大數(shù)據(jù)能力開放平臺創(chuàng)新和發(fā)展

李大中，劉劍，鄧景文

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司，北京 100033

大數(shù)據(jù)能力開放平臺創(chuàng)新和發(fā)展

李大中，劉劍，鄧景文

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司，北京 100033

大數(shù)據(jù)能力開放平臺依托中國聯(lián)通大數(shù)據(jù)生產(chǎn)平臺優(yōu)勢，構(gòu)建總部數(shù)據(jù)域大數(shù)據(jù)對外合作平臺，打造一個內(nèi)外合作、共存、共贏可持續(xù)發(fā)展的綠色生態(tài)系統(tǒng)。開放平臺從能力接入、資源隔離、運營、安全、數(shù)據(jù)服務(wù)等方面以租戶的形式全方位多角度地給省公司及合作伙伴提供平臺服務(wù)，滿足內(nèi)外部的存儲計算能力、數(shù)據(jù)服務(wù)、平臺工具能力需求，通過開放平臺釋放中國聯(lián)通總部積累的大數(shù)據(jù)紅利。

大數(shù)據(jù)能力開放平臺；數(shù)據(jù)服務(wù)；多租戶

1 引言

2012—2013年，中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司（以下簡稱中國聯(lián)通）成立數(shù)據(jù)中心，完成數(shù)據(jù)頂層規(guī)劃和數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)經(jīng)營分析系統(tǒng)建設(shè)，主要為公司經(jīng)營生產(chǎn)分析提供服務(wù)；2014—2015年，中國聯(lián)通重點發(fā)展平臺戰(zhàn)略，完成總部大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)和布局，采集范圍從傳統(tǒng)的BSS域、MSS域擴展到內(nèi)外部移動互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、用戶位置信息，嘗試數(shù)據(jù)對外合作，全方位落地數(shù)據(jù)安全管理工作；2016年開始，中國聯(lián)通持續(xù)擴大數(shù)據(jù)采集范圍，重點打造對外服務(wù)大數(shù)據(jù)能力開放平臺以及相關(guān)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，實現(xiàn)從單純技術(shù)支撐向以業(yè)務(wù)運營為核心的全鏈條服務(wù)轉(zhuǎn)型升級[1]。

經(jīng)過3個階段的發(fā)展，中國聯(lián)通大數(shù)據(jù)在組織、架構(gòu)、平臺、服務(wù)、運營、規(guī)模等方面處于運營商中領(lǐng)先地位。截至2016年初，中國聯(lián)通大數(shù)據(jù)的用戶樣本已經(jīng)涵蓋4億用戶，沉淀九大類3 000余個用戶標(biāo)簽，識別3.8億個URL地址和6萬個互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，識別3 000個手機品牌、8.2萬個手機型號，日處理3 800億條上網(wǎng)記錄信息、170億條計費詳單。中國聯(lián)通大數(shù)據(jù)系統(tǒng)由大數(shù)據(jù)生產(chǎn)平臺和大數(shù)據(jù)能力開放平臺兩部分組成，共計2 000個節(jié)點Hadoop集群，120臺MPP集群，存儲總量達(dá)20 PB。

中國聯(lián)通大數(shù)據(jù)逐漸形成六大產(chǎn)品體系，分別是精準(zhǔn)營銷服務(wù)、企業(yè)與個人征信、位置服務(wù)、能力開放平臺、標(biāo)簽服務(wù)、沃指數(shù)，合作的伙伴涵蓋政府、保險、金融、地產(chǎn)、汽車、互聯(lián)網(wǎng)等多個行業(yè)。

本文將重點介紹大數(shù)據(jù)能力開放平臺的架構(gòu)、能力和建設(shè)情況，通過分享一些典型的應(yīng)用場景來描述能力開放平臺和大數(shù)據(jù)生產(chǎn)平臺之間的生產(chǎn)協(xié)作關(guān)系。

2 能力開放平臺的定位

大數(shù)據(jù)能力開放平臺對內(nèi)支撐省公司個性化大數(shù)據(jù)應(yīng)用，對外支撐合作運營，為入駐的租戶提供“SMP+MPP+Hadoop+數(shù)據(jù)流”的各類存儲和計算框架，租戶之間計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源相互隔離。依托生產(chǎn)服務(wù)平臺為租戶提供經(jīng)過脫敏后的用戶個體明細(xì)數(shù)據(jù)、個體匯總數(shù)據(jù)、個體標(biāo)簽數(shù)據(jù)和群體化數(shù)據(jù)，同時還提供多種建模工具、安全組件、報表展示工具和容器環(huán)境等內(nèi)容。

生產(chǎn)服務(wù)平臺主要完成BSS域、MSS域、OSS域的數(shù)據(jù)采集、清洗和加工工作，數(shù)據(jù)處理方式包括傳統(tǒng)的Oracle批量處理、Flume+Kafka數(shù)據(jù)流處理、Hive/ Spark/Mr的海量離線處理、Hbase+Redis混搭的海量查詢架構(gòu)，最后通過SMP（對稱多處理結(jié)構(gòu)）架構(gòu)數(shù)據(jù)庫進行跨域數(shù)據(jù)整合并對外提供查詢、報表和相關(guān)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

開放平臺中的租戶進行模型訓(xùn)練所需的元數(shù)據(jù)和樣本數(shù)據(jù)全部來源于生產(chǎn)服務(wù)平臺。中國聯(lián)通大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺架構(gòu)如圖1所示。

3 能力開放平臺的架構(gòu)和能力

能力開放平臺分為能力交付層、能力整合層和基礎(chǔ)資源層，其中能力整合層是開放平臺最重要的一層，核心能力都處于這層，由下自上主要完成動態(tài)資源調(diào)度、數(shù)據(jù)計算及存儲、數(shù)據(jù)能力展示、數(shù)據(jù)獲取、工具組件和容器環(huán)境部署等。能力開放平臺架構(gòu)如圖2所示。

圖1 中國聯(lián)通大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺架構(gòu)

圖2 能力開放平臺架構(gòu)

3.1 能力交付層

能力交付層包含了能力中心、工作臺、能力集成、租戶管理和系統(tǒng)管理5個模塊。通過能力中心，租戶可以查詢平臺提供的全部工具組件的種類、版本、容量、技術(shù)支持等信息，并根據(jù)需要申請使用；通過工作臺，租戶可以查看到已申請的各類資源歷史和當(dāng)前的使用情況，數(shù)據(jù)加工作業(yè)的運行情況，各類業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)工單的流轉(zhuǎn)狀態(tài)，并綜合平臺整體資源監(jiān)控指標(biāo)和租戶資源監(jiān)控指標(biāo)，形成租戶性能和服務(wù)等級協(xié)議（service level agreement，SLA）評估報告，為租戶資源擴容、縮容申請?zhí)峁?shù)據(jù)依據(jù)；能力集成模塊實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心所有應(yīng)用程序編程接口（application programming interface，API）集中注冊、發(fā)布、訂閱、發(fā)現(xiàn)、安全管理控制與運行質(zhì)量分析的管理；租戶管理模型實現(xiàn)租戶的注冊、入駐、退租、資源擴容和縮容、計費等功能；系統(tǒng)管理模塊實現(xiàn)了對租戶各類角色的功能權(quán)限和數(shù)據(jù)權(quán)限管理、應(yīng)用日志和系統(tǒng)日志的管理。

3.2 能力整合層

能力整合層是整個開放平臺的核心部分，由工具與組件、數(shù)據(jù)服務(wù)、標(biāo)簽庫產(chǎn)品、數(shù)據(jù)框架、容器服務(wù)、動態(tài)資源調(diào)度（DC/OS）6個模塊組成。

（1）工具與組件

面向租戶提供元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量、ETL工具、自定義報表、交互式探索、建模、統(tǒng)一日志服務(wù)等工具和服務(wù)，協(xié)助租戶完成數(shù)據(jù)作業(yè)加工和展示的全過程。其中統(tǒng)一日志服務(wù)主要實現(xiàn)全平臺一站式日志集中采集和分析服務(wù)，協(xié)助提升運營運維效率。平臺的整個監(jiān)控體系也是建立在統(tǒng)一日志管理服務(wù)基礎(chǔ)上的，租戶的各種資源運行情況、各類公共服務(wù)的狀態(tài)、租戶自行部署各類應(yīng)用狀態(tài)，都要通過統(tǒng)一日志分析形成診斷結(jié)果。

（2）數(shù)據(jù)服務(wù)

數(shù)據(jù)服務(wù)主要包括數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理和數(shù)據(jù)獲取服務(wù)，數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理指的是對固網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)和寬帶用戶資料、明細(xì)話單、賬單信息、關(guān)系圈信息、上網(wǎng)行為日志和位置信息等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行管理。數(shù)據(jù)獲取服務(wù)主要是租戶訂閱和獲取樣本數(shù)據(jù)的服務(wù)過程，可以按照自定義用戶群、特定賬期、連續(xù)賬期、用戶群關(guān)聯(lián)關(guān)系、全樣本抽取比例等多個樣本提取規(guī)則自助獲取適配數(shù)據(jù)。

（3）標(biāo)簽庫產(chǎn)品

標(biāo)簽庫產(chǎn)品涵蓋數(shù)據(jù)中心發(fā)布的公共標(biāo)簽產(chǎn)品、行業(yè)標(biāo)簽產(chǎn)品和租戶自己定義的個性化標(biāo)簽產(chǎn)品，公共標(biāo)簽和行業(yè)標(biāo)簽支持標(biāo)簽樹展示和標(biāo)簽權(quán)限管理，個性化標(biāo)簽除此之外還支持新建、刪除、解析、匹配規(guī)則定義的能力。標(biāo)簽的內(nèi)容包括標(biāo)簽的層級定義、取值范圍定義、生命周期、標(biāo)簽使用建議等方面。

（4）數(shù)據(jù)框架

由于不同的租戶業(yè)務(wù)需求不一樣，對于各類計算資源的熟悉程度也不一樣，他們對計算框架的選用有自己的偏愛，所以開放平臺需要在框架層提供豐富、多樣的大數(shù)據(jù)計算框架種類，用于滿足海量數(shù)據(jù)計算、復(fù)雜邏輯關(guān)聯(lián)、流式數(shù)據(jù)處理、高并發(fā)低時延海量數(shù)據(jù)查詢、消息分發(fā)等多種場景，種類隨發(fā)展需要還在不斷增加。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫主要是Oracle和MySQL，一般處理關(guān)聯(lián)程度比較高的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。MPP數(shù)據(jù)庫主要是Impala和Vertica，Impala是一款SQL on Hadoop開源數(shù)據(jù)庫，其最顯著的特點是結(jié)合了Hadoop分布式文件系統(tǒng)（HDFS）分布式存儲系統(tǒng)和SQL查詢語句，它采用“列式存儲”的設(shè)計，這使其成為了一款高速的分析型數(shù)據(jù)庫；Vertica既可部署于傳統(tǒng)的本地硬盤存儲，也可部署在HDFS上，方便與Hadoop系統(tǒng)集成，根據(jù)用戶查詢特性優(yōu)化存儲結(jié)構(gòu)和查詢算法，進一步提升了查詢性能（關(guān)聯(lián)、分組等查詢性能可再提高5～10倍），具有查詢效率更高、運行更穩(wěn)定、資源管理更方便等優(yōu)勢[2]。KV數(shù)據(jù)庫有HBase和Redis，數(shù)據(jù)庫采用HBase+Redis混搭架構(gòu)可以實現(xiàn)毫秒級的數(shù)據(jù)接口服務(wù)。離線計算提供了Hive/MR/Spark等最為大家熟悉的計算框架。在數(shù)據(jù)流處理上提供了Flume+Kafka+Spark streaming（Storm）的混搭結(jié)構(gòu)，一個完整的數(shù)據(jù)流處理過程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)接入、流式計算、數(shù)據(jù)輸出，采用Flume從各個采集點上實時采集數(shù)據(jù)，由于采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)速度不一定同步，采用Kafka作為消息中間件作為緩沖，數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)由Spark streaming來完成，數(shù)據(jù)輸出后進入持久化環(huán)節(jié)[3]。FTP環(huán)境主要是方便租戶帶入自有數(shù)據(jù)和帶出結(jié)果數(shù)據(jù)（指向安全網(wǎng)關(guān)），F(xiàn)TP集群為3個層級結(jié)構(gòu)，自上向下依次為負(fù)載均衡層、服務(wù)器群組層、存儲共享層。集群對外提供VIP地址訪問，負(fù)載均衡服務(wù)器根據(jù)內(nèi)部規(guī)則合理指向?qū)嶋H的FTP服務(wù)器，存儲則直接掛接HDFS。

（5）容器服務(wù)

能力開放平臺提供Kubernetes+ Docker的容器環(huán)境服務(wù)。容器服務(wù)一方面是為開放平臺自身的門戶、工具、組件、API網(wǎng)關(guān)等提供部署環(huán)境，另一方面為租戶自身開發(fā)的Web和Service提供部署環(huán)境。Docker消除了線上線下的環(huán)境差異，保證了應(yīng)用生命周期的環(huán)境一致性和標(biāo)準(zhǔn)化。支持開發(fā)人員使用鏡像實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建，開發(fā)完成后通過封裝完成環(huán)境和應(yīng)用鏡像分組封裝，測試和運維人員可以直接通過部署軟件鏡像進行測試和發(fā)布，大大簡化了持續(xù)集成、測試盒發(fā)布的過程[4]。

（6）動態(tài)資源調(diào)度

動態(tài)資源調(diào)度選用的是Mesosphere Open DC/OS，選用理由主要是社區(qū)支持能力強、版本迭代速度快、通用程度強。Open DC/OS 是Mesosphere 2016年上半年發(fā)布的企業(yè)數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng)，主要是圍繞開源的Apache Mesos附加了面向企業(yè)級的管理功能，核心內(nèi)容分為兩支——面向微服務(wù)治理的Marathon和通過Framework管理大數(shù)據(jù)類應(yīng)用，能力開放平臺主要用它來完成后者。目前DC/OS最新版是1.7，其中的Mesos版本是0.28.2。能力開放平臺上Hadoop的資源調(diào)度是通過Myriad連接Mesos和YARN。通過兩級調(diào)度體系，一方面提高了集群資源利用率，另一方面使跨數(shù)據(jù)中心的資源管理得以統(tǒng)一。在這種情況下，YARN的工作負(fù)載是運行在共享的集群上，相比獨立的YARN集群來說更加動態(tài)和彈性。其他類的計算框架則主要是通過Framework的方式承載在Mesos之上。

3.3 基礎(chǔ)資源層

基礎(chǔ)資源層涵蓋了x86機群、集中存儲、小機、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備。其中，x86機群設(shè)備分為兩類，一類大存儲服務(wù)器主要位于機房大數(shù)據(jù)區(qū)，主要用于組建Hadoop環(huán)境或者其他計算框架，另一類位于核心區(qū)，主要以虛擬機為主，用于滿足部署集群接口機和各類應(yīng)用環(huán)境的需要。集中存儲設(shè)備和小機主要用于搭建Oracle 12C，12C數(shù)據(jù)庫引入了多租戶環(huán)境（multitenant environment），允許一個數(shù)據(jù)庫容器（container database，CDB）承載多個可插拔數(shù)據(jù)庫（pluggable database，PDB）。這種場景滿足了開放平臺中多租戶對于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的需求。

4 能力開放平臺安全管理

整個平臺部署在集團內(nèi)部生產(chǎn)網(wǎng)上，設(shè)備主要部署在廊坊機房的大數(shù)據(jù)區(qū)和核心區(qū)，機房和機房之間、區(qū)與區(qū)之間都經(jīng)過硬件防火墻隔離。相關(guān)用戶訪問開放平臺全部通過集團統(tǒng)一接入平臺登錄，所有設(shè)備納入4A管理。整個平臺的建設(shè)完全遵循《中國聯(lián)通數(shù)據(jù)服務(wù)安全管理辦法》規(guī)范。

多租戶在Hadoop權(quán)限集成部分已經(jīng)比較完善，利用Kerberos與輕量目錄訪問協(xié)議（lightweight directory access protocol，LDAP）集成做用戶權(quán)限管理，可以限制不同租戶與群組的數(shù)據(jù)權(quán)限。在Hadoop YARN中的數(shù)據(jù)運算粒度細(xì)化到容器，實行運算的控制，其自身的資源池劃分也很完善。對于不支持多租戶的框架，一般采用獨立物理部署的方式滿足要求[5]。

從管理角度，租戶分為內(nèi)部租戶和外部租戶，內(nèi)部租戶指的是直接服務(wù)于公司生產(chǎn)一線運營需要的租戶，如收入保障系統(tǒng)租戶、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃系統(tǒng)租戶、經(jīng)驗分析系統(tǒng)租戶、存量維系系統(tǒng)租戶等。外部租戶主要是指同中國聯(lián)通有大數(shù)據(jù)合作的租戶，如交通大數(shù)據(jù)合作租戶、航空業(yè)租戶、公安大數(shù)據(jù)合作租戶等。對內(nèi)租戶一般是由公司信息化部、市場部、網(wǎng)運部等部門申請入駐。外部租戶一般是由大數(shù)據(jù)合作方申請入駐。內(nèi)外部租戶安全要求是有差別的，外部租戶一般只提供標(biāo)簽級數(shù)據(jù)服務(wù)，而個體明細(xì)數(shù)據(jù)、個體匯總數(shù)據(jù)、全體匯總數(shù)據(jù)一般不提供。外部租戶需要的樣本數(shù)據(jù)由大數(shù)據(jù)生產(chǎn)平臺導(dǎo)入開放平臺的時候要經(jīng)過嚴(yán)格的脫敏環(huán)節(jié)，外部租戶將數(shù)據(jù)帶離開放平臺環(huán)節(jié)要經(jīng)過人工和系統(tǒng)雙重審核。內(nèi)部租戶的安全要求則少很多，只有帶離數(shù)據(jù)時人工審核一個環(huán)節(jié)。

數(shù)據(jù)安全總的原則是“中國聯(lián)通用戶敏感數(shù)據(jù)不出門”，未經(jīng)安全審核的數(shù)據(jù)“不出門”，不符合《中國聯(lián)通數(shù)據(jù)服務(wù)安全管理辦法》要求的數(shù)據(jù)“不出門”。數(shù)據(jù)由生產(chǎn)平臺進入開放平臺之前要對敏感數(shù)據(jù)進行一次脫敏操作，敏感數(shù)據(jù)主要包括但不限于用戶名稱、證件號碼、住址、位置、碼號信息等。租戶空間內(nèi)的數(shù)據(jù)要離開開放平臺一般是通過API服務(wù)調(diào)用方式或者FTP方式，這兩種方式都必須通過安全網(wǎng)關(guān)審核后才能輸出。用戶的私有數(shù)據(jù)可以通過租戶FTP環(huán)境導(dǎo)入能力開放平臺，但數(shù)據(jù)流向是單向的，只允許數(shù)據(jù)流入開放平臺，不能夠通過該路徑導(dǎo)出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸出安全管理如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)輸出安全管理

5 能力開放平臺典型應(yīng)用場景

能力開放平臺的一個典型應(yīng)用場景就是租戶利用中國聯(lián)通提供的樣本數(shù)據(jù)進行模型訓(xùn)練、模型部署并獲取最終數(shù)據(jù)。步驟如圖4所示。

（1）租戶根據(jù)業(yè)務(wù)需要確定樣本數(shù)據(jù)的種類、范圍和規(guī)則，向生產(chǎn)服務(wù)平臺提出獲取樣本數(shù)據(jù)服務(wù)申請。

（2）生產(chǎn)服務(wù)平臺進行評估后，提取樣本數(shù)據(jù)并推送到租戶空間指定位置，租戶據(jù)此建模和訓(xùn)練模型，最終形成模型成果。

（3）將模型成果分組封裝，交由生產(chǎn)服務(wù)平臺部署，并制定模型執(zhí)行計劃。

（4）將模型結(jié)果數(shù)據(jù)推送到租戶空間指定位置，這個過程要經(jīng)過安全審核和數(shù)據(jù)脫敏操作。

（5）租戶根據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析、加工或者作為應(yīng)用數(shù)據(jù)源。

6 結(jié)束語

大數(shù)據(jù)能力開放平臺作為支撐內(nèi)外部大數(shù)據(jù)需求的核心平臺經(jīng)過近一年的建設(shè)已經(jīng)初具規(guī)模，集群規(guī)模達(dá)到400節(jié)點；有效容量6 PB。入駐的內(nèi)外部租戶近40家。租戶的業(yè)務(wù)涉及生產(chǎn)經(jīng)營、信用評價、智能監(jiān)控、城市規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析等各方面。相信能力開放平臺作為聯(lián)通大數(shù)據(jù)六大產(chǎn)品體系之一，將越來越體現(xiàn)它更為廣闊的價值。

圖4 模型訓(xùn)練典型應(yīng)用場景

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Innovation and development of big data ability open platform

LI Dazhong, LIU Jian, DENG Jingwen
China United Network Communications Group Co., Ltd., Beijing 100033, China

China Unicom has built a cooperation platform called big data ability open platform based on its own advantages in order to establish a win-win cooperative, coexistent, and sustainable eco-system. The open platform provides variety services in the form of multi-tenancy model for branch companies and partners in aspects of ability access, resource isolation, operation, security, and data services. The open platform satisfies the requirements of internal and external storage capacity and computing ability, data services, and platform tools, thus brings enormous benefits to China Unicom Headquarters.

big data ability open platform, data service, multi-tenancy

TP31

A

10.11959/j.issn.2096-0271.2017009

李大中（1976-），男，中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司信息化事業(yè)部數(shù)據(jù)中心工程師，主要研究方向為中國聯(lián)通數(shù)據(jù)中心架構(gòu)規(guī)劃、中國聯(lián)通數(shù)據(jù)中心開放平臺建設(shè)。

劉劍（1979-），男，中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司信息化事業(yè)部項目一處工程師，主要研究方向為中國聯(lián)通虛擬運營商平臺規(guī)劃和建設(shè)、虛擬運營商大數(shù)據(jù)分析和研究。

鄧景文（1982-），女，中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司電子商務(wù)部工程師，主要研究方向為中國聯(lián)通線上渠道集中交費充值系統(tǒng)、中國聯(lián)通電子渠道系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析和研究。

2016-09-02