才的缺乏會制約云計算的發(fā)展，電信運營商需要在云計算方面培養(yǎng)和引進人才。

4.2 安全模式的挑戰(zhàn)

云計算安全問題也是云計算商業(yè)推廣中的主要問題之一，由于“云”對外部不透明，云計算的服務(wù)提供并沒有對業(yè)務(wù)給出細節(jié)的具體說明，如何在內(nèi)部IT支撐中給業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供安全可信、數(shù)據(jù)隔離是云計算的重要影響因素之一。

4.3 技術(shù)的挑戰(zhàn)

目前，云計算沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個云計算廠商和服務(wù)商都在各自為戰(zhàn)。各個標(biāo)準(zhǔn)組織的進展也比較快，業(yè)務(wù)保障不夠完備，不同的云之間缺乏互操作性，電信運營商需要看自己的實際業(yè)務(wù)來制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，同時如何實現(xiàn)業(yè)務(wù)能力的開放，建立統(tǒng)一開放的標(biāo)準(zhǔn)接口還有非常多的困難。

1 2010年中國企業(yè)級數(shù)據(jù)中心市場研究報告.計世資訊，2010年5月

2房秉毅，張云勇，程瑩，等.云計算國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析.電信科學(xué)，2010，26（8）

3潘松柏，張云勇，陳清金，等.云計算安全關(guān)鍵技術(shù).電信科學(xué)，2010，26（8）

4童曉渝，張云勇，戴元順.公眾計算通信網(wǎng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù).通信學(xué)報，2010,31（8）