詹 義，段偉希，胡曉彥

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)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(dòng)通信的快速發(fā)展，移動(dòng)用戶數(shù)量隨之快速增長(zhǎng)。截至2010年底，我國(guó)3G用戶累計(jì)人數(shù)達(dá)到3 000萬(wàn)，2G用戶達(dá)到6億，固定電話用戶達(dá)2億多，寬帶用戶達(dá)1億多。為了給用戶提供更好的服務(wù)保障，國(guó)內(nèi)各大通信運(yùn)營(yíng)公司從轉(zhuǎn)型和持續(xù)發(fā)展的需要出發(fā)，建設(shè)了大量的IT支撐系統(tǒng)，這些系統(tǒng)為提升公司的經(jīng)營(yíng)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(yīng)需急建，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，存在很多問(wèn)題。

·IT系統(tǒng)和平臺(tái)基本都是“煙囪化”建設(shè)，相互獨(dú)立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享，信息“孤島”眾多。

·系統(tǒng)建設(shè)周期長(zhǎng)，無(wú)法快速提供能力。

·IT基礎(chǔ)資源無(wú)法動(dòng)態(tài)調(diào)配和共享，資源緊張和浪費(fèi)的現(xiàn)象并存。

·能耗大，能源利用率低。

·IT投資不斷加大，運(yùn)行維護(hù)成本不斷提升，IT基礎(chǔ)資源數(shù)量、品種繁多，對(duì)IT人員運(yùn)維要求越來(lái)越高。

1.2 云計(jì)算技術(shù)對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商的影響

隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，“云”時(shí)代的到來(lái)對(duì)通信運(yùn)營(yíng)商而言是個(gè)發(fā)展契機(jī)，可以從兩個(gè)方面體現(xiàn)。

（1）私有云實(shí)現(xiàn)IT基礎(chǔ)架構(gòu)的革新

隨著企業(yè)向精益化管理的轉(zhuǎn)型，構(gòu)建企業(yè)IT基礎(chǔ)平臺(tái)，整合并規(guī)劃企業(yè)的IT基礎(chǔ)資源已成為企業(yè)的迫切需求。

通過(guò)整合現(xiàn)有的IT基礎(chǔ)資源，構(gòu)建統(tǒng)一的基于云計(jì)算的IT支撐系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，能夠有效提升IT支撐系統(tǒng)的響應(yīng)能力，降低企業(yè)IT投入成本，同時(shí)還能加快新業(yè)務(wù)創(chuàng)新、孵化和部署的速度，遵循節(jié)能減排的號(hào)召，通過(guò)整合軟硬件資源，減少數(shù)據(jù)中心對(duì)空間、能源、環(huán)境方面的需求，降低運(yùn)維成本，提高運(yùn)維效率，從而有效提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

在業(yè)務(wù)平臺(tái)（如在短信、彩信、WAP等數(shù)據(jù)和信息服務(wù)平臺(tái)）建設(shè)中充分考慮異構(gòu)、異地的虛擬化方案，通過(guò)云計(jì)算提升網(wǎng)絡(luò)效率和可靠性。

（2）提供公共云服務(wù)，運(yùn)營(yíng)商開拓新“藍(lán)?！?/p>

隨著傳統(tǒng)移動(dòng)通信市場(chǎng)的飽和，運(yùn)營(yíng)商也迫切需要尋找新的業(yè)務(wù) “藍(lán)?！?，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展提供一個(gè)契機(jī)，而云計(jì)算技術(shù)正是推動(dòng)運(yùn)營(yíng)商開拓新業(yè)務(wù)“藍(lán)?！钡挠辛ξ淦?。

運(yùn)營(yíng)商可以充分利用云計(jì)算特點(diǎn)，采用創(chuàng)新的服務(wù)能力、商務(wù)模式和業(yè)務(wù)形式，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，依托新一代數(shù)據(jù)中心，適時(shí)建設(shè)低成本的IDC云計(jì)算平臺(tái)，面向企業(yè)客戶和個(gè)人客戶提供高可靠性、安全、高效的電信級(jí)IDC云計(jì)算服務(wù)。

2 云計(jì)算技術(shù)

2.1 云計(jì)算定義

云計(jì)算是一種采用大量低成本標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算單元，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算和存儲(chǔ)資源的共享和按需分配的IT技術(shù)。

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

2.2 云計(jì)算特點(diǎn)

計(jì)算和存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展在云計(jì)算時(shí)代將全面進(jìn)入服務(wù)時(shí)代，用戶享受高性能的計(jì)算資源和軟件資源，軟硬件的實(shí)體將全部隱身于“云”端，惟一面向用戶的只有服務(wù)。云計(jì)算具有以下特點(diǎn)。

·集中化，跨地域。由具備一定規(guī)模的多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成IT系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)模幾乎可以無(wú)限擴(kuò)大；能夠?qū)⒎植加诙鄠€(gè)物理地點(diǎn)的資源進(jìn)行整合。

·系統(tǒng)具備高度的擴(kuò)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(diǎn)間實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。系統(tǒng)提供一種或多種形式的計(jì)算或存儲(chǔ)能力資源池，如物理服務(wù)器、虛擬服務(wù)器、事務(wù)和文件處理能力或任務(wù)進(jìn)程（如并行計(jì)算）以及存儲(chǔ)能力。資源池可通過(guò)抽象化方式提供，并能夠同時(shí)為多種應(yīng)用提供服務(wù)。

·動(dòng)態(tài)分配，實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)分配管理，包括資源即時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)度等，并能夠提供使用量監(jiān)控和管理功能。

2.3 云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)

云架構(gòu)通過(guò)虛擬化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化的方式有機(jī)地整合了“云”中的硬件和軟件資源，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將“云”中的服務(wù)交付給用戶。云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

（1）IaaS

基礎(chǔ)設(shè)施層是經(jīng)過(guò)虛擬化后的硬件資源和相關(guān)管理功能的集合?！痹啤敝械挠布Y源包括計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等資源?；A(chǔ)設(shè)施層通過(guò)虛擬化技術(shù)對(duì)這些物理資源進(jìn)行抽象，并且實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部流程自動(dòng)化和資源管理優(yōu)化，向外部提供動(dòng)態(tài)、靈活的基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)。

基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù) （IaaS）交付給用戶的是基本的基礎(chǔ)設(shè)施資源，該層向用戶提供了虛擬化的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源。這些資源能夠根據(jù)用戶的需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。

（2）PaaS

平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）為用戶提供開發(fā)環(huán)境、通用組件或平臺(tái)，平臺(tái)層在基礎(chǔ)設(shè)施層和應(yīng)用層之間，是具有通用性和可復(fù)用性的軟件資源的集合，為云應(yīng)用提供了開發(fā)、運(yùn)行、管理和監(jiān)控的環(huán)境。平臺(tái)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(yīng)用要求。

PaaS交付給用戶的是豐富的“云中間件”資源，包括應(yīng)用容器、數(shù)據(jù)庫(kù)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(yīng)用。

（3）SaaS

應(yīng)用層是“云”上應(yīng)用軟件的集合，這些應(yīng)用構(gòu)建在基礎(chǔ)設(shè)施層提供的資源和平臺(tái)層提供的環(huán)境之上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交付給用戶。云應(yīng)用種類繁多，第1類是受眾群體龐大的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，第2類是定制的服務(wù)應(yīng)用，第3類是用戶開發(fā)的多元應(yīng)用。

第1類主要滿足個(gè)人用戶的日常生活辦公需求，如文檔編制、日歷管理、登錄認(rèn)證等；第2類主要面向企業(yè)和機(jī)構(gòu)用戶的可定制解決方案，如財(cái)務(wù)管理、供應(yīng)鏈管理和客戶關(guān)系管理等；第3類是由獨(dú)立軟件開發(fā)商或開發(fā)團(tuán)隊(duì)為了滿足某一類特定需求而提供的創(chuàng)新型應(yīng)用，一般在公有云平臺(tái)上搭建。軟件廠商將應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在服務(wù)器或服務(wù)器集群上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供給用戶；用戶也可以根據(jù)自己的實(shí)際需要向軟件廠商定制或租用適合自己的應(yīng)用軟件。

3 云計(jì)算在電信IT支撐系統(tǒng)中的應(yīng)用

基于運(yùn)營(yíng)商IT支撐系統(tǒng)的現(xiàn)狀與云計(jì)算技術(shù)發(fā)展情況，目前云計(jì)算在IT支撐系統(tǒng)的應(yīng)用主要從兩方面入手：服務(wù)器虛擬化和存儲(chǔ)虛擬化。

3.1 服務(wù)器虛擬化

服務(wù)器虛擬化就是把服務(wù)器所擁有的物理資源通過(guò)虛擬化技術(shù)映射成虛擬資源。而這些虛擬資源在操作系統(tǒng)和應(yīng)用的使用上是相對(duì)獨(dú)立的，這樣就可以在同一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上運(yùn)行多個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)及相互獨(dú)立的應(yīng)用。服務(wù)器所擁有的資源（如CPU、內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡(luò)資源等）可以被這些應(yīng)用環(huán)境共享。配合其他諸如工作負(fù)載管理等技術(shù)，可以讓服務(wù)器在滿足不同類型的工作負(fù)載服務(wù)水平的同時(shí)，充分利用服務(wù)器的物理資源。

隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展，目前業(yè)界已經(jīng)有多種服務(wù)器虛擬化技術(shù)，Unix服務(wù)器領(lǐng)域有IBM的 Power VM技術(shù)，hp的 nPAR、vPar技術(shù)，Sun的 Dynamic System Domain分區(qū)技術(shù)，PC服務(wù)器上的VMware、Hyper-V等技術(shù)。從技術(shù)上講，各個(gè)廠商的服務(wù)器虛擬化技術(shù)主要可以劃分為硬件物理分區(qū)、邏輯分區(qū)、虛擬機(jī)和操作系統(tǒng)層面的虛擬化。每種技術(shù)都有各自的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可根據(jù)具體需要進(jìn)行選擇。

·硬件分區(qū)之間的獨(dú)立性更強(qiáng)，可靠性相對(duì)更高，但其靈活性較差。

·操作系統(tǒng)級(jí)的虛擬化技術(shù)有利于更大限度地使用系統(tǒng)資源，減少需要維護(hù)的操作系統(tǒng)個(gè)數(shù)，但一旦主操作系統(tǒng)出現(xiàn)故障，其上所有應(yīng)用分區(qū)都將無(wú)法提供服務(wù)。

·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(dòng)態(tài)調(diào)配資源的能力，可以在同一臺(tái)主機(jī)的不同分區(qū)中安裝異構(gòu)的操作系統(tǒng)。

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

云計(jì)算大規(guī)模、低成本、高度彈性、自動(dòng)管理等特征，對(duì)服務(wù)器硬件架構(gòu)提出新的要求。相比小型機(jī)系統(tǒng)，x86服務(wù)器成本低，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，符合IT系統(tǒng)云計(jì)算演進(jìn)趨勢(shì)，通過(guò)構(gòu)建x86服務(wù)器集群和云架構(gòu)IT系統(tǒng)，能夠在性能、可靠性等方面提供與傳統(tǒng)Unix服務(wù)器相當(dāng)?shù)哪芰?；能夠?qū)崿F(xiàn)更好的大規(guī)模擴(kuò)展性，同時(shí)在成本、通用性、標(biāo)準(zhǔn)化等方面也具有很大優(yōu)勢(shì)；能夠滿足大多數(shù)業(yè)務(wù)的需求，也符合IT系統(tǒng)云計(jì)算演進(jìn)趨勢(shì)。IT系統(tǒng)從傳統(tǒng)Unix小型機(jī)+數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)向x86服務(wù)器集群和云計(jì)算架構(gòu)演進(jìn)，是IT系統(tǒng)云計(jì)算化的重要技術(shù)方向。

3.2 存儲(chǔ)虛擬化

存儲(chǔ)虛擬化是把分散的不同品牌或不同級(jí)別的存儲(chǔ)產(chǎn)品統(tǒng)一到一個(gè)或幾個(gè)大的存儲(chǔ)池下，用戶看見的不再是孤立、分散的系統(tǒng)，而是一個(gè)統(tǒng)一的整體。用戶管理的也是一個(gè)整體存儲(chǔ)，而不是一個(gè)個(gè)具體的系統(tǒng)。在物理存儲(chǔ)系統(tǒng)和服務(wù)器之間增加一個(gè)虛擬層，使用者只和邏輯存儲(chǔ)打交道，而存儲(chǔ)硬件的增減、調(diào)換、分拆、合并對(duì)使用者完全透明。對(duì)于存儲(chǔ)的管理者來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)虛擬化的引入，使得存儲(chǔ)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(chǔ)虛擬化方法。

（1）基于主機(jī)的虛擬存儲(chǔ)

基于主機(jī)的虛擬存儲(chǔ)依賴于代理或管理軟件，它們安裝在一個(gè)或多個(gè)主機(jī)上，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)虛擬化的控制和管理，這種實(shí)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(hào)被映射成邏輯卷號(hào)，邏輯卷管理軟件把多個(gè)不同的磁盤陣列映射成一個(gè)虛擬的邏輯塊空間。通過(guò)在服務(wù)器上安裝虛擬存儲(chǔ)管理軟件，實(shí)現(xiàn)各物理存儲(chǔ)體的集成映射。

基于主機(jī)的虛擬化存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)容易，可在不需要硬件支持的條件下實(shí)現(xiàn)形式多樣的存儲(chǔ)管理，對(duì)改善存儲(chǔ)系統(tǒng)的可管理性，提高存儲(chǔ)的安全性和可靠性很有益處。由于控制軟件運(yùn)行在主機(jī)上，會(huì)占用主機(jī)的處理時(shí)間，主機(jī)數(shù)量越多，實(shí)施/管理成本越高。因此，這種方法的可擴(kuò)充性較差，實(shí)際運(yùn)行的性能不是很好?；谥鳈C(jī)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(chǔ)虛擬化還可能由于不同存儲(chǔ)廠商軟硬件的差異帶來(lái)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(chǔ)設(shè)備的虛擬存儲(chǔ)

基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬存儲(chǔ)針對(duì)異構(gòu)SAN構(gòu)架，獨(dú)立于主機(jī)，存儲(chǔ)設(shè)備可以連接多臺(tái)主機(jī)，此時(shí)虛擬過(guò)程是在陣列控制器上完成將一個(gè)陣列上的存儲(chǔ)容量劃分為多個(gè)存儲(chǔ)空間，供不同的主機(jī)系統(tǒng)訪問(wèn)。

該方法虛擬化技術(shù)成熟，應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)小，較容易實(shí)現(xiàn)，更容易管理，同時(shí)對(duì)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(chǔ)控制器的資源，異構(gòu)廠商盤陣的高級(jí)存儲(chǔ)功能將不能使用。

表1 存儲(chǔ)虛擬化方法適用場(chǎng)景

（3）基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬存儲(chǔ)

基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化通過(guò)在存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)這一級(jí)采用智能化的路由器、交換機(jī)或者增加一個(gè)元數(shù)據(jù)服務(wù)器等，實(shí)現(xiàn)虛擬化的工作，它通過(guò)提供一種中央虛擬化方式將網(wǎng)絡(luò)中的存儲(chǔ)資源集中起來(lái)管理，提供了一個(gè)“開放”的虛擬實(shí)施環(huán)境。缺點(diǎn)是存儲(chǔ)陣列的兼容性需要嚴(yán)格驗(yàn)證，原有盤陣的高級(jí)存儲(chǔ)功能將不能使用?；诰W(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬適用范圍廣，提供產(chǎn)品的廠商最多，但由于引入新的硬件設(shè)施，會(huì)帶來(lái)新的故障點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)性能開銷。

針對(duì)每種方法的特點(diǎn)，表1給出相應(yīng)的適用場(chǎng)景。

4 電信IT支撐系統(tǒng)應(yīng)用云技術(shù)的挑戰(zhàn)與策略

目前，IT的管理模式和云計(jì)算的管理模式在有些方面存在著一定的矛盾，因?yàn)樵朴?jì)算強(qiáng)調(diào)集中化、跨系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)以及應(yīng)用平臺(tái)資源的分層耦合管理，這與傳統(tǒng)“煙囪”式的系統(tǒng)建設(shè)與管理存在很大區(qū)別。由此可見，引入云計(jì)算技術(shù)，在IT系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維管理方面面臨很大的挑戰(zhàn)，為了能夠更好地適應(yīng)云平臺(tái)，需要在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行一定的變革。

由于“云”對(duì)外部不透明，云計(jì)算的服務(wù)提供并沒(méi)有對(duì)業(yè)務(wù)給出細(xì)節(jié)的具體說(shuō)明，如何在內(nèi)部IT支撐和對(duì)外服務(wù)中給業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供安全可信的服務(wù)，是云計(jì)算的重要影響因素之一。同時(shí)，云計(jì)算沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)云計(jì)算廠商和服務(wù)商都在各自為戰(zhàn)。各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織的進(jìn)展也比較快，業(yè)務(wù)保障不夠完備，不同的“云”之間缺乏互操作性，這也為云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，運(yùn)營(yíng)商在IT支撐系統(tǒng)中引入云計(jì)算技術(shù)應(yīng)當(dāng)緊跟當(dāng)前技術(shù)的最新進(jìn)展，從服務(wù)器虛擬化和存儲(chǔ)虛擬化入手，逐步推進(jìn)支撐”云”向以x86架構(gòu)為主的云計(jì)算和云存儲(chǔ)平臺(tái)演進(jìn)。同時(shí)，新技術(shù)的引入不應(yīng)影響目前運(yùn)營(yíng)商各IT支撐系統(tǒng)的正常運(yùn)行，即在保證系統(tǒng)質(zhì)量的情況下，進(jìn)行云計(jì)算平臺(tái)的建設(shè)。云計(jì)算的引入要充分保護(hù)IT支撐系統(tǒng)的已有投資，不能盲目追求云計(jì)算平臺(tái)規(guī)模，要與IT支撐系統(tǒng)現(xiàn)狀緊密結(jié)合。

1 房秉毅,張?jiān)朴?程瑩.云計(jì)算國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析.電信科學(xué),2010,26(8)

2 潘松柏,張?jiān)朴?陳清金.云計(jì)算安全關(guān)鍵技術(shù)分析.電信科學(xué),2010,26(10)