基于開源軟件的電信業(yè)務平臺重構設計和分析

陸鋼，王哲，區(qū)洪輝，何震葦

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基于開源軟件的電信業(yè)務平臺重構設計和分析

陸鋼1，王哲2，區(qū)洪輝2，何震葦1

（1.中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東廣州 510630； 2.中國電信股份有限公司廣東分公司，廣東廣州510081）

業(yè)務平臺重構是中國電信網(wǎng)絡智能化重構舉措的重要組成部分，分析了業(yè)務平臺存在的問題，給出業(yè)務平臺重構的要求、架構和開源實現(xiàn)，以管理平臺為案例給出重構的路徑方法，從開源思維、技術研究、人才建設角度提出重構保障要求。

業(yè)務平臺；開源軟件；云計算；容器；Docker

1 引言

2016年，中國電信宣布“做領先的綜合智能信息服務運營商”的轉型新戰(zhàn)略，并發(fā)布了CTNet2025網(wǎng)絡架構白皮書，全面啟動了網(wǎng)絡智能化重構，網(wǎng)絡智能化重構是中國電信實施轉型新戰(zhàn)略的核心舉措之一。電信業(yè)務平臺是電信系統(tǒng)的重要組成部分，指為實現(xiàn)和保障電信業(yè)務開展而組建的軟硬件及網(wǎng)絡環(huán)境，從業(yè)務功能來看可以分為業(yè)務管理平臺、應用平臺和能力平臺三大類。業(yè)務平臺重構也是網(wǎng)絡智能化重構的重要方向之一，需要引入開源軟件，結合SDN、NFV和云等新興技術重構業(yè)務平臺[1]。

早期電信業(yè)務平臺主要是指業(yè)務應用平臺，如智能網(wǎng)業(yè)務控制平臺、軟交換應用服務器和短信平臺。隨著電信業(yè)務的不斷豐富和發(fā)展，出現(xiàn)了更多的增值業(yè)務、行業(yè)應用和移動互聯(lián)網(wǎng)應用，業(yè)務管理越來越復雜，管理平臺的出現(xiàn)成為電信業(yè)務平臺的重要保障，同時隨著能力開放思路的提出，應用平臺和管理平臺部分下沉成為能力對外開放，以服務與合作伙伴對外提供業(yè)務。

現(xiàn)階段電信業(yè)務平臺已經(jīng)基本完成了云化改造，采用虛擬化運技術進行承載，基本實現(xiàn)了計算資源的池化。隨著軟件定義技術的不斷發(fā)展，可以看到未來業(yè)務平臺技術會繼續(xù)向以下幾個方向發(fā)展。

?? 從基礎設施層上來看：最終形成計算、網(wǎng)絡、存儲3類資源的軟件定義，其中 SDN技術將改變現(xiàn)有網(wǎng)絡資源的建設和部署模式，采用軟件方式改造現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡設備，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡資源的靈活調(diào)度，從而解決業(yè)務平臺數(shù)據(jù)網(wǎng)絡環(huán)境的部署配套；軟件定義存儲改變現(xiàn)有存儲資源的建設和部署模式，實現(xiàn)存儲資源的集中和靈活調(diào)度[2]。

?? 從平臺層來看：最終形成軟件層面的模塊化和可復用，其中能力平臺多采用NFV方式進行虛擬化改造，從而實現(xiàn)現(xiàn)有基礎電信能力網(wǎng)元的池化承載；應用和管理平臺可以參考業(yè)界最佳實踐進行重構和設計，形成一套標準化可復用的軟件架構和模式，采用開源軟件實現(xiàn)軟件資源的池化，從而降低軟件成本，提高開發(fā)運維效率。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 業(yè)務平臺分類

中國電信業(yè)務平臺主要包括管理平臺、應用和能力平臺，每類平臺具有自身特點、架構和關鍵模塊，見表1。

表1 業(yè)務平臺分類

2.2 存在問題

現(xiàn)階段業(yè)務平臺建設運維主要存在以下問題。

（1）業(yè)務架構設計缺乏標準

?? 沒有參考業(yè)界最佳實踐，同類型平臺架構差異較大，微服務架構應用少，系統(tǒng)的可擴展性和開發(fā)效率低。

?? 系統(tǒng)平臺架構設計缺乏系統(tǒng)高可用率、彈性伸縮考慮。

（2）業(yè)務功能重復建設

?? 產(chǎn)品煙囪式建設，平臺功能重復，系統(tǒng)整體資源利用率低，整體運營效率低下。

?? 同類型軟件版本多樣，導致安裝、配置和調(diào)試效率低，同時缺乏專業(yè)化的軟件運維人員，維護難度大。

（3）系統(tǒng)開源軟件少

?? 過度依賴商用軟件或自研，重復“造輪子”，代碼質量差，可重用性差，開發(fā)周期長，建設成本高。

?? 缺乏開源軟件人才和專業(yè)化的軟件運維人員，維護難度大。

（4）系統(tǒng)資源整體利用率低

?? 應用占用資源粒度（以虛擬機為單位）大，導致資源利用率過低。

?? 調(diào)度不靈活，無法適應互聯(lián)網(wǎng)應用波峰波谷的波動需求。

（5）缺少運營式開發(fā)、運維自動化工具

?? 缺少運營式開發(fā)工具，導致開發(fā)效率低下，迭代周期長，無法響應互聯(lián)網(wǎng)應用需求變更。

?? 缺少運維自動化工具，導致系統(tǒng)部署、升級、擴容周期長，無法響應互聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)模變化需求。

3 重構目標設計

3.1 重構原則

業(yè)務平臺重構的最終目標是要實現(xiàn)業(yè)務平臺的分層、解耦、可復用，抽取3類業(yè)務平臺共性特點，結合其差異點分類指導，具體原則如下。

?? 業(yè)務應用平臺化：打造多業(yè)務共享的基礎業(yè)務平臺，實現(xiàn)軟件、框架和組件層面的復用。

?? 軟件選型合理化：評測主流開源基礎軟件和基礎框架，給出主要軟件和框架選型的合理化建議，統(tǒng)一軟件版本。

?? 公共軟件鏡像化：建立基礎軟件鏡像倉庫，實現(xiàn)基礎軟件、技術框架的池化共享和集約化管理。

?? 業(yè)務功能組件化：將共性的業(yè)務功能封裝成可復用的組件，以類庫或服務的形式供上層復用。

?? 集群部署自動化：基于預定義的部署模板、云資源池和軟件倉庫實現(xiàn)整個業(yè)務平臺的軟硬件安裝、配置和啟動。

3.2 目標架構

根據(jù)以上要求設計重構目標架構如圖1所示。

（1）業(yè)務展現(xiàn)層

最終業(yè)務軟件的邏輯實現(xiàn)和界面，通常包括應用邏輯和展現(xiàn)組件，可調(diào)用平臺服務層的各類軟件形成最終的業(yè)務軟件。展現(xiàn)組件目前有對應的開源軟件實現(xiàn)，具有十分豐富的UI控件庫，可供業(yè)務開發(fā)人員調(diào)用。

（2）平臺服務層

對業(yè)務常用的軟件或能力進行抽象封裝，包括能力套件、功能組件和基礎軟件三大部分。其中，能力套件通常包括能力聚合和能力開放，實現(xiàn)對能力服務的封裝，供業(yè)務實現(xiàn)層調(diào)用；功能組件是指構建業(yè)務軟件的一些通用功能軟件，通常包括日志、統(tǒng)計、認證、計費這些常用功能軟件，這些功能軟件復用性強，是上層業(yè)務平臺可直接嵌入調(diào)用的部分；基礎軟件是指構建業(yè)務軟件的基礎軟件，通常包括操作系統(tǒng)、容器、負載均衡、緩存、數(shù)據(jù)庫、應用服務器和消息總線。

（3）基礎資源層

采用池化的計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡資源，并且可以采用智能管道技術將網(wǎng)絡資源也作為基礎資源開放給上層應用調(diào)用，向上提供資源經(jīng)過聚合封裝后形成資源能力。

（4）管理服務層

管理服務層主要包括業(yè)務管理、平臺管理和資源管理3個部分。其中，業(yè)務管理包括應用管理和業(yè)務編排兩個主要功能，應用管理實現(xiàn)應用上線后的生命周期管理功能，業(yè)務編排實現(xiàn)對應用上先前其構成要素的協(xié)同、編排和加載；平臺管理主要包括能力管理、資源編排、集群管理和軟件鏡像管理4個主要功能，能力管理提供對能力的全生命周期管理以及訂購、動態(tài)調(diào)度的機制等，資源編排實現(xiàn)軟件構成基礎要素（包括軟件、存儲、網(wǎng)絡等）的協(xié)同、編排和部署，集群管理主要實現(xiàn)對容器集群資源的生命周期管理，軟件鏡像管理提供基礎軟件的上傳、下載等分發(fā)服務；資源管理實現(xiàn)對計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡資源的管理。

3.3 開源實現(xiàn)

目前業(yè)務展現(xiàn)層、平臺服務層、基礎資源層和管理服務層具有對應的開源軟件實現(xiàn)[3]，見表2。

表2 業(yè)務平臺常用開源軟件

4 重構路徑分析

要實現(xiàn)業(yè)務平臺重構的目標，需要在統(tǒng)一要求和架構的指導下，按照平臺分類遵從關鍵路徑開展工作，其關鍵路徑包括標準架構設計、開源軟件開發(fā)、基于容器部署，每一步都是下一步的基礎，只有夯實基礎漸進式地推進才可以將業(yè)務平臺重構落到實處，以下以管理平臺為例描述如何實現(xiàn)重構目標。

4.1 標準架構設計

標準架構設計是指對業(yè)務平臺的架構進行分層和解耦，形成可參考的標準架構和服務對象，對共用軟件模塊抽象成可以對象化的服務模塊，可采用微服務化的模型進行封裝，各個抽象化的服務模塊可以進行靈活的水平擴展和彈性擴展，從而形成業(yè)務平臺的參考性標準視圖。

以某業(yè)務管理平臺為例，其抽象化后的標準視圖如圖2所示。

可以將管理平臺按照邏輯模塊分層抽象成服務對象，包括前端接入服務、業(yè)務邏輯服務、功能組件服務、基礎軟件服務4個部分。

?? 前端接入服務：主要提供接入和轉發(fā)服務功能。

?? 業(yè)務邏輯服務：是各個不同的業(yè)務，比較獨特的業(yè)務邏輯的實現(xiàn)。

?? 功能組件服務：提供一些與業(yè)務結合較多，但跨系統(tǒng)又比較通用的組件，如支付服務、通知服務、日志服務等。這些業(yè)務組件在所有的業(yè)務之間也是共用的。

?? 基礎組件服務：提供一些跟業(yè)務的邏輯相隔比較遠的基礎組件，如隊列服務、緩存服務、數(shù)據(jù)庫服務等。這些技術組件所有的業(yè)務里都會使用，可以提取出來作為技術組件提供給業(yè)務使用。

4.2 開源軟件開發(fā)

采用了業(yè)界標準化的軟件架構后，架構中多個服務功能一般都由開源軟件實現(xiàn)，可以對開源軟件進行選型和評估，給出建議的開源軟件環(huán)境，新建業(yè)務平臺采用開源軟件環(huán)境進行構建，同樣以管理平臺為例，參考總體開源實現(xiàn)結合管理平臺自身特點，針對不同的服務功能可以采用表3的標準開源軟件。

表3 標準開源軟件

4.3 基于容器部署

基于容器部署是在前兩個階段的基礎上，采用容器技術作為標準的開發(fā)運維環(huán)境，從而幫助軟件開發(fā)人員和運維部署人員可以采用平臺化的工具快速地設計業(yè)務平臺的部署試圖、構建業(yè)務平臺軟件環(huán)境，提高業(yè)務平臺的開發(fā)部署效率，降低運營成本。

容器技術的出現(xiàn)為運營式開發(fā)提供了一種新的載體，以容器為核心的ContainerOps，其含義是以容器為載體，通過容器管理工具和分發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)運營式開發(fā)。在ContainerOps開發(fā)運維系統(tǒng)中，各個角色的職責如下[4]。

?? 開發(fā)人員：每個微服務部件由專門開發(fā)人員負責，只需要關心容器運行的應用程序開發(fā)，無需考慮應用程序的部署，開發(fā)人員負責部件打包生成容器鏡像。

?? 測試人員：從鏡像倉庫下載鏡像部署進行測試工作。

?? 運維人員：負責構建和維護容器系統(tǒng)，下載容器鏡像進行部署。

各個角色的職責分配如圖3所示。

ContainerOps改變了原有基于代碼的部署運維機制，提供了基于容器的自動化運維機制，保證了開發(fā)環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的一致性。ContainerOps機制的出現(xiàn)使得軟件的迭代開發(fā)部署更加平滑，極大地提升了運維效率，并且通過高級自動化容器管理系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)負載平滑擴容縮容，從而實現(xiàn)應用對于資源的動態(tài)調(diào)度，可以極大地減少運維人員的工作量，提高系統(tǒng)的可靠性。

5 重構建設保障

網(wǎng)絡重構是中國電信未來5年的重要工作，在明確了目標和路徑后，必須從思維方式、技術研究、人才培養(yǎng)多個角度發(fā)力，匯集全公司的力量全力保障才能夠完成重構目標。

5.1 開源文化思維

在利用開源軟件重構業(yè)務平臺的過程中，必須充分理解和接受開源文化、思維方式和運作模式[5]，跳出傳統(tǒng)標準思維，積極擁抱并適應開源標準模式。開源軟件一般以社區(qū)的模式運作，一般包括參與者、貢獻者、合作開發(fā)者、項目管理委員會的角色分工，參與者可以提出需求獲得幫助，貢獻者和合作開發(fā)者可以解決問題、維護代碼，項目管理委員會可以負責整個社區(qū)的技術發(fā)展和主要決策[6]，運營商、軟件提供商、個人開發(fā)者都可以以不同的角色參與其中，形成了需求、開發(fā)、維護的閉環(huán)，同時運作良好的開源軟件社區(qū)以互聯(lián)網(wǎng)方式聚合這一領域的高端人員，從而保證了整個開源軟件的技術領先性，開源已經(jīng)成為云計算/大數(shù)據(jù)、SDN/NFV等新興領域的事實標準，源代碼替代了傳統(tǒng)意義上的自然語言標準，跟隨成熟運作的開源項目成為技術選型的重要依據(jù)。

5.2 前沿技術研究

需要緊跟當前業(yè)務平臺、云計算/大數(shù)據(jù)、SDN/NFV發(fā)展的最新趨勢。在業(yè)務平臺領域需要跟蹤最新的基礎軟件和功能組件技術，實現(xiàn)軟件架構標準化和開源軟件使用指南，指導業(yè)務平臺重構工作。同時配合業(yè)務平臺的重構工作，在底層資源上橫向拓展計算、網(wǎng)絡、存儲3類資源的云化部署調(diào)度，其中計算上可采用KVM新型虛擬化技術，輔以Docker容器技術實現(xiàn)資源更精細快速的調(diào)度和伸縮，在網(wǎng)絡技術評估跟蹤OpenDaylight和ONOS等開源項目，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡資源的靈活調(diào)度和部署配套；軟件定義存儲可積極探索OpenStack Swift、Ceph，實現(xiàn)存儲資源的集中和靈活調(diào)度；在核心網(wǎng)元需要進一步深化云化改造，對核心網(wǎng)元采用NFV技術，跟蹤OPNFV最新的發(fā)展。

5.3 人才隊伍建設

在人才隊伍上要轉型，需要培養(yǎng)滿足企業(yè)網(wǎng)絡重構需求的開源人才隊伍，開源軟件降低了初期開發(fā)難度，對運營商來說是一個機會也是一個挑戰(zhàn)，機會意味著運營商有可能部分擺脫設備商利用開源軟件研發(fā)自有軟件，挑戰(zhàn)在于開源軟件對人員開發(fā)能力要求很高，運營商原有人員結構不具備這方面的技能，可以通過外部招聘和內(nèi)部挖潛的方式打造一支開源人才隊伍，對外招聘方面運營商需要擴大招聘途徑，改變招聘標準，多引入一些貨真價實的開源人才，對內(nèi)挖潛方面可以充分發(fā)揮本部人員、研究院、系統(tǒng)內(nèi)部軟件公司的特點，通過各類培訓和實踐，形成開源社區(qū)建設、開源工具操作、開源軟件開發(fā)不同層次要求的階梯形人才隊伍，在人力資源方面保障整個網(wǎng)絡重構工作的進行。

6 結束語

在互聯(lián)網(wǎng)新經(jīng)濟的沖擊下，運營商業(yè)務面臨著巨大的競爭壓力和挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡已經(jīng)無法完全滿足新業(yè)務形態(tài)、新商業(yè)模式的要求，運營商的網(wǎng)絡急需重構。新的形勢引起運營商高度重視，近一年來國內(nèi)外多家運營商紛紛發(fā)布了網(wǎng)絡重構白皮書，在戰(zhàn)略高度上指明了方向。在這一戰(zhàn)略指引下，目前業(yè)界基本形成共識，認為開源、云計算/大數(shù)據(jù)、SDN/NFV技術的迅速發(fā)展，給運營商的網(wǎng)絡基礎設施和業(yè)務軟件提供了升級改造的重大機遇。中國電信一定要把握這一機遇，在網(wǎng)絡智能化目標指引下，利用開源軟件構建下一代業(yè)務平臺基礎設施，從思維方式、組織機制和人才培養(yǎng)等多方面進行轉變，深入推進網(wǎng)絡重構工作，為企業(yè)戰(zhàn)略轉型奠定堅實基礎。

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Design and analysis of telecom service platform reconstruction based on open source software

LU Gang1, WANG Zhe2, OU Honghui2, HE Zhenwei1

1. Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China 2. Guangdong Branch of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510081, China

Service platform reconstruction is an important part of the China Telecom network intelligent reconstruction. Based on the analysis of network traffic problems, principle, architecture, and realization of open source of service network reconstruction were proposed. Reconstruction method was given by taking management platform as an example. Reconstruction requirements were researched from the point of view of open thinking, technology research and personnel construction.

service platform, open source software, cloud computing, container, Docker

TP399

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017124

2017?03?20；

2017?04?28

陸鋼（1978?），男，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，主要從事行業(yè)應用、云計算及開源軟件方面的工作。

王哲（1970?），女，博士，中國電信股份有限公司廣東分公司高級工程師，主要從事電信寬帶、業(yè)務及核心網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)劃建設方面的工作。

區(qū)洪輝（1973?），男，中國電信股份有限公司廣東分公司高級工程師，主要從事電信業(yè)務平臺和云計算、SDN等方面的工作。

何震葦（1976?），男，中國電信股份有限公司廣州研究院工程師，主要研究方向為容器技術、PaaS技術、云應用架構和開源云平臺等。