云计算对电信运营商信息化的影响及演进策略

云计算对电信运营商信息化的影响及演进策略谢智刚 张洋2012-12-18 15:59:45来源：现代电信科技2012年第08期摘要：针对云计算的重要特点和电信运营商企业信息化系统的发展阶段提出在电信运营商的信息化系统中分阶段引入云计算的思路。首先分析云计算所包含的重要技术，然后结合实际提出我国电信运营商引入云计算的总体思路，并进一步提出各类信息化系统的云计算演进方案。关键词：云计算，电信运营商，信息化近年来，“云计算”在ICT行业成为最为热门的一个词语。在“云”这个概念之下其实有很多技术和业务形态，而业界还未对云计算形成一个特别清晰的共识，据统计可以找到的云计算定义达到40多种，而且这个数目还在增长。在众多各具特点的云计算定义中，美国的NIST组织(NIST：National Institute of Standards and Technology)集合主要知名IT企业和研究机构讨论后给出的定义被引用次数最多，即“云计算是一种能够方便按需从网络访问共享的可配置计算资源(如网络、服务器、存储、应用程序和服务)池的模型，且只需最少的管理或服务提供方交互即可快速供应和发布该模型”。“此云计算模型可提升可用性，具有以下特征和组成部分：5个重要特征：按需自助服务、资源池化、快速伸缩、按使用量收费的服务、广泛的网络访问；3种服务模型：SaaS(Software as a Service)、PaaS(Platform as a Service)、IaaS(Infrastructure as a Service)。4种部署模型：公有云、私有云、社区云、混合云”。1电信运营商为支撑自身业务运营和网络维护，构建了大量的IT支撑系统。以中国移动为例，2011年其6%的资本开支(计77.1亿元)用于IT支撑系统的建设2。但是，传统建设模式中，IT系统的基础资源分配相对固化，一般存在以下问题：(1)项目建设周期过长，对新业务的支撑进度相对缓慢，无法满足快速变化的市场需求；(2)底层的硬件架构制约上层的应用扩展，支撑系统时常需要扩容或迁移；(3)核心支撑系统一般采取1+1备份方式来确保安全，资源利用率不高；(4)基础设施维护人员无法复用，维护效率难以提高。云计算的特性：“按需自助服务、资源池化、快速伸缩”能够有效解决上述问题。可是何时以及怎样引入云计算，对于企业IT的技术架构、运营模式和组织架构有怎样的影响等问题，都是需要我们讨论的。1 引入云计算的技术环境分析云计算涉及的技术可以总结为如下三个层面：(1)数据中心：包括绿色数据中心技术、数据中心规划布局和模块化数据中心技术；(2)系统平台：包括硬件平台的选择、虚拟化和资源池、分布式和并行计算；(3)平台接口：包括业务接口和管理接口等。1.1 数据中心数据中心是包括数据中心内外部的物理设施，包括机房、电力、制冷、通信传输等以及数据中心运营制度和人员的综合体。目前新一代数据中心的建设目标和相关技术在行业内基本达成了一致，已经存在较成熟的商业方案。计世资讯提出的“中国企业级数据中心能力等级指标”定义一系列的评价指标，将数据中心的成熟度水平分为5个级别：Tier 0欠水平数据中心、Tier 1低能力数据中心、Tier 2中能力数据中心、Tier 3高能力数据中心、Tier 4最佳实践。31.2 系统平台云计算的系统平台从硬件、资源池和分布式三个方面分别阐述。(1)硬件。硬件方面主要涉及专用体系架构和X86两种体系架构的计算设备的选择。硬件还包括存储和网络设备。目前针对存储和网络设备业界已经基本实现标准化和不同厂家设备的互通和互操作，因此在此不做详细讨论。专用体系架构的特点是采用服务器厂商自主的RISC指令集的专门芯片，采用UNIX类型的操作系统。它的优点是长期作为企业级服务器，经过长期实际运用的考验，单机稳定性高；另外RISC指令集执行效率较高，因此单机处理能力(TPMC)高。它的缺点是成本较高，每万TPMC价格是X86的23倍；另外，厂家技术封闭，不能实现不同厂商之间资源互通和共享；第三，开发和使用门槛高。专用体系架构服务器的主要厂商是北美服务器巨头，包括：IBM、HP、Oracle等。X86服务器的特点是具有和PC机一样指令集的通用芯片，采用Linux或者Windows操作系统。它的优点首先是因为通用性高而具有的规模优势，研发成本高度分摊，成本相对低廉，采用X86服务器可以以更小的代价实现高冗余高可靠性的云计算；其次行业链支持好，发展很快，更容易找到服务器定制厂商；再次是硬件标准化程度高，现在的虚拟化软件可以实现跨厂商资源共享；最后是开发和使用门槛低。X86服务器的缺点是：第一，单机稳定性较低；第二，单机的处理能力仍然落后；第三，作为核心服务器的场景不多。X86服务器的主要生产商是服务器厂商的后进人者如Dell、联想、浪潮、华为等。尽管如上述分析所示，专用体系架构服务器和X86服务器各有优缺点，我们认为X86体系前景更看好，理由如下：X86服务器单机性能逐渐接近同档次的小型机，而价格优势依然明显。云计算下单机的可靠性要求大大降低。云计算使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，单点的可靠性要求大大降低。另外，现在广泛用于手机、平板电脑的ARM芯片也许是X86之外云计算可能广泛采用的另一种通用硬件平台。(2)资源池。云计算的资源池包括两方面的关键技术，即虚拟化和资源池化管理技术。目前虚拟化技术已经接近成熟。虚拟化技术发展历史最长，除了安全性，效率优化等局部问题已经接近成熟，并且从软件实现转向由硬件实现。我们的调研显示，资源池化管理技术跨数据中心做动态虚拟机迁移、可管理节点数量、小型机虚拟机管理互通性等方面距离商业实用仍存在较大的差距。(3)分布式。分布式问题由来已久，把多台机器合并成一台机器是梦寐以求的目标。Google拥有三大核心技术，即分布式存储(GFS)、分布式数据库(BigTable)和分布式计算(MapReduce)，全部是分布式的核心技术。通过分布式技术的开发和应用，领先的互联网企业拥有最高水平的高动态弹性(Highly Dynamic Scalability)，作为核心竞争力而封闭。而传统IT设备商担心挑战已有的集中化高端计算机和存储市场而在分布式解决方案的研发方面犹豫不决。基于以上情况，分布式开源技术成为最活跃的领域。由于云计算的出现，分布式技术门槛降低，而应用前景广阔，因此新进入服务器市场的厂商特别青睐分布式技术。图1 企业IT向云计算演进路线图41.3 云计算标准化云面向用户的外部接口以及云之间的接口是标准化的重点，目前有超过30个组织宣称开展云计算标准化活动，但成果不多。以DMTF为例，其董事会包括AMD、Broadcom、CA、思科、思杰、EMC、富士通、惠普、华为、IBM、英特尔、微软、甲骨文和VMWare。特点是IT厂商主导，电信企业和互联网企业缺席。与会厂商属于竞争关系，很难促成云计算技术和接口开放。2 云计算对信息化系统影响及发展策略2.1 云计算引入的总体思路研究表明，当企业信息化规模达到一定程度，建设私有云的投资效益更好。拥有海量数据和大量信息化设施的电信运营商适合于继续拥有自己的信息化设施。企业信息化一般包括IT基础设施架构、数据和应用架构两个层面。云计算侧重于从基础设施入手，实现IT基础设施的服务化。而面向服务架构(SOA：Service-Oriented Architecture)则专注于从数据和应用架构这个层面实现IT解耦和标准化。我们认为，云计算的引入，一是不会从根本上改变企业信息化架构，但会促使企业信息化架构整体上松耦合和扩展；二是会从根本上优化和提升基础设施架构；三是对应用和数据架构有更好的支撑作用。业界总结的企业向云计算演进的三个阶段如图1所示。目前，我国电信企业信息化符合第一个阶段即大集中阶段的特点。本阶段主要特点是实现系统的物理集中化部署和系统模块标准化。未来第二个阶段将逐步进行虚拟化和池化管理改造，形成数据中心的整体转变。第三个阶段将通过提升业务运营能力建立一个弹性、动态的整体IT基础架构。我国电信运营商引入云计算的工作应从以下三个层面开展：(1)数据中心：按照云计算数据中心的技术建设绿色高效的新型数据中心，即定制服务器、模块化数据中心和合理选址。(2)系统平台：建设共享资源池，实现资源共享；引入开放的分布式计算平台取代高端计算机和高端存储的需求。(3)产业链：积极参与标准制定，促进开放的云计算产业链建成；尽快建立企业云计算接口规范，避免被单一厂家绑定；通过合作试点和项目招标扶植友好和有实力的合作厂商。2.2 硬件转型思路未来电信运营商信息化的硬件转型思路是：大力推进X86体系引入，构建以X86为主体的物理计算资源体系，数据分析系统实现分布式存储代替高端存储。目前信息化系统的硬件主要是专用小型机和高端集中存储；硬件转型的考虑因素如下所述。(1)套装应用软件和商业数据库当前很难实现硬件转型；(2)定制软件的接口和外围模块现在已经大量采用X86服务器，最容易实现硬件转型，建议先行；(3)客户关系管理(CRM)和计费(Billing)等核心应用模块部署的硬件需谨慎实施硬件转型；(4)数据分析系统目前有较成熟的转型方案。目前，电信运营商IT能力(存储和计算能力)分类别分布如图2所示。2.3 资源池建设思路我国电信运营商未来IT资源池建设总体思路是：稳步推进全网资源池的构建，构建全网X86资源池、小型机资源池和存储资源池。目前我国电信运营商信息化已经在推行数据中心内部的集中存储，未来将实现全网的集中存储管理。目前我国电信运营商信息化还没有推行计算资源池化管理，下一步应该在新建小型机和PC服务器系统上实现池化管理，第一步实现系统内部资源调度，第二步实现数据中心内部资源调度，最终做到全网跨数据中心调度。现有信息化系统的PC服务器、小型机和存储估计大于80%可以实现虚拟化和池化管理，合适时间可全部纳入资源池管理。未来新购设备100%应具有池化能力。未来电信运营商信息化的IT资源池如图3所示。图2 电信运营商IT能力(存储和计算能力)分类别分布图3 IT资源池示意图2.4 分布式技术引入思路我国电信运营商应探索信息化系统的核心应用，采用分布式技术。目前业界已经有较成熟的分布式数据分析开源方案，预计3年内会出现成熟的商业方案。目前我国电信运营商的部分Billing系统采用了基于X86硬件的并行化方案，应继续深化这方面探索。OA、邮件系统等较大数据量存储系统和信令分析等分析类系统也适合采用分布式方案。其他系统的分布式改造待进一步技术成熟后再陆续进行。2.5 云计算演进思路我国电信运营商IT向云计算演进的中期目标(35年)主要是打基础和做准备，不宜大建快上，但是树立云计算演进目标并逐步尝试很关键。我国电信运营商信息化中期云计算目标架构如图4所示。图4 我国电信运营商信息化中期云计算目标架构总体演进思路可总结为：在新建系统上分步骤地稳步尝试成熟的云计算技术；老系统通过扩容改造的时机慎重地向云平台迁移。(1)新系统先尝试：实现数据中心内部的存储共享和池化管理；实现数据中心内部的X86资源池和小型机资源池；数据分析系统采用X86之上的分布式架构实现；部分核心应用采用X86之上的分布式架构实现；其他核心应用、套装和商业数据库软件运行在小型机资源池上。(2)老系统以稳定为主，部分尝试：老系统迁移到资源池；老系统迁移到分布式架构。3 结语云计算趋势不可阻挡，面对云计算的挑战和机遇，我国电信运营商应加快云计算相关技术研究和投入，积极试点研究，积极参与行业合作，积极引入已经成熟的云计算技术，保证云计算相关工作保持和公司整体战略以及信息化发展战略的协调一致；采取新系统先尝试，老系统力保稳定的稳妥路线，有区别分步骤地在信息化系统中引入云计算，首先实现单个数据中心的资源池化管理，再引入基于X86的新型分布式体系架构，最后实现跨数据中心的全网资源“云化”。在实现云计算的过程中，实施信息化的系统架构和管理体制的同步调整，注重培养和引进云计算技术和运营带头人，适时打造云计算研发和运营团队。作者简介：谢智刚，工业和信息化部电信研究院工程师；张洋，中国移动通信集团广东有限公司广