云計算在電信IT支撐系統(tǒng)中的應用

詹 義，段偉希，胡曉彥

（中國移動通信集團設計院有限公司 北京100080）

1 引言

1.1 IT支撐系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著移動通信的快速發(fā)展，移動用戶數量隨之快速增長。截至2010年底，我國3G用戶累計人數達到3 000萬，2G用戶達到6億，固定電話用戶達2億多，寬帶用戶達1億多。為了給用戶提供更好的服務保障，國內各大通信運營公司從轉型和持續(xù)發(fā)展的需要出發(fā)，建設了大量的IT支撐系統(tǒng)，這些系統(tǒng)為提升公司的經營和管理水平發(fā)揮了巨大的作用。但是由于很多系統(tǒng)是應需急建，隨著業(yè)務的發(fā)展和技術的進步，存在很多問題。

·IT系統(tǒng)和平臺基本都是“煙囪化”建設，相互獨立，無法實現(xiàn)資源共享，信息“孤島”眾多。

·系統(tǒng)建設周期長，無法快速提供能力。

·IT基礎資源無法動態(tài)調配和共享，資源緊張和浪費的現(xiàn)象并存。

·能耗大，能源利用率低。

·IT投資不斷加大，運行維護成本不斷提升，IT基礎資源數量、品種繁多，對IT人員運維要求越來越高。

1.2 云計算技術對電信運營商的影響

隨著云計算技術的發(fā)展，“云”時代的到來對通信運營商而言是個發(fā)展契機，可以從兩個方面體現(xiàn)。

（1）私有云實現(xiàn)IT基礎架構的革新

隨著企業(yè)向精益化管理的轉型，構建企業(yè)IT基礎平臺，整合并規(guī)劃企業(yè)的IT基礎資源已成為企業(yè)的迫切需求。

通過整合現(xiàn)有的IT基礎資源，構建統(tǒng)一的基于云計算的IT支撐系統(tǒng)基礎架構，能夠有效提升IT支撐系統(tǒng)的響應能力，降低企業(yè)IT投入成本，同時還能加快新業(yè)務創(chuàng)新、孵化和部署的速度，遵循節(jié)能減排的號召，通過整合軟硬件資源，減少數據中心對空間、能源、環(huán)境方面的需求，降低運維成本，提高運維效率，從而有效提高企業(yè)的競爭力。

在業(yè)務平臺（如在短信、彩信、WAP等數據和信息服務平臺）建設中充分考慮異構、異地的虛擬化方案，通過云計算提升網絡效率和可靠性。

（2）提供公共云服務，運營商開拓新“藍海”

隨著傳統(tǒng)移動通信市場的飽和，運營商也迫切需要尋找新的業(yè)務 “藍海”，互聯(lián)網行業(yè)的快速發(fā)展提供一個契機，而云計算技術正是推動運營商開拓新業(yè)務“藍海”的有力武器。

運營商可以充分利用云計算特點，采用創(chuàng)新的服務能力、商務模式和業(yè)務形式，根據業(yè)務需求，依托新一代數據中心，適時建設低成本的IDC云計算平臺，面向企業(yè)客戶和個人客戶提供高可靠性、安全、高效的電信級IDC云計算服務。

2 云計算技術

2.1 云計算定義

云計算是一種采用大量低成本標準運算單元，通過網絡連接構建基礎設施平臺，以實現(xiàn)各種計算和存儲資源的共享和按需分配的IT技術。

“云”是一些可以自我維護和管理的虛擬計算資源，通常為一些服務器的集群，包括計算服務器、存儲服務器、寬帶資源等。云計算將所有的計算資源集中起來，并由軟件實現(xiàn)自動管理，無需人為參與。這使得應用提供者無需為繁瑣的細節(jié)煩惱，能夠更加專注于自己的業(yè)務，有利于創(chuàng)新和降低成本。

2.2 云計算特點

計算和存儲技術的發(fā)展在云計算時代將全面進入服務時代，用戶享受高性能的計算資源和軟件資源，軟硬件的實體將全部隱身于“云”端，惟一面向用戶的只有服務。云計算具有以下特點。

·集中化，跨地域。由具備一定規(guī)模的多個節(jié)點組成IT系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)模幾乎可以無限擴大；能夠將分布于多個物理地點的資源進行整合。

·系統(tǒng)具備高度的擴展性和彈性，可以以即插即用的方式方便、快速地增加或減少資源。

·系統(tǒng)提供統(tǒng)一的資源共享，并能在各物理地點間實現(xiàn)負載均衡。系統(tǒng)提供一種或多種形式的計算或存儲能力資源池，如物理服務器、虛擬服務器、事務和文件處理能力或任務進程（如并行計算）以及存儲能力。資源池可通過抽象化方式提供，并能夠同時為多種應用提供服務。

·動態(tài)分配，實現(xiàn)資源的自動分配管理，包括資源即時監(jiān)控和自動調度等，并能夠提供使用量監(jiān)控和管理功能。

2.3 云計算技術架構

云架構通過虛擬化、標準化和自動化的方式有機地整合了“云”中的硬件和軟件資源，并通過網絡將“云”中的服務交付給用戶。云計算技術架構如圖1所示。

（1）IaaS

基礎設施層是經過虛擬化后的硬件資源和相關管理功能的集合。”云”中的硬件資源包括計算、存儲和網絡等資源。基礎設施層通過虛擬化技術對這些物理資源進行抽象，并且實現(xiàn)了內部流程自動化和資源管理優(yōu)化，向外部提供動態(tài)、靈活的基礎設施層服務。

基礎設施即服務 （IaaS）交付給用戶的是基本的基礎設施資源，該層向用戶提供了虛擬化的計算、存儲和網絡資源。這些資源能夠根據用戶的需求進行動態(tài)分配。

（2）PaaS

平臺即服務（PaaS）為用戶提供開發(fā)環(huán)境、通用組件或平臺，平臺層在基礎設施層和應用層之間，是具有通用性和可復用性的軟件資源的集合，為云應用提供了開發(fā)、運行、管理和監(jiān)控的環(huán)境。平臺層是優(yōu)化的“云中間件”，能夠更好地滿足“云”在可伸縮性、可用性和安全性等方面的應用要求。

PaaS交付給用戶的是豐富的“云中間件”資源，包括應用容器、數據庫和消息處理等。因此，PaaS面向的并不是普通的終端用戶，而是軟件開發(fā)人員，可以充分利用這些開發(fā)的資源開發(fā)定制化的應用。

（3）SaaS

應用層是“云”上應用軟件的集合，這些應用構建在基礎設施層提供的資源和平臺層提供的環(huán)境之上，通過網絡交付給用戶。云應用種類繁多，第1類是受眾群體龐大的標準應用，第2類是定制的服務應用，第3類是用戶開發(fā)的多元應用。

第1類主要滿足個人用戶的日常生活辦公需求，如文檔編制、日歷管理、登錄認證等；第2類主要面向企業(yè)和機構用戶的可定制解決方案，如財務管理、供應鏈管理和客戶關系管理等；第3類是由獨立軟件開發(fā)商或開發(fā)團隊為了滿足某一類特定需求而提供的創(chuàng)新型應用，一般在公有云平臺上搭建。軟件廠商將應用軟件統(tǒng)一部署在服務器或服務器集群上，通過網絡提供給用戶；用戶也可以根據自己的實際需要向軟件廠商定制或租用適合自己的應用軟件。

3 云計算在電信IT支撐系統(tǒng)中的應用

基于運營商IT支撐系統(tǒng)的現(xiàn)狀與云計算技術發(fā)展情況，目前云計算在IT支撐系統(tǒng)的應用主要從兩方面入手：服務器虛擬化和存儲虛擬化。

3.1 服務器虛擬化

服務器虛擬化就是把服務器所擁有的物理資源通過虛擬化技術映射成虛擬資源。而這些虛擬資源在操作系統(tǒng)和應用的使用上是相對獨立的，這樣就可以在同一臺物理計算機上運行多個獨立的操作系統(tǒng)及相互獨立的應用。服務器所擁有的資源（如CPU、內存、磁盤和網絡資源等）可以被這些應用環(huán)境共享。配合其他諸如工作負載管理等技術，可以讓服務器在滿足不同類型的工作負載服務水平的同時，充分利用服務器的物理資源。

隨著虛擬化技術的發(fā)展，目前業(yè)界已經有多種服務器虛擬化技術，Unix服務器領域有IBM的 Power VM技術，hp的 nPAR、vPar技術，Sun的 Dynamic System Domain分區(qū)技術，PC服務器上的VMware、Hyper-V等技術。從技術上講，各個廠商的服務器虛擬化技術主要可以劃分為硬件物理分區(qū)、邏輯分區(qū)、虛擬機和操作系統(tǒng)層面的虛擬化。每種技術都有各自的特點，在實際應用過程中，可根據具體需要進行選擇。

·硬件分區(qū)之間的獨立性更強，可靠性相對更高，但其靈活性較差。

·操作系統(tǒng)級的虛擬化技術有利于更大限度地使用系統(tǒng)資源，減少需要維護的操作系統(tǒng)個數，但一旦主操作系統(tǒng)出現(xiàn)故障，其上所有應用分區(qū)都將無法提供服務。

·邏輯分區(qū)不但可以極大地提高資源使用率，還提供了良好的性能和動態(tài)調配資源的能力，可以在同一臺主機的不同分區(qū)中安裝異構的操作系統(tǒng)。

·虛擬機技術雖然可以提高資源的利用率，但由于資源的分配是通過軟件實現(xiàn)的，各分區(qū)系統(tǒng)的性能受到的影響相對較大。

云計算大規(guī)模、低成本、高度彈性、自動管理等特征，對服務器硬件架構提出新的要求。相比小型機系統(tǒng)，x86服務器成本低，標準化程度高，符合IT系統(tǒng)云計算演進趨勢，通過構建x86服務器集群和云架構IT系統(tǒng)，能夠在性能、可靠性等方面提供與傳統(tǒng)Unix服務器相當的能力；能夠實現(xiàn)更好的大規(guī)模擴展性，同時在成本、通用性、標準化等方面也具有很大優(yōu)勢；能夠滿足大多數業(yè)務的需求，也符合IT系統(tǒng)云計算演進趨勢。IT系統(tǒng)從傳統(tǒng)Unix小型機+數據庫架構向x86服務器集群和云計算架構演進，是IT系統(tǒng)云計算化的重要技術方向。

3.2 存儲虛擬化

存儲虛擬化是把分散的不同品牌或不同級別的存儲產品統(tǒng)一到一個或幾個大的存儲池下，用戶看見的不再是孤立、分散的系統(tǒng)，而是一個統(tǒng)一的整體。用戶管理的也是一個整體存儲，而不是一個個具體的系統(tǒng)。在物理存儲系統(tǒng)和服務器之間增加一個虛擬層，使用者只和邏輯存儲打交道，而存儲硬件的增減、調換、分拆、合并對使用者完全透明。對于存儲的管理者來說，存儲虛擬化的引入，使得存儲管理更加統(tǒng)一，管理效率更高。

目前業(yè)界主要有3種存儲虛擬化方法。

（1）基于主機的虛擬存儲

基于主機的虛擬存儲依賴于代理或管理軟件，它們安裝在一個或多個主機上，實現(xiàn)存儲虛擬化的控制和管理，這種實現(xiàn)方式通常稱為邏輯卷管理。磁盤上的物理塊或邏輯單元號被映射成邏輯卷號，邏輯卷管理軟件把多個不同的磁盤陣列映射成一個虛擬的邏輯塊空間。通過在服務器上安裝虛擬存儲管理軟件，實現(xiàn)各物理存儲體的集成映射。

基于主機的虛擬化存儲實現(xiàn)容易，可在不需要硬件支持的條件下實現(xiàn)形式多樣的存儲管理，對改善存儲系統(tǒng)的可管理性，提高存儲的安全性和可靠性很有益處。由于控制軟件運行在主機上，會占用主機的處理時間，主機數量越多，實施/管理成本越高。因此，這種方法的可擴充性較差，實際運行的性能不是很好。基于主機的方法也有可能影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，軟件控制的存儲虛擬化還可能由于不同存儲廠商軟硬件的差異帶來不必要的互操作性開銷，所以這種方法的靈活性也比較差。

（2）基于存儲設備的虛擬存儲

基于存儲設備的虛擬存儲針對異構SAN構架，獨立于主機，存儲設備可以連接多臺主機，此時虛擬過程是在陣列控制器上完成將一個陣列上的存儲容量劃分為多個存儲空間，供不同的主機系統(tǒng)訪問。

該方法虛擬化技術成熟，應用風險小，較容易實現(xiàn)，更容易管理，同時對用戶或管理人員都是透明的。但前期的投資較大，且消耗存儲控制器的資源，異構廠商盤陣的高級存儲功能將不能使用。

表1 存儲虛擬化方法適用場景

（3）基于網絡的虛擬存儲

基于網絡的虛擬化通過在存儲區(qū)域網這一級采用智能化的路由器、交換機或者增加一個元數據服務器等，實現(xiàn)虛擬化的工作，它通過提供一種中央虛擬化方式將網絡中的存儲資源集中起來管理，提供了一個“開放”的虛擬實施環(huán)境。缺點是存儲陣列的兼容性需要嚴格驗證，原有盤陣的高級存儲功能將不能使用。基于網絡的存儲虛擬適用范圍廣，提供產品的廠商最多，但由于引入新的硬件設施，會帶來新的故障點和轉發(fā)性能開銷。

針對每種方法的特點，表1給出相應的適用場景。

4 電信IT支撐系統(tǒng)應用云技術的挑戰(zhàn)與策略

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一定的矛盾，因為云計算強調集中化、跨系統(tǒng)的優(yōu)勢以及應用平臺資源的分層耦合管理，這與傳統(tǒng)“煙囪”式的系統(tǒng)建設與管理存在很大區(qū)別。由此可見，引入云計算技術，在IT系統(tǒng)建設和運維管理方面面臨很大的挑戰(zhàn)，為了能夠更好地適應云平臺，需要在相關領域進行一定的變革。

由于“云”對外部不透明，云計算的服務提供并沒有對業(yè)務給出細節(jié)的具體說明，如何在內部IT支撐和對外服務中給業(yè)務系統(tǒng)提供安全可信的服務，是云計算的重要影響因素之一。同時，云計算沒有統(tǒng)一的標準，各個云計算廠商和服務商都在各自為戰(zhàn)。各個標準組織的進展也比較快，業(yè)務保障不夠完備，不同的“云”之間缺乏互操作性，這也為云計算技術的應用帶來很大的挑戰(zhàn)。

5 結束語

綜上所述，運營商在IT支撐系統(tǒng)中引入云計算技術應當緊跟當前技術的最新進展，從服務器虛擬化和存儲虛擬化入手，逐步推進支撐”云”向以x86架構為主的云計算和云存儲平臺演進。同時，新技術的引入不應影響目前運營商各IT支撐系統(tǒng)的正常運行，即在保證系統(tǒng)質量的情況下，進行云計算平臺的建設。云計算的引入要充分保護IT支撐系統(tǒng)的已有投資，不能盲目追求云計算平臺規(guī)模，要與IT支撐系統(tǒng)現(xiàn)狀緊密結合。

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

2 潘松柏,張云勇,陳清金.云計算安全關鍵技術分析.電信科學,2010,26(10)