基于開源軟件的電信業務平臺重構設計和分析

陸鋼，王哲，區洪輝，何震葦

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基于開源軟件的電信業務平臺重構設計和分析

陸鋼1，王哲2，區洪輝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）

業務平臺重構是中國電信網絡智能化重構舉措的重要組成部分，分析了業務平臺存在的問題，給出業務平臺重構的要求、架構和開源實現，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”的轉型新戰略，并發布了CTNet2025網絡架構白皮書，全面啟動了網絡智能化重構，網絡智能化重構是中國電信實施轉型新戰略的核心舉措之一。電信業務平臺是電信系統的重要組成部分，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，從業務功能來看可以分為業務管理平臺、應用平臺和能力平臺三大類。業務平臺重構也是網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務平臺[1]。

早期電信業務平臺主要是指業務應用平臺，如智能網業務控制平臺、軟交換應用服務器和短信平臺。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務。

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

?? 從基礎設施層上來看：最終形成計算、網絡、存儲3類資源的軟件定義，其中 SDN技術將改變現有網絡資源的建設和部署模式，采用軟件方式改造現有數據網絡設備，從而實現數據網絡資源的靈活調度，從而解決業務平臺數據網絡環境的部署配套；軟件定義存儲改變現有存儲資源的建設和部署模式，實現存儲資源的集中和靈活調度[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，從而實現現有基礎電信能力網元的池化承載；應用和管理平臺可以參考業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，采用開源軟件實現軟件資源的池化，從而降低軟件成本，提高開發運維效率。

2 現狀分析

2.1 業務平臺分類

中國電信業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 業務平臺分類

2.2 存在問題

現階段業務平臺建設運維主要存在以下問題。

（1）業務架構設計缺乏標準

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

?? 系統平臺架構設計缺乏系統高可用率、彈性伸縮考慮。

（2）業務功能重復建設

?? 產品煙囪式建設，平臺功能重復，系統整體資源利用率低，整體運營效率低下。

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

（3）系統開源軟件少

?? 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，開發周期長，建設成本高。

?? 缺乏開源軟件人才和專業化的軟件運維人員，維護難度大。

（4）系統資源整體利用率低

?? 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。

?? 調度不靈活，無法適應互聯網應用波峰波谷的波動需求。

（5）缺少運營式開發、運維自動化工具

?? 缺少運營式開發工具，導致開發效率低下，迭代周期長，無法響應互聯網應用需求變更。

?? 缺少運維自動化工具，導致系統部署、升級、擴容周期長，無法響應互聯網應用規模變化需求。

3 重構目標設計

3.1 重構原則

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

?? 業務應用平臺化：打造多業務共享的基礎業務平臺，實現軟件、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，統一軟件版本。

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

?? 業務功能組件化：將共性的業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整個業務平臺的軟硬件安裝、配置和啟動。

3.2 目標架構

根據以上要求設計重構目標架構如圖1所示。

（1）業務展現層

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

（2）平臺服務層

對業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，實現對能力服務的封裝，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、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，通常包括操作系統、容器、負載均衡、緩存、數據庫、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、存儲資源和網絡資源，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業務管理、平臺管理和資源管理3個部分。其中，業務管理包括應用管理和業務編排兩個主要功能，應用管理實現應用上線后的生命周期管理功能，業務編排實現對應用上先前其構成要素的協同、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、動態調度的機制等，資源編排實現軟件構成基礎要素（包括軟件、存儲、網絡等）的協同、編排和部署，集群管理主要實現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、下載等分發服務；資源管理實現對計算資源、存儲資源和網絡資源的管理。

3.3 開源實現

目前業務展現層、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[3]，見表2。

表2 業務平臺常用開源軟件

4 重構路徑分析

要實現業務平臺重構的目標，需要在統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、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務平臺重構落到實處，以下以管理平臺為例描述如何實現重構目標。

4.1 標準架構設計

標準架構設計是指對業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，從而形成業務平臺的參考性標準視圖。

以某業務管理平臺為例，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服務功能。

?? 業務邏輯服務：是各個不同的業務，比較獨特的業務邏輯的實現。

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

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

4.2 開源軟件開發

采用了業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，可以對開源軟件進行選型和評估，給出建議的開源軟件環境，新建業務平臺采用開源軟件環境進行構建，同樣以管理平臺為例，參考總體開源實現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運維環境，從而幫助軟件開發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務平臺的部署試圖、構建業務平臺軟件環境，提高業務平臺的開發部署效率，降低運營成本。

容器技術的出現為運營式開發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系統實現運營式開發。在ContainerOps開發運維系統中，各個角色的職責如下[4]。

?? 開發人員：每個微服務部件由專門開發人員負責，只需要關心容器運行的應用程序開發，無需考慮應用程序的部署，開發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，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，保證了開發環境和生產環境的一致性。ContainerOps機制的出現使得軟件的迭代開發部署更加平滑，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可以根據系統負載平滑擴容縮容，從而實現應用對于資源的動態調度，可以極大地減少運維人員的工作量，提高系統的可靠性。

5 重構建設保障

網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、人才培養多個角度發力，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的模式運作，一般包括參與者、貢獻者、合作開發者、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的技術發展和主要決策[6]，運營商、軟件提供商、個人開發者都可以以不同的角色參與其中，形成了需求、開發、維護的閉環，同時運作良好的開源軟件社區以互聯網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，開源已經成為云計算/大數據、SDN/NFV等新興領域的事實標準，源代碼替代了傳統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。

5.2 前沿技術研究

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

5.3 人才隊伍建設

在人才隊伍上要轉型，需要培養滿足企業網絡重構需求的開源人才隊伍，開源軟件降低了初期開發難度，對運營商來說是一個機會也是一個挑戰，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自有軟件，挑戰在于開源軟件對人員開發能力要求很高，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，對內挖潛方面可以充分發揮本部人員、研究院、系統內部軟件公司的特點，通過各類培訓和實踐，形成開源社區建設、開源工具操作、開源軟件開發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絡重構工作的進行。

6 結束語

在互聯網新經濟的沖擊下，運營商業務面臨著巨大的競爭壓力和挑戰，傳統網絡已經無法完全滿足新業務形態、新商業模式的要求，運營商的網絡急需重構。新的形勢引起運營商高度重視，近一年來國內外多家運營商紛紛發布了網絡重構白皮書，在戰略高度上指明了方向。在這一戰略指引下，目前業界基本形成共識，認為開源、云計算/大數據、SDN/NFV技術的迅速發展，給運營商的網絡基礎設施和業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，在網絡智能化目標指引下，利用開源軟件構建下一代業務平臺基礎設施，從思維方式、組織機制和人才培養等多方面進行轉變，深入推進網絡重構工作，為企業戰略轉型奠定堅實基礎。

[1] 韋樂平. SDN的戰略性思考[J]. 電信科學, 2015, 31(1): 7-12.

WEI L P. Strategic thinking on SDN [J]. Telecommunications Science, 2015, 31(1): 7-12.

[2] 李丹, 劉方明, 郭得科, 等. 軟件定義的云數據中心網絡基礎理論與關鍵技術[J]. 電信科學, 2014, 30(6): 48-59.

LI D, LIU F M, GUO D K, et al. Fundamental theory and key technology of software defined cloud data center network [J]. Telecommunications Science, 2014, 30(6): 48-59.

[3] 龔正, 吳治輝. Kubernetes權威指南[M]. 北京: 電子工業出版社, 2016.

GONG Z, WU Z H. Kubernetes: the definitive guide[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2016.

[4] 浙江大學SEL實驗室. Docker容器與容器云[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2015.

Software Engineering Lab of Zhejiang University. Docker and Kubernetes under the hood[M]. Beijing: Posts and Telecom Press, 2015.

[5] RAYMOND E S. 大教堂與集市[M]. 衛劍釩, 譯. 北京: 機械工業出版社, 2014.

RAYMOND E S. The Cathedral and the Bazaar[M]. Translated by WEI J F. Beijing: China Machine Press. 2014.

[6] 王廣鳳, 唐要家. 開源軟件與專有軟件的競爭[M]. 北京: 經濟管理出版社, 2015.

WANG G F, TANG Y J. The competition between open-source and proprietary software[M]. Beijing: Economy & Management Publishing House, 2015.

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、業務及核心網網絡規劃建設方面的工作。

區洪輝（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。