電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)分析

陸 鋼，王 哲，區(qū)洪輝，王 暉

（1.中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630；2.中國(guó)電信股份有限公司廣東分公司 廣州510081；3.廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 廣州 510630）

1 引言

電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)是指為實(shí)現(xiàn)和保障電信業(yè)務(wù)開展而組建的軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，主要包括業(yè)務(wù)管理平臺(tái)和業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)兩大類。早期電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)主要是指業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)，如智能網(wǎng)業(yè)務(wù)控制平臺(tái)、軟交換應(yīng)用服務(wù)器、短信平臺(tái)。隨著電信業(yè)務(wù)的不斷豐富和發(fā)展，出現(xiàn)了更多的增值業(yè)務(wù)、行業(yè)應(yīng)用和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，業(yè)務(wù)管理越來(lái)越復(fù)雜，管理平臺(tái)的出現(xiàn)成為電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的重要保障，同時(shí)隨著能力開放思路的提出，應(yīng)用平臺(tái)和管理平臺(tái)部分下沉成為能力對(duì)外開放，以服務(wù)形式與合作伙伴對(duì)外提供業(yè)務(wù)。

目前，幾大運(yùn)營(yíng)商基本都建立了較為完備的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系，以適應(yīng)傳統(tǒng)以運(yùn)營(yíng)商為核心的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。但近幾年來(lái)，產(chǎn)業(yè)環(huán)境風(fēng)云突變，運(yùn)營(yíng)商構(gòu)建的傳統(tǒng)用戶體系和生態(tài)圈正在逐步被互聯(lián)網(wǎng)公司的新型生態(tài)圈所取代，運(yùn)營(yíng)商成為生態(tài)圈中的一個(gè)環(huán)節(jié)，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)既要保障傳統(tǒng)生態(tài)圈，同時(shí)又要適應(yīng)新的生態(tài)環(huán)境。另外，從技術(shù)發(fā)展來(lái)看，由于云計(jì)算、開源軟件逐步走向成熟，并且已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)公司應(yīng)用落地，具有廣泛的應(yīng)用前景，電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)和架構(gòu)上都可以優(yōu)化升級(jí)，從而更好地支撐業(yè)務(wù)發(fā)展。

2 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需求模型

業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)正在向平臺(tái)化發(fā)展，已經(jīng)從原有滿足用戶的需求演變到滿足平臺(tái)多變用戶的需求。對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的角色和流程進(jìn)行梳理可以發(fā)現(xiàn)，在業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中主要存在最終客戶、應(yīng)用開發(fā)商、能力提供商的角色，而運(yùn)營(yíng)商則充當(dāng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)者，如圖1所示。在這幾類角色之間存在著六大循環(huán)的業(yè)務(wù)流程閉環(huán)，主要包括：面向最終客戶的客戶服務(wù)支撐，負(fù)責(zé)應(yīng)用訂購(gòu)、使用、支撐等；面向應(yīng)用開發(fā)商的應(yīng)用交付循環(huán)，負(fù)責(zé)開發(fā)、資源能力訂購(gòu)、使用、部署、發(fā)布等；面向能力提供商的能力發(fā)布循環(huán)，負(fù)責(zé)能力的發(fā)布、統(tǒng)計(jì)、結(jié)算等；面向三邊的渠道和營(yíng)銷循環(huán)，負(fù)責(zé)應(yīng)用或能力的推廣、宣傳、反饋等；面向三邊的運(yùn)營(yíng)支撐循環(huán)，負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)等；面向三邊的支付循環(huán)，負(fù)責(zé)線上/線下、前向/后向的支付結(jié)算等。

圖1 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需求模型

從實(shí)際業(yè)務(wù)情況來(lái)看，每類業(yè)務(wù)或者管理平臺(tái)都有一個(gè)或多個(gè)角色參與，存在著一個(gè)或多個(gè)流程的閉環(huán)，例如從短信業(yè)務(wù)來(lái)看，存在最終客戶的角色，同時(shí)也存在客戶服務(wù)、支付、運(yùn)營(yíng)支撐和渠道及營(yíng)銷循環(huán)；從行業(yè)應(yīng)用來(lái)看，存在最終客戶、應(yīng)用開發(fā)商的角色，同時(shí)也存在客戶服務(wù)、應(yīng)用交付、支付、運(yùn)營(yíng)支撐和渠道及營(yíng)銷循環(huán)；從管理平臺(tái)來(lái)看，可能存在以上所有的角色和所有的循環(huán)。

3 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演變及要求

電信業(yè)務(wù)平臺(tái)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)在電信領(lǐng)域的具體應(yīng)用，隨著云計(jì)算、IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和開源軟件技術(shù)的發(fā)展，其技術(shù)和架構(gòu)也在不斷地演進(jìn)和發(fā)展。層次上可以將業(yè)務(wù)平臺(tái)大體分為網(wǎng)絡(luò)層、硬件層、軟件層，每個(gè)層次上業(yè)務(wù)平臺(tái)呈現(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)

（1）網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)IP化，原有采用可靠傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)（如7號(hào)信令網(wǎng)）也逐步被IP網(wǎng)絡(luò)取代，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的所有控制和傳輸通道都可通過IP網(wǎng)絡(luò)承載。

（2）硬件層

硬件云化，云計(jì)算的出現(xiàn)改變了原有服務(wù)器產(chǎn)業(yè)環(huán)境，原有具有性能優(yōu)勢(shì)的小型機(jī)或?qū)Ｓ迷O(shè)備被x86架構(gòu)的定制服務(wù)器或虛擬機(jī)所取代，可以預(yù)見，未來(lái)運(yùn)營(yíng)商大部分業(yè)務(wù)平臺(tái)都可以承載在云計(jì)算環(huán)境上。

（3）軟件層

軟件開源化，原有專用軟件和商用化軟件組件被開源軟件取代，大量開源軟件的出現(xiàn)大幅降低了業(yè)務(wù)平臺(tái)的開發(fā)門檻，減少了業(yè)務(wù)平臺(tái)的開發(fā)工作量。

結(jié)合需求模型角色多樣性、應(yīng)用社會(huì)化、流程復(fù)雜性的變化，同時(shí)考慮技術(shù)演變?cè)诰W(wǎng)絡(luò)層、硬件層和軟件層的新發(fā)展，給業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)提出了以下要求。

·迭代開發(fā)、快速響應(yīng)需求：多種角色需求在不斷地變化，要求網(wǎng)絡(luò)能夠及時(shí)地做出調(diào)整以適應(yīng)變化，同時(shí)平臺(tái)開發(fā)能夠快速響應(yīng)需求。

·資源集約、良好的擴(kuò)展性，彈性調(diào)度：應(yīng)用社會(huì)化導(dǎo)

致目前業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)存在海量應(yīng)用，每類應(yīng)用的容量和規(guī)模相差很大，需要業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)具備良好的擴(kuò)展性，能夠滿足應(yīng)用彈性調(diào)度資源的需求。

·層次模塊松耦合，靈活搭配：流程的復(fù)雜性要求業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層次架構(gòu)清晰，采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊之間耦合度松，可以靈活搭配生成新的流程。

·管理服務(wù)化、能力全網(wǎng)通達(dá)：平臺(tái)角色一點(diǎn)接入，能力、應(yīng)用可以全網(wǎng)通達(dá)，管理實(shí)現(xiàn)扁平化、服務(wù)化。

4 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖3所示，業(yè)務(wù)平臺(tái)架構(gòu)可以分為基礎(chǔ)資源層、軟件定義層和業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)層，各層之間通過管理服務(wù)層實(shí)現(xiàn)互相調(diào)用和部署。

（1）業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)層

最終業(yè)務(wù)軟件的邏輯實(shí)現(xiàn)，通常可以分為管理平臺(tái)和應(yīng)用平臺(tái)兩大類，可以調(diào)用軟件定義層各類通用軟件和能力，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速開發(fā)部署，同時(shí)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)層可以向下提供應(yīng)用和管理功能，經(jīng)過聚合封裝后形成新的能力。

（2）軟件定義層

對(duì)業(yè)務(wù)常用的軟件或能力進(jìn)行抽象封裝，包括能力封裝、功能組件和基礎(chǔ)軟件三大部分。其中，能力封裝是指將應(yīng)用平臺(tái)、管理平臺(tái)和資源能力進(jìn)行封裝，供業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)層調(diào)用；功能組件是指構(gòu)建業(yè)務(wù)軟件的一些通用功能軟件，通常包括日志、統(tǒng)計(jì)等常用功能軟件，復(fù)用性強(qiáng)，是上層業(yè)務(wù)平臺(tái)可直接嵌入調(diào)用的部分；基礎(chǔ)軟件是指構(gòu)建業(yè)務(wù)軟件的基礎(chǔ)軟件，包括緩存、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用容器、負(fù)載均衡、分布式基礎(chǔ)架構(gòu)（Hadoop）等，大部分采用開源軟件設(shè)計(jì)，可以運(yùn)行在基礎(chǔ)資源層之上。

（3）基礎(chǔ)資源層

采用池化的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源，并且可以采用智能管道技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)資源也作為基礎(chǔ)資源開放給上層應(yīng)用調(diào)用，向上提供資源，經(jīng)過聚合封裝后形成資源能力。

（4）管理服務(wù)層

管理服務(wù)層主要包括應(yīng)用管理、平臺(tái)管理和資源管理3個(gè)部分。其中，應(yīng)用管理實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用的加載、上線、訂購(gòu)等管理功能；平臺(tái)管理分為能力管理和軟件管理兩大部分，能力管理提供對(duì)能力的全生命周期管理以及訂購(gòu)、動(dòng)態(tài)調(diào)度的機(jī)制等，軟件管理提供軟件的全生命周期管理以及軟件的訂購(gòu)、彈性調(diào)度的機(jī)制等；資源管理實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源的管理。

采用以上架構(gòu)可以基本滿足前述三大角色六大循環(huán)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需求，六大業(yè)務(wù)循環(huán)與業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

5 關(guān)鍵技術(shù)

在滿足業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需求模型的基礎(chǔ)上，還需要滿足業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求，新的架構(gòu)和技術(shù)要求對(duì)其中一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。而軟件定義層和平臺(tái)管理承上啟下，處于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的核心部位，這將是下一階段業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需要深入研究的課題和技術(shù)攻關(guān)難題，主要包括軟件定義技術(shù)、軟件管理技術(shù)、能力聚合及管理技術(shù)。

5.1 軟件定義技術(shù)

圖3 業(yè)務(wù)平臺(tái)架構(gòu)

表1 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需求模型與平臺(tái)架構(gòu)功能的對(duì)應(yīng)關(guān)系

業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的軟件定義技術(shù)主要包括能力封裝技術(shù)、應(yīng)用功能組件抽象技術(shù)和軟件評(píng)測(cè)技術(shù)。目前，能力封裝技術(shù)相對(duì)比較成熟，而應(yīng)用功能組件抽象技術(shù)和軟件評(píng)測(cè)技術(shù)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)雖然在互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)已經(jīng)應(yīng)用十分廣泛，但是在電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中相對(duì)使用較少。

開源軟件技術(shù)應(yīng)用到業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，首先需要解決的是對(duì)已有基礎(chǔ)軟件的評(píng)測(cè)以及適用的應(yīng)用或管理平臺(tái)的研究。按照對(duì)應(yīng)用和管理平臺(tái)模塊的劃分，目前在各模塊常用到的基礎(chǔ)軟件包括：緩存類（如 Memcache、Redis）、數(shù)據(jù)庫(kù)類（如 MySQL、PostgreSQL、Oracle、MongoDB）、應(yīng)用容器類（如Tomcat、JBoss、GlassFish、Weblogic）、 負(fù) 載 均 衡 類 （如Apache、HaProxy、Nginx）、分布式基礎(chǔ)架構(gòu)類（如 Hadoop）。

需要對(duì)以上基礎(chǔ)軟件的功能、性能、適用環(huán)境、兼容性等方面進(jìn)行綜合評(píng)定，用于考慮在以后業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)遷移或重構(gòu)過程中選擇適合的基礎(chǔ)軟件。

另外，在功能組件抽象方面，需要對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)常用的與日志、統(tǒng)計(jì)或者其他業(yè)務(wù)有共性的功能軟件進(jìn)行評(píng)估，選擇合適的功能組件構(gòu)建組件庫(kù)，縮短業(yè)務(wù)平臺(tái)開發(fā)周期，提升業(yè)務(wù)的一致性。

同時(shí)，最關(guān)鍵的是運(yùn)營(yíng)商需要建立一支能夠熟練運(yùn)用開源軟件的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，能夠基于軟件定義層的軟件開發(fā)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)功能模塊，同時(shí)能夠針對(duì)運(yùn)營(yíng)過程中發(fā)現(xiàn)的問題快速響應(yīng)，迭代開發(fā)，將傳統(tǒng)大量軟硬件投資部分變?yōu)閷?duì)架構(gòu)設(shè)計(jì)和人才開發(fā)的軟投資。

5.2 軟件管理技術(shù)

軟件管理技術(shù)主要指對(duì)軟件定義層采用的基礎(chǔ)軟件和功能組件進(jìn)行管理，解決業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)層如何快速開發(fā)、部署和彈性調(diào)度的問題。

目前，資源管理特別是云計(jì)算資源的管理基本采用IaaS的廠商方案，或者開源OpenStack、CloudStack等方案，已經(jīng)較為成熟，并且在運(yùn)營(yíng)商或者企業(yè)應(yīng)用中已經(jīng)大量采用。軟件管理是一種在資源管理的基礎(chǔ)之上對(duì)軟件資源的管理手段，需要基于一種軟件部署模型將軟件抽象為資源，結(jié)合軟件特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行靈活的管理。

在軟件部署模型方面，TOSCA（topology and orchestration specification for cloud applications，云應(yīng)用的拓?fù)渑c編排規(guī)范）是由OASIS制定的一套應(yīng)用部署軟件資源模型，2013年11月發(fā)布了1.0版本，其采用結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)言 （如XML、YAML）對(duì)應(yīng)用的拓?fù)浼軜?gòu)、管理策略進(jìn)行描述，通過模板機(jī)制實(shí)現(xiàn)應(yīng)用架構(gòu)的快速構(gòu)建和復(fù)制，同時(shí)讓應(yīng)用具備跨云平臺(tái)遷移的能力。結(jié)合對(duì)TOSCA模型的研究，將有助于建立一套軟件部署的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言和規(guī)程，便于軟件定義層軟件的資源化擴(kuò)展。

在軟件部署的具體工具方面，目前有Cloud Foundry、Cloudify等開源項(xiàng)目，支持多種框架、語(yǔ)言、運(yùn)行環(huán)境、云平臺(tái)及應(yīng)用服務(wù)，使開發(fā)人員能夠在幾秒鐘內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用程序的部署和擴(kuò)展，無(wú)需擔(dān)心任何基礎(chǔ)架構(gòu)的問題，同時(shí)Cloudify 3.0已經(jīng)支持TOSCA模型，對(duì)此開源軟件部署管理工具的研究，將有助于在基礎(chǔ)資源之上搭建一套平臺(tái)軟件的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)軟硬件資源的整體管理和調(diào)度。

5.3 能力聚合及管理技術(shù)

能力聚合及管理需要解決能力的動(dòng)態(tài)接入和管理功能，需要在能力聚合、能力門戶、運(yùn)營(yíng)管理和交易管理技術(shù)方面進(jìn)行深入研究。

能力聚合網(wǎng)關(guān)提供的能力服務(wù)分為代理模式和重定向模式。代理模式，由能力聚合網(wǎng)關(guān)對(duì)能力服務(wù)的API進(jìn)行二次封裝，并提供統(tǒng)一接入入口，開放給能力應(yīng)用使用，適合于安全管控要求高、消息協(xié)議復(fù)雜、接口變動(dòng)升級(jí)較少、計(jì)費(fèi)結(jié)算要求嚴(yán)格以及不可信的能力服務(wù)；重定向模式，由能力網(wǎng)關(guān)提供能力服務(wù)接口的真實(shí)服務(wù)地址定位和能力訪問令牌發(fā)放功能，向能力服務(wù)平臺(tái)提供能力服務(wù)的訪問鑒權(quán)、安全令牌校驗(yàn)功能，適合于業(yè)務(wù)訪問量大、接口變動(dòng)升級(jí)較頻繁、免費(fèi)或可信的能力服務(wù)。

能力管理需要面向能力提供者提供能力引擎注冊(cè)、能力注冊(cè)和自有能力管理等功能；面向開發(fā)者提供一站式的能力服務(wù)，包括能力展現(xiàn)、能力搜索、能力試用、能力商品購(gòu)買、能力應(yīng)用發(fā)布與管理、能力商品綁定等功能。提供能力全生命周期管理功能，包括能力注冊(cè)、能力發(fā)布、能力暫停、能力升級(jí)、能力注銷等。重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)能力的規(guī)范化接入、產(chǎn)品化管理和訂購(gòu)簽約管理功能。對(duì)能力商品的銷售、使用計(jì)費(fèi)、使用記錄進(jìn)行管理，并根據(jù)商務(wù)合作模式的不同，提供面向不同用戶對(duì)象的結(jié)算、對(duì)賬等核心業(yè)務(wù)支撐服務(wù)。該模塊同時(shí)也是能力聚合網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)支撐，與能力網(wǎng)關(guān)一起聯(lián)動(dòng)提供各類能力服務(wù)的鑒權(quán)。

6 結(jié)束語(yǔ)

從發(fā)展歷程來(lái)看，電信運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)曾經(jīng)在特定的歷史階段發(fā)揮過巨大的作用，運(yùn)營(yíng)商圍繞業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了以自身為核心的業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，互聯(lián)網(wǎng)在商業(yè)模式和技術(shù)架構(gòu)上都深刻影響著各行各業(yè)，尤其是傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商。產(chǎn)業(yè)變革和技術(shù)發(fā)展要求電信運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)在商業(yè)模式上滿足多邊平臺(tái)的要求，同時(shí)從現(xiàn)有業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)逐步升級(jí)過渡到符合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的新型平臺(tái)架構(gòu)。目前運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)基本完成基于基礎(chǔ)資源層面的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)遷移改造，但是軟件定義層的架構(gòu)設(shè)計(jì)和改造還處于起步階段，這將是后期電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)改造的重點(diǎn)。在下一階段運(yùn)營(yíng)商必須配合轉(zhuǎn)型工作的深化開展，圍繞軟件定義層在業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式、管理機(jī)制和人才培養(yǎng)上采取更多具體舉措，推進(jìn)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)向新型架構(gòu)的多邊平臺(tái)演進(jìn)。

1 子柳.淘寶技術(shù)這十年.北京:電子工業(yè)出版社,2013

2 陳威如,余卓軒.平臺(tái)戰(zhàn)略:正在席卷全球的商業(yè)模式革命.北京:中信出版社,2013

3 Cloudify guide.http://www.cloudifysource.org/guide/,2014

4 Cloudify+開源云計(jì)算部署工具.Gigaspaces,2011