云计算关键技术及其在电信行业应用的研究

云计算在电信行业应用的研究段勇 石屹嵘（中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200122）摘要：云计算被认为是继微型计算机、互联网后的第三次IT 革命，是IT技术发展的大势所趋。本文结合云计算的特点，对云计算的技术体系架构进行了整理，提出了云计算的适用性，并且针对电信行业，分析了电信行业的IT系统现状，进一步给出了云计算应用建议和实施建议。关键字：云计算；电信行业；适用性；应用建议；实施建议1. 引言云计算是近年来新兴的信息技术之一，它将能更好地使用计算资源，更智能地进行大规模数据处理。基于高效的虚拟计算资源，应用程序能以一种灵活且安全的方式实现快速扩展和缩减，从而交付高品质服务。业务或客户服务以极为简化的方式交付，这将大大推进创新和高效决策。云计算使得IT管理更加轻松，保证快捷响应业务需求。同时鉴于电信运营商在云计算中具备的天然优势，包括丰富的规模化可靠运营经验，完整的解决方案组合（从网络接入、托管到负载均衡、通信业务及云计算），庞大的客户群，财务稳定性和市场的承诺等。因此对电信运营商而言，云计算蕴含着巨大商机。2. 云计算概述2.1. 新的计算范型虽然云计算到目前已经广为人知，但是关于到底什么是云计算还没有完全统一的看法或定义。在业界有影响的机构组织或商业公司有多种不同的描述。云的概念常常被泛化和混淆，云提供商也是按照各自的方式实现的。下面是一些主流的关于云计算的定义。维基百科上关于云的定义比较能代表典型的，或者说大多数的观点。它的定义是：云计算是基于互联网的计算机技术的开发和使用。它是一种动态伸展，通常是虚拟化的资源通过互联网作为服务来提供的计算风格。使用者无需了解，具备专业知识，控制那些支持云的技术基础结构。NIST对云的定义如下：云计算模型能以按需方式，通过网络，方便的访问云系统的可配置计算资源共享池(比如：网络，服务器，存储，应用程序和服务)，同时它以最少的管理开销及最少的与供应商的交互，迅速配置提供或释放资源。IDC则给出了如下定义：云计算是一种新兴的IT技术发展、部署及发布模式，能够通过互联网实时地提供产品、服务和解决方案。Gartner则这样定义的：云计算是以服务形式向使用网络技术的外部客户提供的具备可扩展性和灵活性的计算方式。总之，云计算已经普遍被认为是继微型计算机、互联网后的第三次IT 革命，是IT技术发展的大势所趋。2.2. 云计算现状云计算运营的相关行业目前还是以互联网运营商和电信运营商为主，其中比较著名的公司如下：国内外的一些著名的互联网运营商l 提供PaaS和SaaS服务的Google和Salesforce；l 提供IaaS服务的Amazon；l 在云计算领域投入较大并且发展较快的Microsoft；l 提供设备和解决方案为主的IBM和Microsoft；l 阿里巴巴，面向个人和中小企业，构建阿里云平台，提供PaaS层的服务；同时也计划将旗下的所有应用都迁移到这个平台上；国内外的一些著名的电信运营商l AT&T, 面向政府和企业客户，如美国奥委会网站，提供应用托管的服务，可以按需付费使用带有安全和网络功能的虚拟主机和存储；l BT(英国电信),面向中小企业，与互联网企业合作SaaS应用，如S，Smart Marketing，SugarCRM等；开发并提供电信级的PaaS服务平台；l Verizon，面向企业客户，提供云端运算服务；l Telstra, 面向企业客户，提供移动语音和数据服务，企业云平台的托管；l 中国电信，启动了“天翼祥云计划”，从服务云、基础云、IT 云着手，以现网试验、试点工程和软课题方式，启动中国电信云计算相关工作；l 中国移动，面向个人用户和企业用户，构建了BigCloud”大云”平台，提供云存储、大容量数据库和搜索引擎。3. 云计算体系架构云计算体系架构参照云服务的模型可以划分成为三个层次。首先，最底层为基础架构即服务层(Infrastructure-as-a-Service 或IaaS)，在此将基础设施资源（计算、存储和网络）以服务的形式提供出来。这就意味着虚拟计算机不仅具备有保证的处理能力，而且为存储和 Internet 访问预留了带宽。实际上，IaaS 具有在特定服务质量约束的情况下出租计算机或数据中心的能力，使之能执行任意操作系统和软件。除了资源的虚拟化（计算资源、网络、存储等不同类型的资源虚拟化），同时还提供自动化管理能力，使得用户可以便捷地享有服务，包括有平台和应用的自动化部署、自动化规模伸缩、负载管理等。接着往上是平台即服务层(Platform-as-a-Service 或 PaaS)，这一层把基础架构资源变成平台环境提供给用户和应用。PaaS 类似于 IaaS，但是它包括操作系统和围绕特定应用的必需服务。PaaS提供一个特定的应用程序集以及必要的服务（例如 SQL 数据库或其它能力）的访问。简而言之，PaaS 就是 IaaS 加上一个用于给定应用的定制软件栈。典型的PaaS应用平台包括，Web应用平台，海量数据库应用平台，海量存储应用平台，分析计算平台，以及一些领域特定的应用平台等。然后在平台即服务层之上的是软件即服务层(Software-as-a-Service或SaaS)，为终端用户提供各种应用服务。SaaS的典型表现是一组集中部署的应用，在云中远程地运行的一个模型。由于是计量服务，允许出租任一应用程序，并计时收费。 除了这三个层次的服务之外，云计算还具有相关的管理功能，包括用户/服务管理，订阅和计费管理，监控和服务质量管理，配置和资产管理等。图1 云计算的体系架构4. 云计算的适用性云计算为上层应用服务提供资源和能力，符合下面特点的应用服务将较为适合使用云计算：l 负载变化大：一个应用的峰值负载、闲时负载和正常负载之间差距明显，例如报表系统在每个月初达到峰值，需要满负荷运行，而在平时这些资源的利用率很低。对于这种负载变化大的应用，采用云计算来弹性的提供资源，利用多个应用之间负载周期的交错提高资源利用率，保证应用的服务质量。l 管理成本高：当物理资源种类越来越多，数量越来越大，对应的管理成本会越来越高。不同类型的资源都需要专门的技能和人员，同时每个人能人工管理的资源数量有限，导致维护管理人员越来越多。通过云计算来标准化和自动化管理流程，简化管理任务，降低管理成本。l 资源的平均利用率比较低：在传统烟囱式建设中，很多系统的资源平均利用率都在10以下，通过云计算可以进行共享，提高利用率。l 对资源有大规模、海量的需求，包括大规模存储、大规模并行计算等。此类应用可以通过云计算进行任务分解和合并，提高计算能力和效率。l 业务种类的长尾效应，需要共享来降低成本。例如在互联网业务中，不同的客户需要不同的服务，个性化和定制化导致每个服务的负载都不会很大，但是服务的数量会很多，因此通过云计算实现各个服务之间的资源共享，降低单个服务的成本。l 从应用交付和用户使用角度看，需要随时随地可以访问，并且往往通过网络的方式来使用服务；或者随用随付费，根据订阅或者使用付费，而不需要一次性大额度投入。这些特点的应用适合在云计算平台上运行。5. 电信行业IT系统现状l 基础设施使用率低，能耗大由于没有主机资源共享，即使在低使用率下，所有的主机也不得不全部开机，导致电能消耗巨大。l 数据中心运维管理自动化水平低IDC业务的管理和运维主要是由人员手工进行 ，运维管理效率低，且易出错l 业务平台多采用烟囱式独立建设，造成资源浪费电信运营商根据市场需要不断地推出新业务，改进内部运营和支撑，在业务平台和内部支撑平台上运行着数量众多的应用。以某电信运营商为例，业务平台上有200多个业务，内部支撑平台上有50多个应用。每个应用的建设都是在不同阶段，由不同的厂商实施，采用不同的架构，基本上都是以烟囱式方式进行运维管理，每个应用独占物理服务器，存储和网络等资源。每个应用为了保证服务质量，在扩容时一般都按照峰值时的需要，造成正常情况下一大部分资源都被浪费，没有充分利用；另一方面，部分发展缓慢的业务资源难以及时回收，也造成资源的一定浪费。l 大规模数据处理时效性不高随着电信业务量和数据量的不断增加，计算压力将越来越大，突发计算的要求也越来越多，需要低成本、高效率地处理高速增长的海量数据信息。l 缺少产品开发、测试、部署的综合环境每月新增一个业务，如此的快速发展对开发、测试以及部署的支撑环境都有更高的要求。在有限资源下，如何实现快速的环境建立与支撑，将是制约电信业务发展的重要因素。l 桌面系统由各个部门自主采购维护，管理较为混乱桌面系统虽比较分散，但也是电信IT系统投入的重要组成部分。这些系统目前没有统一部门进行采购，更新和维护。因此对桌面系统进行统一管理有着较强的需求。有安全保证的虚拟桌面云技术将有助于统一桌面系统的资源，并进行集中式，流程化管理以提高企业的运行效率及降低开销。6. 电信行业云计算应用建议根据电信行业的现状，结合云计算的适用性，从适用对象上来分，我们将云计算适用于电信的领域划分为内部和外部两大领域。外部云针对电信的外部客户和系统，具体而言，适用于IDC与各种产品业务领域。云计算可以为IDC提供弹性的计算资源租用服务和灾备服务；为产品和业务提供支撑，如互联网应用开发服务，支撑全球眼、天翼空间应用商店等新兴业务。内部云针对电信的内部客户和系统，具体而言，适用于EDC与支撑系统。云计算可以为系统开发提供测试服务；为数据分析业务提供分布式计算服务；为内部人员提供虚拟办公桌面服务。6.1. 外部云6.1.1. IDC基础设施云服务中国电信IDC目前的主营业务为传统的资源出租，包括机房租赁，带宽租赁和托管服务器维护等，主要依托中国电信的强大网络基础设施和传统的运营经验。但是这部分业务的同质化竞争越来越激烈，需要在价格和服务上有进一步的提升才能保证中国电信IDC的市场竞争力，通过降低内部运营成本来降低市场价格，通过提供更多的新服务和增值服务来增长客户群，提高收入。IDC基础设施云业务是基于云计算平台的IT基础设施租用服务。它通过虚拟化、自动化等云计算关键技术智能动态地调配各种资源（如计算、 存储、带宽、硬件、软件等）提供给客户。使得客户无需为繁琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务；同时，可以根据客户实际使用的资源，如计算资源、网络流量、存储资源等进行付费。对电信运营商而言，由于规模效应，可以提高资源利用率、节约成本和降低能耗，进一步提升市场竞争力。6.1.2. 灾备服务灾备系统防范的是小概率严重的破坏性事件，比如水灾、火灾、地震等。一个灾备系统会完全复制和备份运行系统，当运行系统出现重大问题，灾备系统会运行并代替运行系统。当运行系统规模较大的时候，基于传统的物理计算环境，灾备系统也需要等同的投入。而在运行系统正常运行的时候，灾备系统的利用率非常低。因此，在不降低服务质量的前提下，使用虚拟化技术和云平台，灾备系统的成本将降低。而对于IDC运营商来讲，由于虚拟化技术带来的资源共享的规模效应，随着灾备系统增加，整体IDC灾备服务的成本也会大大降低。6.1.3. 业务平台支撑电信行业的业务平台规模和数量都很大，未来的业务平台规模更是难以预计，需要构建在高扩展性、高可靠性以及高可管理性的基础设施平台之上，通过虚拟化，自动化和标准化技术构建的云基础设施平台是电信业务平台的最佳基础承载平台。同时，业务平台承担了大量来自用户和终端侧的数据处理任务，未来的业务平台的终端规模将会是爆发式的增长，通过分布式计算和并行计算技术实现业务平台数据的海量分析和处理是最佳的选择。另外，随着电信竞争的日益加剧，客户对于个性化服务的要求将会产生大量的行业应用的需求，通过应用平台和开放的接口，更多的用户和软件提供商可以快速构建或者找到符合自己需求的应用。6.2. 内部云6.2.1. 开发测试云在电信系统中，生产环境与开发测试环境彼此分离。开发测试环境的重要性无庸置疑，理应分配足够资源支持开发测试。然而从实际情况看，生产环境的资源紧张都成为常态，开发测试环境的资源更加紧张。测试云可以统一管理开发测试的硬件资源。在新IT系统的开发测试中，需要搭建验证环境。通过测试云平台的集中管理界面，将快速实现验证环境的搭建。在业务开发测试之后，验证环境可迅速卸载，将资源归还资源池。云平台管理员可以通过监控平台，实时了解各业务对云资源的占用状况，从而有效调度资源，提高整体利用率。6.2.2. 数据分析云根据电信业务周期，通过管理平台自动化实现数据分析云计算平台的管理，保证各类平台都可以参与到云计算中。参与平台的机器可以是资源池的闲置机器，也可扩展到非生产环境的机器，如开发测试资源池，甚至办公机器。同时，数据分析云具有灵活弹性，因此各类机器可选择空闲时段加入云平台。灵活的加入与退出并不中断云计算本身。数据分析云具有高可靠性，即使出现一些机器的临时故障，云平台能够自动检测和适应，并不中断云平台分析与计算。在计算窗口期之后，云平台可释放各类资源。6.2.3. 桌面系统使用云计算技术将桌面系统统一到服务器端，通过瘦客户端远程访问位于服务器端的桌面系统。虚拟桌面系统实现硬件资源和软件的统一规划，统一采购，以及桌面系统的统一管理和统一维护。对于终端用户可以提供随时随地的，更加安全和弹性的桌面访问服务以及其他相关服务。对于管理人员，通过管理的统一化，流程化，并借助统一管理来降低桌面系统的维护成本。7. 电信行业云计算实施建议结合电信行业和云计算的特点和现状，电信行业实施云计算的建议如下：l 云计算应该作为公司整体策略全局考虑；l 采用标准化和自动化技术，采用成熟技术，以提升利用率，降低技术障碍，节约成本，提高可用性；l 从云计算的基础设施启动，先建设IaaS为平台，在此之上逐步实施PaaS和SaaS；l 云计算推广应该从非生产系统到生产系统，从非关键业务到关键业务；l 基于云计算进行业务创新。对内，通过云计算的弹性伸缩机制解决数据分析的时间窗口冲突问题，为决策层更好更快的提供及时准确的统计分析，给业务决策和创新创造良好的基础。对外，改造传统的IDC，通过云模式IDC为客户提供先进的增值服务，例如弹性资源租用、灾备服务等。通过这些新型的服务扩大电信的市场，提升品牌形象。8. 结束语“云计算”被认为是与下一代互联网同样重要的新技术，已经引起了国内外运营商的普遍重视。国内外各大运营商，比如：AT&T、BT、中国电信、中国移动等均已制定了各自的云计算发展计划。对于电信运营商，云计算是个发展契机，它一方面能够优化IT资源，降低企业内部的运营成本，另一方面也是电信企业从传统电信业务向综合业务运营商转型，运营IT业务的切入点。参考文献1 石屹嵘,段勇. 云计算在电信IT领域应用初探.电信科学,2009，25(9)2 闻剑峰,龚德志. 虚拟化技术在电信灾难恢复计划中的应用研究. 电信科学, 2009, 25(9) 3 龚德志,闻剑峰. 虚拟化技术在电信服务器资源整合中的应用研究.电信科学, 2009, 25(9)Research of the application of cloud computing in the telecommunication industryDuan Yong, Shi Yirong(Shanghai Research Institute of China Telecom Co. Ltd., Shanghai 200122, China)Abstract: Cloud computing i