M—ICT時代融合業務技術發展趨勢

陸平　董振江　楊勇

摘要：提出了M-ICT時代融合業務技術的發展趨勢：（1）虛擬數據中心已經成為下一代IT基礎設施的通用解決方案，其通用功能架構包括軟件定義計算、軟件定義存儲、軟件定義網絡和軟件定義安全等核心子系統，技術方案尚在不斷完善之中；（2）容器已大規模應用于互聯網，傳統的電信域急需應對這種挑戰，容器技術也使得平臺即服務PaaS產品拓寬了發展空間；（3）基于NFV架構的云化是大勢所趨，以用戶體驗為驅動，基于融合CDN和智能數據分析，提供智能視頻服務是競爭力提升的關鍵；（4）增強現實技術的多媒體視頻應用必將極大地改進用戶體驗，人工智能技術在近幾年將會產生更多的應用形態，進一步重塑和重建各行各業。

關鍵詞：云數據中心；軟件定義存儲；軟件定義安全；容器；平臺即服務；互聯網電視；人工智能

Abstract：In this paper， we discuss the development trend of integration business technology in the M-ICT era： （1） Virtual data center has become the next-generation IT solution to common infrastructure， which includes software-defined computation， software-defined storage， software-defined network and software-defined security and is becoming more and more mature； （2） containers have been widely applied in Internet applications， and it is very necessary to deal with this challenge in the traditional telecommunication domain， and the container technology also makes Platform as a Service （PaaS） vigorous again； （3） network function virtualization （NFV） is the trend for network development， and intelligent data analysis based on convergent content delivery network （CDN） is the key to enhance the competitiveness of video products as well as driven by user experience； （4） augmented reality-based multimedia video application will greatly improve reality of user experience， while application of artificial intelligence technology can produce more forms of applications ， further remodeling and reconstruction of all walks of life.

Key words：virtual datacenter； software-defined storage； software-defined security； container； PaaS； Internet TV； artificial intelligence

1 云數據中心

傳統的互聯網數據中心（IDC）與云計算技術的結合已經成為業界關于未來基礎網絡的共識[1-2]。西班牙電信提出的統一的信息技術網絡基礎設施架構（UNICA）架構[3]，該架構基于云基礎設施，深度融合，對外提供標準的虛擬數據中心（VDC）服務，并通過VDC的分級建設，提供就近接入和全網服務。從VDC建設的實施效果上看，我們需要重點考慮4個特性。

（1）可靠高效：海量數據能夠催生高性能計算、海量存儲及資源動態調度，以及高效便捷的應用生命的周期管理；

（2）跨域彈性：與客戶業務發展同步需要深度解耦，軟硬件定制，云間數據共享、自動部署、靈活遷移、按需擴展，并支持數據中心快速擴容；

（3）安全可信：從基礎設施、運行環境到數據的端到端的安全性，智能地服務感知；

（4）開放共贏：在水平方向上，支持異構的基礎設施；在垂直方向上，提供不同類型的服務模式，同時還能對上層應用，提供多領域業務的支持能力。

基于以上要求，我們結合中興通訊在VDC建設上的豐富經驗，提出了云數據中心VDC的相關功能架構，如圖1所示。

其中，軟件定義網路、軟件定義計算、軟件定義存儲和軟件定義安全4個子系統[4-6]是整個軟件定義數據中心的核心，通過資源管理系統進行統一的調度管理。軟件定義網絡（SDN）和虛擬化技術基于內核的虛擬機（KVM）/XEN/VMWare等已經可以較好地支持軟件定義網絡和軟件定義計算等系統的實現，而由于存儲的多樣性需求和安全的復雜性，軟件定義存儲和軟件定義安全也成為了目前云數據中心的關鍵問題。

1.1 軟件定義存儲

2012年，VMware在其VMworld大會上首次提出軟件定義數據中心（SDDC）的概念。經過了幾年的發展，軟件定義存儲的概念和產品形態逐漸明朗，相關的產品開始呈現并被慢慢接受。軟件定義存儲的核心是提供自助的服務接口，用于分配和管理虛擬存儲空間。目前，軟件定義存儲處于應用的初級階段，預計到2020年在企業市場的份額將超過50%。

軟件定義存儲分為控制平面（如圖2所示）和數據平面，在整個軟件定義存儲架構中，控制平面的難度、價值也最大。各廠商也采取了不同的軟件定義存儲構建方式。我們認為一個理想的控制平面應該具備如下特征：

（1）支持Openstack Cinder、Manila接口，構建開放生態鏈；

（2）北向提供開放應用程序編程接口（API），完善生態鏈；

（3）業務驅動存儲服務，智能管控存儲資源；

（4）基于策略精細化調配存儲資源，業務支撐更靈活；

（5）跨異構資源抽象池化，軟硬件更新解耦，硬件維護、數據遷移更便捷。

軟件定義存儲不是一蹴而就的，需要一個過程。隨著軟件定義存儲的數據服務的完善，通過不斷努力，增強互操作性、策略驅動異構存儲的能力，使其部分的型號或者部分的模塊逐漸上升到控制平面。在目前的傳統存儲陣列市場，我們已經看到這樣的趨勢。

1.2 軟件定義安全

安全問題是數據中心最復雜、最關鍵的問題之一。在云數據中心的場景下，由于虛擬化技術的引入，物理資源由多租戶共享，傳統的硬件防火墻、入侵防御系統等安全設備已經無法滿足應用的要求，安全產品的虛擬化就成為解決這一問題的必需。在安全設備虛擬化的實現過程中，我們要關注以下關鍵特征點：

（1）安全控制層引入安全控制器，可基于全局視圖，增強云數據中心的安全管理和集中調度能力；

（2）安全控制器開放接口，增強數據中心安全類應用定制化能力，有助于安全應用的生態鏈建設；

（3）租戶可按需訂制安全策略，通過控制層下發，實現安全防護的智能化、自動化。

綜合中興通訊在VDC安全產品方面的實踐經驗，我們提出了云數據中心軟件定義安全的基本架構，如圖3所示。

其中，安全控制器調用SDN控制器接口來控制數據包轉發行為（前轉、引流、丟棄等等），同時獲得全網設備的日志和拓撲信息，用于安全分析；安全控制器與安全資源池對接實現安全策略下發，及告警、日志信息的上報；基于大數據分析和知識庫，安全控制器和安全應用實現數據中心數據流量的智能分析和管控，可大大強化數據中心的安全級別。

安全設備虛擬化的還帶來了明顯的優勢：它大大降低了成本，提高了資源利用率與敏捷度，同時通過水平方向的動態擴容，滿足大規模、高性能高并發性要求。

2 容器技術及PaaS產品的發展

以Docker[7]為代表的容器技術在2015年大行其道，不僅成為新技術的熱點話題，而且在互聯網公司中大規模應用，實現了其價值。容器技術的出現，也使得平臺即服務（PaaS）云產品的發展再次出現重大的機遇。

2.1 容器技術

Docker 是一個基于 Linux容器（LXC）技術構建的容器引擎，源代碼托管在GitHub 上，基于Go語言并遵從Apache 2.0開源協議。Docker讓開發者將他們的應用和依賴文件打包并發布成一個可移植的容器，實現應用的快速部署和遷移。

以Docker為代表的容器技術正在引領云計算的下一次變革，Docker改變了云端應用交付和部署的方式，它所提供的輕量級、面向應用的虛擬化運行環境為微服務架構的實現提供了理想的載體，并帶動了容器服務的興起和高速發展。

同虛擬機相比，Docker的優勢主要有：鏡像占用空間小，啟動速度快，資源利用率較高，應用性能也接近物理機。與此同時，由于Docker技術本身的實現機制以及生態環境的發展尚不太完善，在應用中也暴露出了一些問題，如Docker系統在內核、運行環境上的隔離性，Docker網絡的性能及可移植性問題，缺乏成熟的集群管理方案等。

Docker的生態環境已經呈現出欣欣向榮的景象，包括Docker社區本身以及一些大的企業，如谷歌和亞馬遜等，都在參與Docker相關的生態建設工作。

在標準方面，除Docker外，還有Rocket和Warden等多種容器技術，多個標準組織都在大力推動容器技術的標準化。其中，Linux基金會于2015年6月成立開放容器組織（OCI），旨在圍繞容器格式和運行時制定一個開放的工業化標準，該組織一成立便得到了包括谷歌、微軟、亞馬遜等一系列云計算廠商的支持。2015年7月，谷歌與Linux基金會以及眾多行業合作伙伴為一起推動基于容器的云計算的發展，共同建立一個云原生計算基金會（CNCF），它成立的目的是構建“云原生”計算并推動其逐步落地，在微服務、容器和應用動態調度、容器編排工具等方面形成標準。

總體來說，容器技術的生態環境已經建立，盡管在容器管理、編排調度、網絡和存儲等方面尚不成熟，但是這并不妨礙Docker在互聯網中的應用，其輕量級的特性已經在互聯網應用中發揮出了較大的作用，對傳統電信服務部署方案的演進也影響極大，眾多電信服務商提出基于Docker將電信應用解耦形成微服務，以實現高效的電信應用服務管理。

2.2 PaaS平臺

PaaS作為云計算的一個模式[8-9]，一直被業界看好。業界PaaS平臺實現方案主要包括Cloud Foundry和Openshift，業界許多廠家給予開源的Cloud Foundry實現了自己的PaaS產品。Cloud Foundry是一個開放的框架，支持多種語言、運行時環境、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，可以部署在多種私有云和共有云上。

Cloud Foundry作為開源PaaS平臺，許多公司根據市場發展方向開辟出自己的商業模式，不同的商業模式使Cloud Foundry應用到以下不同的場景中：面向企業級私有云市場，面向企業級公有云市場，面向中小企業/獨立軟件開發商（ISV）/個人開發者PaaS公有云。

然而，從目前發發展現狀來看，公有PaaS云服務運營并不成功。一方面在于競爭的激烈；另一方面在于，基于PaaS的開發模式要求開發者的開發習慣以及應用的架構做出較大的改變，包括應用解耦、服務交互以及開發環境等，包括12因子APP的特性要求等。在面向大企業的私有PaaS建設上，基于Cloudfoundry的PaaS平臺在解決企業應用的快速開發、部署、遷移，以及devops的實現，發揮出了一定的價值。

Docker與PaaS的密切融合，將大力推動PaaS的發展與落地，會成為未來PaaS發展的主流形式。

3 互聯網電視及內容分發網絡

近幾年來，隨著移動互聯網的快速發展，視頻網站紛紛向移動視頻延伸發展互聯網電視（OTT），各種移動終端的視頻客戶端發展得如火如荼，逐步覆蓋PC、手機/PAD、TV。更有甚者，互聯網視頻廠家在發展智能電視，電信運營商在大力發展交互式網絡電視（IPTV）。隨著4G等移動寬帶網絡的發展，基于IPTV的TV視頻逐步向手機/PAD等移動終端發展。國際上的電信運營商，有在專網運營IPTV的，有在公網運營OTT的，總的趨勢是IPTV、OTT逐步和數字影像廣播（DVB）電視運營商進行商業合縱聯合[10]，技術和產品也在逐步融合。

基于融合內容分發網絡（CDN）構建智能內容服務管道是電信運營商提升電信視頻服務能力的必由之路。融合CDN是在傳統CDN基礎上實現了多業務的融合承載以及多種終端統一接入技術，提供機頂盒（STB）、PC、移動設備等多種終端上各種業務的內容分發服務，提供面向固定網絡和寬帶移動網絡的全網服務能力，從而可以滿足海量用戶的個性化需求。融合CDN除了具備基礎的內容分發和加速能力，還需要具備有效優化數據網絡流量分布，降低數據網絡流量瓶頸的能力，并根據業務和用戶要求提供不同質量的服務。融合CDN不再是一張孤立的分發網絡，需要和其他網元互動，參與業務行為，感知內容變化，響應用戶需求，進一步演進為智能分發、業務融合、多終端接入的智能管道。

電信運營商是智能管道的主導方，因而移動CDN的建設是關鍵。

寬帶移動通信技術的快速發展，讓CDN延伸到無線網絡的需求日益迫切。據統計：2014年首次出現了用戶使用移動終端連接互聯網時長超過通過電腦訪問互聯網時長，隨著互聯網用戶的使用習慣逐漸向移動端遷移，良好的用戶體驗更成為直接影響用戶選擇。針對移動CDN的建設，我們需要重點考慮以下3個方面：

（1）對于4G等移動網絡，可以將CDN下沉至最靠近用戶的基站，同時存儲熱點內容。移動CDN具備高密度數據處理能力和存儲容量，對移動終端訪問互聯網流量進行優化、緩存和加速，保證熱點內容分發和高等級用戶的服務質量，提升用戶的體驗。圖4給出了移動CDN部署位置建議。

（2）采用碼流自適應技術，來優化因為無線信號的不穩定性而導致的視頻卡頓、響應慢的問題。采用碼流自適應技術，移動CDN可動態檢測用戶空口資源的變化情況，及時調整發送內容的碼率，從而充分保障用戶觀看視頻的流暢性，提升用戶體驗。

（3）采用移動CDN用戶識別會話保存技術來解決移動終端用戶在基站之間切換時的業務連續性。這樣可以保證用戶在文件下載、視頻觀看時，即使發生了接入基站的切換變化也無須重新下載文件或者中斷視頻，從根本上屏蔽了移動網絡位置改變帶來的影響。

總體而言，由于網絡架構和運營模式上存在的重大差異，使得目前運營商在視頻服務面臨互聯網廠商的巨大沖擊，建議從以下幾方面來考慮提升服務競爭力：

（1）構建云化的視頻網絡是系統架構優化的重點，而網絡功能虛擬化（NFV）[11]是必然的選擇；

（2）基于融合CDN構建智能的視頻管道是充分發揮CDN價值和作用的關鍵；

（3）構建視頻服務能力開放平臺，促進視頻服務生態鏈建設，促進多媒體應用創新；

（4）堅持以用戶體驗為驅動，通過大數據和智能數據分析技術提升用戶體驗，滿足用戶個性化要求。

OTT應用的生態環境，僅僅依賴現有的、上下游的設備商參與是無法有效建設起來的，需要業務提供商（SP）一起參與，并需要OTT的服務接口開放標準，這是當前OTT方案急需完善的問題。

4 增強現實與人工智能

4.1 增強現實

2015年微軟、蘋果、谷歌在增強現實（AR）[12]領域進行大規模的投資和整合，引起了業界的關注。2016年成為AR元年已經成為眾多機構對技術的趨勢的預測之一，這也是媒體繼2010年之后，又一次熱捧AR元年的概念。與上一次的基于智能移動手機有所不同，這次的焦點集中在AR Glass技術進展帶來的各種行業應用的可能性。

增強現實技術包含了多模傳感技術、智能感知技術、三維注冊跟蹤技術、實時視頻融合渲染等新技術與新手段。其本質是利用各種傳感器技術對周圍的環境和目標進行智能感知，在識別和理解后，對海量信息進行實時檢索，并基于實時采集的視頻流將數字世界的多媒體內容（圖片、語音、視頻、3D模型）進行融合顯示，為用戶提供超越現實的感官體驗，如圖5所示。其典型特征表現為虛實融合、三維注冊和實時交互。由于獲取信息更加便捷，呈現方式更加自然，互動方式更加豐富，為下一代的業務體驗和模式帶來了更多的想象力。

（1）虛實融合。虛實融合是將數字世界的信息實時疊加到實時采集的視頻流上，對現有的場景進行增強渲染。其挑戰在于達到以假亂真的沉浸感，核心技術是對各種格式（2D圖片、3D模型、視頻、音頻）的增強信息進行實時渲染。

（2）三維注冊。三維注冊技術是增強現實技術中最關鍵、最難有效解決的技術之一。注冊跟蹤技術可以分為基于發射和接收裝置的追蹤器、基于手機的慣性傳感單元的手機位姿計算、基于計算機視覺的注冊跟蹤技術、多傳感器的融合方法，關鍵挑戰在于能夠實現實時、穩定、魯棒的效果。注冊跟蹤的算法計算量通常很大，這對于移動終端的計算力和電池都提出了挑戰。將算法固化到芯片中是一個降低功耗，解放CPU資源的一種選擇。

（3）實時交互。增強現實系統中的交互技術是指在真實和虛擬的融合場景中與虛擬目標之間的實時的調整，使得達到虛實融合的目的的技術。在這類場景中，交互的自然性和實時性將成為影響系統體驗的關鍵因素。常用的人機交互技術有手勢識別技術、動作識別技術、眼球跟蹤技術等。

增強現實技術正在快速地發展中，一些技術演進趨勢已經凸顯：

（1）增強現實的入口是以視覺為主的、基于多傳感器融合的智能感知技術。基于海量數據的大規模視覺檢索將成為未來的發展方向，通過海量結構化和非結構的采集和存儲技術、大規模的分布式計算技術，更高精度的智能媒體分析技術，可以將復雜的計算上移到云端，實現AR無處不在的用戶體驗。

（2）將基于終端的注冊跟蹤算法固化到芯片，在傳感器層面進一步地進行融合設計，可以提升感知精度，使得AR成為未來的終端設計的必選屬性。

（3）以magic leap為代表的光場重建技術，通過實時重建目標的全息數字信息，直接以視網膜的精度投影到人的眼睛，解決了快速配準、體驗舒適的問題，使得AR顯示技術走上了一個新的臺階。

（4）5G技術演進與發展為實時分享豐富的多媒體互動內容掃清了帶寬的限制。

4.2 人工智能

2015 年是人工智能從技術、產品到公眾認知都有重大突破的一年。幾乎所有的科技調查公司，如Gartner，宣布的戰略預測都包含人工智能（AI），同時Google、Facebook、微軟等都進行人工智能工具和算法的開源。因此，2016年人工智能技術將產生更多的應用形態，改變現有生活方式，提升用戶體驗[13]。

人工智能的本質是用機器去實現所有目前必須借助人類智慧才能實現的任務，主要分為三大部分任務：運動控制、感知智能和認知智能，實現圖6所示的功能。

近年來，基于認知智能的應用層出不窮。從應用場景的角度來看，主要有智能問答、智能客服、個人助理、智能機器人等。在這些應用場景中，涉及的技術包括：語音識別、語音合成、自然語言理解、對話管理和自然語言生成，如圖7所示。其中，語音識別和語音合成技術相對已經成熟并得到商用，而自然語言理解、對話管理和自然語言生成是當前最關鍵的三大核心技術，特征分別為：

（1）自然語言理解，包括自然語言處理、智能糾錯、和情感計算；

（2）對話管理，包括省略恢復、指代消解和問題追問；

（3）自然語言生成，包括內容檢索、相似度的計算以及答案的獲取與生成。

隨著人工智能技術與認知智能技術的不斷成熟，各行業市場的巨大需求量，與互聯網+、物聯網、智能終端的資源整合，未來5年將產生如下的一些應用形態，這將重塑和重建各行各業，如電信、辦公、家庭、醫療、金融等。

（1）基于自然語言處理（NLP）的智能客服替換呼叫中心人工坐席漸成趨勢；

（2）開拓向實體店營業廳，部分替代大堂客服；

（3）智慧家庭人機交互，替代各類遙控操作；

（4）服務機器人，養老助殘，逐漸成為家庭必需品。

5 結束語

萬物互聯的新時代，電信網絡和互聯網都面臨著極大的挑戰，構建統一的云計算基礎設施，提供以計算、存儲、網絡和安全為主要功能特征的服務能力，是服務提供商提升自身競爭力的一大趨勢，盡管軟件定義存儲和軟件定義安全的實現方案還在不斷完善之中。此外，容器技術作為熱點技術之一，盡管存在一些問題，但是容器技術在輕量級的應用部署、遷移和運維管理方面所表現出來的巨大優勢，已經成為一個較好的IT新技術實踐。對于電信網絡來說，NFV是一個概念架構，其完善和落地還需要一個過程。以用戶體驗為驅動，基于融合CDN和智能數據分析，結合增強現實技術的多媒體視頻應用必將極大地改進用戶體驗。人工智能技術在近幾年將會產生更多的應用形態，進一步重塑和重建各行各業。

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