OpenStack的融合之路與中國聯(lián)通的邊緣計算實踐

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院|劉暢 徐雷 毋濤

當今，云計算技術(shù)已經(jīng)逐漸走向成熟。從2010年開始經(jīng)過8年發(fā)展，OpenStack已進入自身發(fā)展的瓶頸階段，從全球范圍來看，目前OpenStack并沒有贏得國際企業(yè)的普遍青睞。然而，OpenStack在中國新興市場依然保持著持續(xù)的熱度，其主要原因是因為中國企業(yè)對軟件開源、自建數(shù)據(jù)中心、私有云及安全性的需求不斷提升。

與此同時，由于市場上缺乏可與OpenStack 競爭的產(chǎn)品，中國IT廠家紛紛建立了基于OpenStack的解決方案及生態(tài)，并成為OpenStack 社區(qū)最大的貢獻者及支持者。

OpenStack社區(qū)向邊緣計算領(lǐng)域探索

為應(yīng)對企業(yè)私有云所面對的挑戰(zhàn)，OpenStack創(chuàng)建之初扮演著中樞的角色，然而隨著云計算技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的演進，它已經(jīng)逐漸演變?yōu)殚_源基礎(chǔ)軟件的一部分。2017年，OpenStack看到了在無服務(wù)器Serverless方向上的可能，OpenStack社區(qū)推出了功能即服務(wù)（FaaS）項目Qinling，并在之后將其1.0版本合入OpenStack Rocky。但是面對強大的Amazon Lambda（公有云服務(wù)公司的商用Serverless服務(wù)），Qinling并沒有得到市場太多的關(guān)注。

為了應(yīng)對瓶頸期困境，尋求轉(zhuǎn)型的契機，OpenStack 開始向邊緣計算、容器基礎(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等領(lǐng)域展開探索。

隨著萬物互聯(lián)時代的到來，網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量快速增加，帶來了更高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬需求。同時，新型應(yīng)用也對數(shù)據(jù)處理的實時性提出了更高要求，傳統(tǒng)云計算模型已經(jīng)無法有效應(yīng)對，邊緣計算應(yīng)運而生。

邊緣計算的基本理念是將計算任務(wù)放在接近數(shù)據(jù)源的計算資源上運行，可以有效降低計算系統(tǒng)的延遲，減少數(shù)據(jù)傳輸帶寬，緩解云計算中心壓力，提高可用性，并能夠保護數(shù)據(jù)安全和隱私。得益于這些優(yōu)勢，邊緣計算迅速發(fā)展。其中，StarlingX就是OpenStack社區(qū)在邊緣計算方向的成功探索。

StarlingX平臺是一個完整、高可靠、可擴展的“邊緣”云軟件堆棧，它將新服務(wù)與許多其他開源項目結(jié)合到一個整體邊緣云軟件堆棧中。StarlingX利用了包括Ceph、OpenStack和Kubernetes在內(nèi)的項目組件，并用諸如配置和故障管理之類的新服務(wù)加以補充，重點關(guān)注高可用性、服務(wù)質(zhì)量、性能和低延遲等關(guān)鍵需求。StarlingX可為邊緣計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和電信應(yīng)用搭建一個有彈性的云基礎(chǔ)設(shè)施。

StarlingX已具備部署與管理功能

OpenStack社區(qū)于2018年10月發(fā)布了StarlingX首個版本，目前StarlingX已經(jīng)具備了完整的邊緣基礎(chǔ)架構(gòu)的部署與管理功能。

在配置管理方面，StarlingX提供節(jié)點配置、庫存管理服務(wù)，具有對新節(jié)點的自動發(fā)現(xiàn)和配置功能，可管理大量遠端站點，可通過圖形界面和命令行交互接口對CPU、內(nèi)存、存儲等進行資源管理，滿足邊緣智能對IT基礎(chǔ)設(shè)施更靈活、更動態(tài)、隨需應(yīng)變的需求，大幅降低邊緣基礎(chǔ)架構(gòu)的部署和管理難度。

在故障管理方面，用戶可以在基礎(chǔ)架構(gòu)節(jié)點或者虛擬機、網(wǎng)絡(luò)等虛擬資源上，為重要事件自定義報警，并支持通過界面進行日志查看、查詢、訪問主動報警列表以及主動報警計數(shù)面板。

在主機管理方面，StarlingX提供主機生命周期管理功能，通過REST API接口管理主機，可以檢測主機故障，提供監(jiān)控和警報服務(wù)并啟動自動修復，通過和主板管理控制器連接可輔助復位，電源開關(guān)機以及硬件傳感器監(jiān)控，也可與其他的StarlingX組件共享主機狀態(tài)。

在服務(wù)管理方面，StarlingX通過控制節(jié)點冗余模型實現(xiàn)高可用性，可實現(xiàn)對服務(wù)的完整生命周期管理；支持多消息傳遞路徑，避免通信故障；支持服務(wù)的主動和被動監(jiān)視，通過完整數(shù)據(jù)驅(qū)動的體系結(jié)構(gòu)來明確定義服務(wù)故障的影響。

在軟件管理方面，軟件服務(wù)是適用于從內(nèi)核到OpenStack服務(wù)的所有基礎(chǔ)架構(gòu)堆棧的一種一致性機制，可實現(xiàn)安全補丁或新功能更新；已集成端到端滾動升級方案，升級過程自動化，無需額外硬件，支持跨節(jié)點滾動升級；可統(tǒng)一管理所有軟件升級，包括宿主機OS升級、StarlingX服務(wù)軟件升級和OpenStack軟件升級。

聯(lián)通探索StarlingX開源邊緣云平臺

近年來，中國聯(lián)通一直在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)領(lǐng)域進行業(yè)務(wù)拓展，同時聚焦大數(shù)據(jù)、大視頻以及人工智能等創(chuàng)新業(yè)務(wù)。由于這些業(yè)務(wù)對傳輸時延、網(wǎng)絡(luò)性能提出了更高的要求，使得中國聯(lián)通在業(yè)務(wù)發(fā)展中遭遇了一系列挑戰(zhàn)。

第一，線性增長的集中式云計算能力無法匹配爆炸式增長的海量邊緣數(shù)據(jù)；第二，傳輸帶寬負載急劇增加造成較長網(wǎng)絡(luò)延遲，難以滿足控制類數(shù)據(jù)、實時/準實時流式數(shù)據(jù)傳輸需求；第三，云計算的安全與應(yīng)用軟件、平臺、操作系統(tǒng)、多段網(wǎng)絡(luò)、權(quán)限管理等多方面因素有關(guān)，邊緣數(shù)據(jù)的安全隱私受到極大挑戰(zhàn)；第四，邊緣設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)到云平臺消耗較大電能，從云平臺獲取數(shù)據(jù)到設(shè)備現(xiàn)場也需要二次消耗。

構(gòu)建一個具備開放互操作接口、支持邊緣生態(tài)應(yīng)用、支持廠商中立的開放邊緣云平臺，是應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的解決方案之一，也是中國聯(lián)通邊緣計算正在積極努力探索的工作。作為邊緣的開放基礎(chǔ)架構(gòu)技術(shù)之一，StarlingX成為中國聯(lián)通邊緣云重點考慮的對象。

為了給邊緣應(yīng)用落地提供真正靈活、彈性的基礎(chǔ)設(shè)施資源支持，中國聯(lián)通決定探索StarlingX開源邊緣云計算平臺，找到適合真正落地和應(yīng)用的邊緣智能解決方案。

OpenStack煥發(fā)新生機

為驗證基于StarlingX的ME-IaaS在中國聯(lián)通邊緣云計算平臺中的實際表現(xiàn)，中國聯(lián)通部署實施了基于這一解決方案的驗證性測試。結(jié)果表明，基于StarlingX的ME-IaaS，對于中國聯(lián)通邊緣云計算平臺所需的分布式云計算，以及上層應(yīng)用有著良好的支撐能力。在中心云與邊緣云之間的協(xié)同能力上，通過StarlingX提供的邊緣節(jié)點接入管理能力，可成功將邊緣節(jié)點接入中心云，實現(xiàn)對邊緣節(jié)點的全生命周期管理，并可實時查看邊緣節(jié)點資源使用情況、庫存情況、故障告警信息等。

目前，基于這一解決方案的邊緣云計算平臺，正被逐步推廣到智慧港口、智慧交通等業(yè)務(wù)場景。在智慧港口場景中，中國聯(lián)通邊緣云計算平臺將有助于重構(gòu)港口的信息流、物流和資金流。基于5G邊緣云的一系列創(chuàng)新應(yīng)用（如無人駕駛水平運輸、堆場作業(yè)和岸橋裝卸自動化以及機器人自動拆裝集裝箱扭鎖等）正助力港口實現(xiàn)協(xié)作化、精細化、智能化、自動化智慧建設(shè)。

而在智慧交通場景中，中國聯(lián)通正基于邊緣云構(gòu)建人、車、路協(xié)同的智能交通生態(tài)系統(tǒng)。借助邊緣云計算平臺，通過高清攝像頭采集的車輛信息可在平臺進行分析、計算等預(yù)處理。同時該平臺也支持對移動車輛實現(xiàn)切換和動態(tài)數(shù)據(jù)同步，實現(xiàn)緊急制動、交匯路口VIP車輛優(yōu)先通行、紅綠燈信息控制等智慧化功能。

StarlingX作為一個完整開源的軟件堆棧，確保了和各種開源組件之間的兼容性，未來StarlingX還會實現(xiàn)對容器云、分布式云的支持。StarlingX為邊緣應(yīng)用提供了高安全性、低時延、高可用性、易維護的解決方案。在不久的將來，OpenStack 可能憑借StarlingX，在邊緣計算領(lǐng)域煥發(fā)新的生機。