電信業務網絡架構設計及關鍵技術分析

陸 鋼，王 哲，區洪輝，王 暉

（1.中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630；2.中國電信股份有限公司廣東分公司 廣州510081；3.廣東省電信規劃設計院有限公司 廣州 510630）

1 引言

電信業務網絡是指為實現和保障電信業務開展而組建的軟硬件及網絡環境，主要包括業務管理平臺和業務應用平臺兩大類。早期電信業務網絡主要是指業務應用平臺，如智能網業務控制平臺、軟交換應用服務器、短信平臺。隨著電信業務的不斷豐富和發展，出現了更多的增值業務、行業應用和移動互聯網應用，業務管理越來越復雜，管理平臺的出現成為電信業務網絡的重要保障，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，以服務形式與合作伙伴對外提供業務。

目前，幾大運營商基本都建立了較為完備的業務網絡體系，以適應傳統以運營商為核心的產業環境。但近幾年來，產業環境風云突變，運營商構建的傳統用戶體系和生態圈正在逐步被互聯網公司的新型生態圈所取代，運營商成為生態圈中的一個環節，業務網絡既要保障傳統生態圈，同時又要適應新的生態環境。另外，從技術發展來看，由于云計算、開源軟件逐步走向成熟，并且已經在互聯網公司應用落地，具有廣泛的應用前景，電信業務網絡在技術和架構上都可以優化升級，從而更好地支撐業務發展。

2 業務網絡需求模型

業務網絡正在向平臺化發展，已經從原有滿足用戶的需求演變到滿足平臺多變用戶的需求。對現有業務網絡的角色和流程進行梳理可以發現，在業務網絡中主要存在最終客戶、應用開發商、能力提供商的角色，而運營商則充當業務網絡的運營者，如圖1所示。在這幾類角色之間存在著六大循環的業務流程閉環，主要包括：面向最終客戶的客戶服務支撐，負責應用訂購、使用、支撐等；面向應用開發商的應用交付循環，負責開發、資源能力訂購、使用、部署、發布等；面向能力提供商的能力發布循環，負責能力的發布、統計、結算等；面向三邊的渠道和營銷循環，負責應用或能力的推廣、宣傳、反饋等；面向三邊的運營支撐循環，負責統計分析、運營數據等；面向三邊的支付循環，負責線上/線下、前向/后向的支付結算等。

圖1 業務網絡需求模型

從實際業務情況來看，每類業務或者管理平臺都有一個或多個角色參與，存在著一個或多個流程的閉環，例如從短信業務來看，存在最終客戶的角色，同時也存在客戶服務、支付、運營支撐和渠道及營銷循環；從行業應用來看，存在最終客戶、應用開發商的角色，同時也存在客戶服務、應用交付、支付、運營支撐和渠道及營銷循環；從管理平臺來看，可能存在以上所有的角色和所有的循環。

3 業務網絡技術演變及要求

電信業務平臺作為計算機技術在電信領域的具體應用，隨著云計算、IP網絡技術和開源軟件技術的發展，其技術和架構也在不斷地演進和發展。層次上可以將業務平臺大體分為網絡層、硬件層、軟件層，每個層次上業務平臺呈現的發展趨勢如圖2所示。

圖2 業務網絡技術演進趨勢

（1）網絡層

網絡IP化，原有采用可靠傳輸的網絡（如7號信令網）也逐步被IP網絡取代，業務網絡的所有控制和傳輸通道都可通過IP網絡承載。

（2）硬件層

硬件云化，云計算的出現改變了原有服務器產業環境，原有具有性能優勢的小型機或專用設備被x86架構的定制服務器或虛擬機所取代，可以預見，未來運營商大部分業務平臺都可以承載在云計算環境上。

（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大幅降低了業務平臺的開發門檻，減少了業務平臺的開發工作量。

結合需求模型角色多樣性、應用社會化、流程復雜性的變化，同時考慮技術演變在網絡層、硬件層和軟件層的新發展，給業務網絡提出了以下要求。

·迭代開發、快速響應需求：多種角色需求在不斷地變化，要求網絡能夠及時地做出調整以適應變化，同時平臺開發能夠快速響應需求。

·資源集約、良好的擴展性，彈性調度：應用社會化導

致目前業務網絡存在海量應用，每類應用的容量和規模相差很大，需要業務網絡具備良好的擴展性，能夠滿足應用彈性調度資源的需求。

·層次模塊松耦合，靈活搭配：流程的復雜性要求業務網絡層次架構清晰，采用模塊化設計，模塊之間耦合度松，可以靈活搭配生成新的流程。

·管理服務化、能力全網通達：平臺角色一點接入，能力、應用可以全網通達，管理實現扁平化、服務化。

4 業務網絡基礎架構設計

如圖3所示，業務平臺架構可以分為基礎資源層、軟件定義層和業務實現層，各層之間通過管理服務層實現互相調用和部署。

（1）業務實現層

最終業務軟件的邏輯實現，通常可以分為管理平臺和應用平臺兩大類，可以調用軟件定義層各類通用軟件和能力，實現業務的快速開發部署，同時業務實現層可以向下提供應用和管理功能，經過聚合封裝后形成新的能力。

（2）軟件定義層

對業務常用的軟件或能力進行抽象封裝，包括能力封裝、功能組件和基礎軟件三大部分。其中，能力封裝是指將應用平臺、管理平臺和資源能力進行封裝，供業務實現層調用；功能組件是指構建業務軟件的一些通用功能軟件，通常包括日志、統計等常用功能軟件，復用性強，是上層業務平臺可直接嵌入調用的部分；基礎軟件是指構建業務軟件的基礎軟件，包括緩存、數據庫、應用容器、負載均衡、分布式基礎架構（Hadoop）等，大部分采用開源軟件設計，可以運行在基礎資源層之上。

（3）基礎資源層

采用池化的計算資源、存儲資源，并且可以采用智能管道技術將網絡資源也作為基礎資源開放給上層應用調用，向上提供資源，經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應用管理、平臺管理和資源管理3個部分。其中，應用管理實現對應用的加載、上線、訂購等管理功能；平臺管理分為能力管理和軟件管理兩大部分，能力管理提供對能力的全生命周期管理以及訂購、動態調度的機制等，軟件管理提供軟件的全生命周期管理以及軟件的訂購、彈性調度的機制等；資源管理實現對計算資源、存儲資源和網絡資源的管理。

采用以上架構可以基本滿足前述三大角色六大循環的業務網絡需求，六大業務循環與業務網絡架構的對應關系見表1。

5 關鍵技術

在滿足業務網絡需求模型的基礎上，還需要滿足業務網絡的技術要求，新的架構和技術要求對其中一些關鍵技術進行分析。而軟件定義層和平臺管理承上啟下，處于業務網絡架構的核心部位，這將是下一階段業務網絡需要深入研究的課題和技術攻關難題，主要包括軟件定義技術、軟件管理技術、能力聚合及管理技術。

5.1 軟件定義技術

圖3 業務平臺架構

表1 業務網絡需求模型與平臺架構功能的對應關系

業務網絡的軟件定義技術主要包括能力封裝技術、應用功能組件抽象技術和軟件評測技術。目前，能力封裝技術相對比較成熟，而應用功能組件抽象技術和軟件評測技術的業務網絡雖然在互聯網平臺已經應用十分廣泛，但是在電信業務網絡中相對使用較少。

開源軟件技術應用到業務網絡，首先需要解決的是對已有基礎軟件的評測以及適用的應用或管理平臺的研究。按照對應用和管理平臺模塊的劃分，目前在各模塊常用到的基礎軟件包括：緩存類（如 Memcache、Redis）、數據庫類（如 MySQL、PostgreSQL、Oracle、MongoDB）、應用容器類（如Tomcat、JBoss、GlassFish、Weblogic）、 負 載 均 衡 類 （如Apache、HaProxy、Nginx）、分布式基礎架構類（如 Hadoop）。

需要對以上基礎軟件的功能、性能、適用環境、兼容性等方面進行綜合評定，用于考慮在以后業務網絡遷移或重構過程中選擇適合的基礎軟件。

另外，在功能組件抽象方面，需要對現有業務網絡常用的與日志、統計或者其他業務有共性的功能軟件進行評估，選擇合適的功能組件構建組件庫，縮短業務平臺開發周期，提升業務的一致性。

同時，最關鍵的是運營商需要建立一支能夠熟練運用開源軟件的開發團隊，能夠基于軟件定義層的軟件開發業務網絡功能模塊，同時能夠針對運營過程中發現的問題快速響應，迭代開發，將傳統大量軟硬件投資部分變為對架構設計和人才開發的軟投資。

5.2 軟件管理技術

軟件管理技術主要指對軟件定義層采用的基礎軟件和功能組件進行管理，解決業務實現層如何快速開發、部署和彈性調度的問題。

目前，資源管理特別是云計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，已經較為成熟，并且在運營商或者企業應用中已經大量采用。軟件管理是一種在資源管理的基礎之上對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，結合軟件特點對其進行靈活的管理。

在軟件部署模型方面，TOSCA（topology and orchestration specification for cloud applications，云應用的拓撲與編排規范）是由OASIS制定的一套應用部署軟件資源模型，2013年11月發布了1.0版本，其采用結構化的語言 （如XML、YAML）對應用的拓撲架構、管理策略進行描述，通過模板機制實現應用架構的快速構建和復制，同時讓應用具備跨云平臺遷移的能力。結合對TOSCA模型的研究，將有助于建立一套軟件部署的標準化語言和規程，便于軟件定義層軟件的資源化擴展。

在軟件部署的具體工具方面，目前有Cloud Foundry、Cloudify等開源項目，支持多種框架、語言、運行環境、云平臺及應用服務，使開發人員能夠在幾秒鐘內進行應用程序的部署和擴展，無需擔心任何基礎架構的問題，同時Cloudify 3.0已經支持TOSCA模型，對此開源軟件部署管理工具的研究，將有助于在基礎資源之上搭建一套平臺軟件的管理系統，實現業務網絡對軟硬件資源的整體管理和調度。

5.3 能力聚合及管理技術

能力聚合及管理需要解決能力的動態接入和管理功能，需要在能力聚合、能力門戶、運營管理和交易管理技術方面進行深入研究。

能力聚合網關提供的能力服務分為代理模式和重定向模式。代理模式，由能力聚合網關對能力服務的API進行二次封裝，并提供統一接入入口，開放給能力應用使用，適合于安全管控要求高、消息協議復雜、接口變動升級較少、計費結算要求嚴格以及不可信的能力服務；重定向模式，由能力網關提供能力服務接口的真實服務地址定位和能力訪問令牌發放功能，向能力服務平臺提供能力服務的訪問鑒權、安全令牌校驗功能，適合于業務訪問量大、接口變動升級較頻繁、免費或可信的能力服務。

能力管理需要面向能力提供者提供能力引擎注冊、能力注冊和自有能力管理等功能；面向開發者提供一站式的能力服務，包括能力展現、能力搜索、能力試用、能力商品購買、能力應用發布與管理、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、能力發布、能力暫停、能力升級、能力注銷等。重點實現能力的規范化接入、產品化管理和訂購簽約管理功能。對能力商品的銷售、使用計費、使用記錄進行管理，并根據商務合作模式的不同，提供面向不同用戶對象的結算、對賬等核心業務支撐服務。該模塊同時也是能力聚合網關的業務支撐，與能力網關一起聯動提供各類能力服務的鑒權。

6 結束語

從發展歷程來看，電信運營商業務網絡曾經在特定的歷史階段發揮過巨大的作用，運營商圍繞業務網絡構建了以自身為核心的業務生態系統。從發展趨勢來看，互聯網在商業模式和技術架構上都深刻影響著各行各業，尤其是傳統電信運營商。產業變革和技術發展要求電信運營商的業務網絡在商業模式上滿足多邊平臺的要求，同時從現有業務網絡逐步升級過渡到符合互聯網技術發展趨勢的新型平臺架構。目前運營商已經基本完成基于基礎資源層面的業務網絡遷移改造，但是軟件定義層的架構設計和改造還處于起步階段，這將是后期電信業務網絡改造的重點。在下一階段運營商必須配合轉型工作的深化開展，圍繞軟件定義層在業務網絡建設模式、管理機制和人才培養上采取更多具體舉措，推進業務網絡向新型架構的多邊平臺演進。

1 子柳.淘寶技術這十年.北京:電子工業出版社,2013

2 陳威如,余卓軒.平臺戰略:正在席卷全球的商業模式革命.北京:中信出版社,2013

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

4 Cloudify+開源云計算部署工具.Gigaspaces,2011