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摘要:電信運營商面臨著節(jié)能降耗、提升服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)創(chuàng)新的壓力,云計算技術(shù)的出現(xiàn)為解決這些壓力提供了新的思路。在基礎(chǔ)設(shè)施層面,采用虛擬化技術(shù)能夠有效提高資源利用率,提高系統(tǒng)的可伸縮性和可用性;在開發(fā)平臺層面,電信網(wǎng)能夠開放自身業(yè)務(wù)能力,為業(yè)務(wù)創(chuàng)新提供支持;在業(yè)務(wù)層面,電信網(wǎng)能夠以服務(wù)的形式提供各類軟件,開拓電信業(yè)務(wù)的范圍。云計算同時也會帶來安全、管理和標準等方面的問題,這些問題需要在發(fā)展中逐步解決。關(guān)鍵詞:云計算;虛擬化;基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù);平臺即服務(wù);軟件即服務(wù);資源池;Abstract:Telecomoperatorsfacemountingpressureforenergyefficiency,improvedservicequality,andinnovativeservices.Cloudcomputingprovidesnewwaystoaddresstheseissues.Ontheinfrastructurelayer,virtualizationtechnologycanincreaseresourceutilization,andenhancescalabilityandavailabilityofthesystem.Onthedevelopingplatformlayer,telecomnetworkcapabilitycanbeopenedtosupportthecreationofnewservices.Ontheservicelayer,telecomnetworkscansupplyvarioussoftwareasaservice,therebyextendingthescopeoftelecomservices.Cloudcomputingtechnologymayalsobringaboutproblemsassociatedwithsecurity,management,andstandards,andthesemustberesolvedstepbystep.Keywords:cloudcomputing;virtualization;IaaS;PaaS;SaaS;resourcepool;1電信領(lǐng)域面臨的問題和機遇電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到今天,已經(jīng)日益復(fù)雜和龐大。而電信網(wǎng)的建設(shè)模式并沒有根本的變化,各個電信設(shè)備廠商根據(jù)業(yè)務(wù)需求設(shè)計自己的解決方案,采用專用的軟硬件和管理系統(tǒng),不同廠家設(shè)備之間通過標準協(xié)議互通。在這種模式下,形成了開放標準下封閉的產(chǎn)品體系。隨著電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和社會環(huán)境的變化,這種模式的弊端日益顯現(xiàn)。首先,是資源利用率低,建設(shè)成本高。無論是設(shè)備初始建設(shè)還是系統(tǒng)擴容,運營商都要根據(jù)預(yù)期的最大業(yè)務(wù)容量來進行規(guī)劃。由于不同廠商的硬件設(shè)備不能共用,導(dǎo)致每一類設(shè)備都有相當大的冗余,設(shè)備和機房空間浪費嚴重。其次,能耗居高不下,節(jié)能減排壓力大。按傳統(tǒng)電信設(shè)備的設(shè)計方式,無論電信業(yè)務(wù)量有多大,設(shè)備始終運行,導(dǎo)致其設(shè)備始終按最大容量耗電。第三,維護雜,升級擴容代價大。電信設(shè)備的升級擴容是比較復(fù)雜,需要專業(yè)人員參與,也會對業(yè)務(wù)運行產(chǎn)生影響。而且,廠商軟硬件的差異,給設(shè)備維護帶來很大工作量。第四,新業(yè)務(wù)開發(fā)代價較大,業(yè)務(wù)創(chuàng)新困難。電信業(yè)務(wù)開發(fā)過程中需要考慮硬件開發(fā)、業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)、協(xié)議互通、可靠性和擴展性,整個過程周期長,投入大。另外,電信網(wǎng)原有的一些成熟的業(yè)務(wù)能力不能復(fù)用,許多開發(fā)工作不得不重復(fù)進行,制約了業(yè)務(wù)創(chuàng)新的步伐。近幾年互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展十分迅猛,許多優(yōu)秀的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在探索中逐漸找到自己的解決辦法,這就是云計算。例如,Google采用分布式計算、分布式文件系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)了在低成本設(shè)備上提供高可靠、大容量的存儲和計算能力;Amazon利用虛擬化技術(shù)出租自己冗余的設(shè)備資源獲取利潤;一些客戶關(guān)系管理(CRM)、企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)廠商在互聯(lián)網(wǎng)上推廣自己的軟件,用戶上網(wǎng)即可使用,達到了低成本高效率。云計算逐漸走向成熟,雖然目前云計算還不夠嚴謹和規(guī)范,但是它在互聯(lián)網(wǎng)的成功給電信領(lǐng)域帶來了新的思路和機遇。2云計算在電信領(lǐng)域的應(yīng)用模式云計算是一種應(yīng)用模式,它涵蓋了多種技術(shù),這些技術(shù)之間甚至有著較大的差別,但它們有著共同的特征:按需自服務(wù)、廣泛的網(wǎng)絡(luò)接入、資源池、快速彈性和服務(wù)的可度量[1]。這些特征符合電信網(wǎng)的需求,使電信網(wǎng)具有采用云計算技術(shù)的動力。在云計算架構(gòu)中,有3種角色,分別是服務(wù)提供者、服務(wù)開發(fā)者和服務(wù)消費者[2]。電信網(wǎng)的主要角色是作為服務(wù)提供者為客戶提供云計算服務(wù)。另外,服務(wù)開發(fā)者也是非常重要的角色,運營商本身、獨立開發(fā)商和個人都可以成為服務(wù)開發(fā)者。從服務(wù)類型的角度看,云計算有3種服務(wù)類型:基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)、平臺即服務(wù)(PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)。云計算服務(wù)提供商可以提供其中一種類型的服務(wù),也可以同時提供多種類型的服務(wù)。對于電信運營商來說,根據(jù)不同的目的和需求可以采用不同的云計算服務(wù)類型。下面從服務(wù)類型的角度來看云計算在電信領(lǐng)域的應(yīng)用模式。2.1基礎(chǔ)設(shè)施的云化改造電信基礎(chǔ)設(shè)施包括服務(wù)器、存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。基礎(chǔ)設(shè)施云化改造就是通過云計算技術(shù),將這些基礎(chǔ)設(shè)施由獨立的硬件設(shè)備轉(zhuǎn)化為資源池,資源池能夠被多個上層業(yè)務(wù)共享,由統(tǒng)一的管理平臺管理,這就是IaaS的概念。將物理設(shè)備轉(zhuǎn)化為資源池主要通過虛擬化技術(shù)。虛擬化技術(shù)將CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)帶寬等物理資源進行統(tǒng)一管理,使資源能夠按需地分配到各個虛擬機上。每臺虛擬機就像一臺獨立的物理服務(wù)器,操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運行在虛擬機上,它們感知不到虛擬機與物理機的差別。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計,采用虛擬化技術(shù)后,設(shè)備利用率能夠從10%提升到40%～60%,每用戶總成本下降52%,同時系統(tǒng)故障率和維護時間也大大下降[3]。成本下降主要來源于這樣幾個方面:●資源利用率的提高使物理設(shè)備投資降低。原有電信網(wǎng)中每臺設(shè)備都有固定用處,如數(shù)據(jù)庫服務(wù)器就不能用作會話服務(wù)器,即使CPU利用率不到10%,也只能空閑。采用虛擬化技術(shù)后,管理系統(tǒng)會將多個虛擬機遷移到同一臺物理上運行,資源利用率明顯提高,物理服務(wù)器實際需求量就會減少。●高效的資源調(diào)度使電力成本下降。由于虛擬機有在線遷移能力,電信業(yè)務(wù)也有著明顯的周期性。當業(yè)務(wù)量下降時,管理系統(tǒng)會將更多的虛擬機調(diào)度到一臺物理機上運行,其它物理機可以停機以節(jié)省能耗。●虛擬資源與物理設(shè)備隔離,使設(shè)備維護成本下降。資源池的維護管理要比管理各種不同的硬件設(shè)備簡單的多,而且對資源池的擴容和維護對業(yè)務(wù)沒有影響。電信網(wǎng)的云化改造收益明顯,但改造的過程并不是簡單地將應(yīng)用遷移到云計算上。由于目前電信設(shè)備的整體架構(gòu)還是比較封閉的系統(tǒng),設(shè)備廠商提供的整套設(shè)備軟硬件是不能分割的,設(shè)備無法共享,軟件也不能遷移,這些條件都與云計算資源池的概念相悖。因此,電信基礎(chǔ)設(shè)施的云化改造必將伴隨著電信設(shè)備架構(gòu)的變革。

圖1顯示的是傳統(tǒng)電信設(shè)備和云化改造后電信設(shè)備的比較,明顯的區(qū)別是傳統(tǒng)電信設(shè)備的物理設(shè)備由統(tǒng)一的資源池代替。為了適應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的云化改造,電信系統(tǒng)的設(shè)計和部署將會有如下變化:●軟件的功能分配、主備關(guān)系不依賴于硬件設(shè)備。傳統(tǒng)設(shè)備一般會確定機框里每塊處理板的功能,板卡之間的主備關(guān)系,甚至軟件模塊間通信也是以板卡位置為依據(jù)。這些依賴于硬件的因素都必須改造,取代軟件功能模塊間的邏輯關(guān)系。●系統(tǒng)的管理范圍和方式發(fā)生變化。硬件資源將不再分別管理,而是由云計算平臺統(tǒng)一管理。云計算平臺會屏蔽某些物理設(shè)備的變化,如升級、擴容、故障切換等等,在必要時,云計算平臺會將資源池的事件上報給上層應(yīng)用,上層應(yīng)用會做出適當?shù)捻憫?yīng)。●系統(tǒng)的部署方式發(fā)生變化。由過去安裝、配置、調(diào)試和運行的過程,變成資源申請和虛擬機映像載入的過程。虛擬機映像是包含操作系統(tǒng)和已經(jīng)安裝調(diào)試好的應(yīng)用軟件的映像文件,能夠直接在虛擬機中運行,省掉了復(fù)雜的中間過程。●業(yè)務(wù)調(diào)度模式發(fā)生變化。業(yè)務(wù)量調(diào)度的模式不再是由固定數(shù)量的處理板分擔任務(wù),實際承擔任務(wù)的虛擬機個數(shù)可以動態(tài)變化,調(diào)度器可隨時根據(jù)需要申請資源。正是由于這些變化,電信基礎(chǔ)設(shè)施的云化改造是一個漸進的過程,需要運營商和設(shè)備商通力合作,共同解決改造中的問題,逐步推進云計算的應(yīng)用。2.2利用云計算提供業(yè)務(wù)創(chuàng)新平臺對于業(yè)務(wù)創(chuàng)新平臺,從智能網(wǎng)開始,電信領(lǐng)域就已經(jīng)探索過多年,目前開發(fā)一個新業(yè)務(wù)依然比較困難。相對來說,互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的開發(fā)更簡潔一些,有許多成熟的框架和工具,接口協(xié)議也比較靈活。云計算PaaS的概念就更進一步,開發(fā)平臺作為服務(wù)提供,開發(fā)人員只需購買相應(yīng)的服務(wù)就可以進行業(yè)務(wù)開發(fā)和部署。Google的AppEngine是比較典型的PaaS平臺,開發(fā)者可以用Python或Java語言開發(fā)Web應(yīng)用,并直接部署在AppEngine上,AppEngine能夠支持自動擴展和負載均衡。因此,一個Web應(yīng)用最復(fù)雜的部分由平臺來解決,開發(fā)者只需按業(yè)務(wù)需求開發(fā)業(yè)務(wù)邏輯即可。實際上,大多數(shù)電信業(yè)務(wù)本身邏輯并不復(fù)雜,難點主要是信令和協(xié)議的復(fù)雜性、高可用性和擴展性的處理,以及昂貴的部署平臺等。而依照PaaS的觀點,這些問題都應(yīng)由云計算平臺來解決,并以服務(wù)的形式提供給開發(fā)者。圖2是符合電信業(yè)務(wù)特點的一種典型的PaaS架構(gòu)。它主要的組成部分有:●基礎(chǔ)服務(wù):提供業(yè)務(wù)開發(fā)基本的支撐功能,如分布式數(shù)據(jù)庫[4]、分布式文件系統(tǒng)[5]、分布式計算框架[6]和分布式緩存等,這些服務(wù)具有專用的應(yīng)用程序編程接口(API),開發(fā)者通過調(diào)用API來訪問具體的功能。基礎(chǔ)服務(wù)本身也提供高可用性和擴展性。●業(yè)務(wù)支撐服務(wù):提供業(yè)務(wù)相關(guān)的支撐功能,如用戶管理、計費認證、日志功能、業(yè)務(wù)路由、策略控制等,這些服務(wù)提供了電信業(yè)務(wù)通用的功能模塊。●業(yè)務(wù)組件服務(wù):提供基本的業(yè)務(wù)組件,如語音、會議、短信、彩信、位置等,互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)也可以作為業(yè)務(wù)組件提供,如搜索、地圖、社區(qū)等。這些組件通過開發(fā)語言編程進行組合生成新業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)相關(guān)的信令和協(xié)議都由API屏蔽,開發(fā)者完全可以不關(guān)心。●業(yè)務(wù)開發(fā)和運行環(huán)境:提供給開發(fā)者完整的業(yè)務(wù)開發(fā)環(huán)境,業(yè)務(wù)開發(fā)完成后可直接部署在平臺上。開發(fā)者可免去購買硬件設(shè)備的費用,平臺保證業(yè)務(wù)運行時有著充分的資源保障。●運營支撐和監(jiān)控管理功能:提供對整個平臺業(yè)務(wù)的運營支撐能力,也為開發(fā)者提供監(jiān)控管理自身業(yè)務(wù)的能力。在電信網(wǎng)中采用PaaS模式,使開發(fā)電信業(yè)務(wù)的入門成本大大降低,大量的開發(fā)人員可以進入電信業(yè)務(wù)的開發(fā)隊伍中。互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的成果和創(chuàng)新能力也能融入到平臺中,使電信網(wǎng)絡(luò)成為一個開放的和融合的網(wǎng)絡(luò)。2.3以軟件即服務(wù)的形式提供多樣化服務(wù)軟件即服務(wù)指的是指將軟件部署在互聯(lián)網(wǎng)上,用戶通過互聯(lián)網(wǎng)使用軟件,而不是購買軟件版權(quán)。目前提供SaaS服務(wù)比較成功的是企業(yè)管理軟件廠商。電信業(yè)務(wù)發(fā)展到現(xiàn)在,能選擇的業(yè)務(wù)主要還是語音、視頻、短信、彩信,以及一些衍生出來的業(yè)務(wù)。而技術(shù)的發(fā)展給電信業(yè)務(wù)提供了廣闊的發(fā)展空間。從通信終端來看,電話機發(fā)展到智能手機,終端的能力有了質(zhì)的提升,智能終端已經(jīng)成為集通信、娛樂、辦公于一體的設(shè)備。智能終端潛力的發(fā)揮需要網(wǎng)絡(luò)的支持,借助SaaS的思想,電信網(wǎng)絡(luò)就能夠提供比傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)更多樣化的服務(wù)。圖3是以SaaS模式提供電信業(yè)務(wù)的邏輯框圖。它的特點是應(yīng)用軟件由SaaS平臺提供和管理,數(shù)據(jù)也存儲在平臺上。終端不安裝軟件,也不保存數(shù)據(jù),而是通過客戶端來使用軟件和訪問數(shù)據(jù),客戶端可以是瀏覽器或小應(yīng)用程序(Widgets)。由于終端只用作呈現(xiàn)界面,不做業(yè)務(wù)處理,所以對處理能力要求不高,娛樂、公、生活各方面的軟件都可以在終端上流暢使用。客戶端可以設(shè)計成與運行平臺無關(guān),用戶可以在普通電腦上使用同樣的客戶端,這樣用戶就可以在普通電腦和移動終端上使用同一個軟件,實現(xiàn)無縫切換,給辦公生活帶來很大便利和樂趣。SaaS模式提供的軟件費用低、免維護、而且用戶數(shù)據(jù)由平臺保護,安全性也得到提高,是未來軟件應(yīng)用模式的一個發(fā)展方向。SaaS平臺與PaaS平臺有著密切的關(guān)系,完善的PaaS平臺能夠吸引大量的開發(fā)人員參與SaaS軟件的開發(fā)。只有軟件豐富多彩了,才能推動電信多樣化服務(wù)走向成熟。3采用云計算技術(shù)需要解決的問題云計算在互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)有了數(shù)年的應(yīng)用經(jīng)驗,但在電信網(wǎng)中的成熟應(yīng)用還需要一個過程。首先是安全問題,云計算是多用戶共享資源的,必須保證用戶信息的安全性,用戶數(shù)據(jù)不被竊取和損壞,因此用戶數(shù)據(jù)的隔離和加密保護非常關(guān)鍵。其次是管理問題,采用云計算后,電信網(wǎng)的管理模式將會有較大變化,需要一個適應(yīng)過程。另外,是標準規(guī)范問題,云計算的標準還不完善,雖然已經(jīng)有了一些標準,如開放虛擬化格式(OVF)[7],但大多數(shù)接口API還是各廠家私有的,互通存在著問題。這些問題需要運營商和設(shè)備商共同推動,在應(yīng)用中逐步解決。4結(jié)束語云計算的發(fā)展給電信領(lǐng)域帶來了解決自身問題的機遇,云計算的IaaS、PaaS和SaaS3種服務(wù)模式都可以在電信網(wǎng)中得到應(yīng)用。從傳統(tǒng)的模式向云計算遷移,電信網(wǎng)在架構(gòu)上有著較大的革新,需要一個逐步推進的過程。在采用云計算技術(shù)的過程中,存在著一些安全和管理方面的問題需要解決,這些問題并不影響電信網(wǎng)采用云計算的大方向。在云計算技術(shù)的推動下,電信網(wǎng)會更加開放和靈活,電信與互聯(lián)網(wǎng)會進一步融合。5參考文獻[1]MELLP,GRANCET.TheNISTDefinitionofCloudComputing,Version15[R].WhitePaper,V15.2009.[2]CloudComputingUseCaseDiscussionGroup.CloudComputingUseCases[R].WhitePaper,V2.0.2009.[3]GILLENA,GRIESERT,PERRYR.BusinessValueofVirtualization:RealizingtheBenefitsofIntegratedSolutions[R].WhitePaper,IDC.2008.[4]CHANGF,DEANJ,GHEMAWATS,etal.Bigbr:ADistributedStorageSystemforStructuredData[C]//Proceedingsofthe6thUSENIXSymposiumonOperationSystemsDesignandImplementation(OSDI''''06),Nov6-8,2006,Seattle,WA,USA.NewYork,NY,USA:ACM,2006.[5]GHEMAWATS,GOBIOFFH,LEUNGST.TheGoogleFileSystem[C]//Proceedingsofthe19thACMSymposiumonOperatingSystemsPrinciples(SOSP’03),Oct19-22,2003,BoltonLanding,NY,USA.NewYork,NY,USA:ACM,2003.[6]DEANJ,GHEMAWATS.MapReduce:SimplifiedDataProcessingonLargeClusters[C]//Proceedingsofthe7thUSENIXSymposiumonOperationSystemsDesignandImplementation(OSDI''''04),Dec6-8,2004,SanFrancisco,CAUSA.NewYork,NY,USA:ACM,2004.[7]OpenVirtualizationFormatSpecification,V1.0.0[R].DMTF,2009.