童曉渝，張云勇，戴元順

（中國聯(lián)通研究院 北京 100048）

1 公眾通信網(wǎng)及業(yè)務的發(fā)展回顧

1.1 通信網(wǎng)絡的發(fā)展

1.1.1 語音網(wǎng)絡的發(fā)展

通信網(wǎng)絡的發(fā)展主要經(jīng)歷了機電制、程控交換、增值業(yè)務、軟交換（softswitch）、IMS（IP multimedia subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）4個過程，其發(fā)展過程本身就是計算元素不斷增加的過程。由“機電”方式向“程控”方式演變，這是20世紀電話通信的一次重大變革，它大大提高了電話網(wǎng)的通信質(zhì)量和效率，為用戶提供更多、更方便的語音服務。從“程控”方式向軟交換方式的演變是電話網(wǎng)的又一次重大轉變，被稱之為第三代電話網(wǎng)，它在運營模式、盈利模式等方面和現(xiàn)有的電話網(wǎng)有著本質(zhì)的差別。而IMS借鑒軟交換技術的接入無關性，同時功能上又有多方面改進，使網(wǎng)絡架構更為開放、靈活，為未來的全IP網(wǎng)絡和與固網(wǎng)的無縫融合提供了可能，更有利于實現(xiàn)資源等的統(tǒng)一管理。

（1）非程控交換（機電交換）

程控交換以前的通信網(wǎng)絡主要是電話網(wǎng)，接線員必須對每一個電話呼叫完成連接的工作，即人工接線服務。

（2）程控交換

程控交換即利用電子計算機按照預先編制好的程序來控制接續(xù)的電子自動交換。采用這種交換方式的系統(tǒng)，稱為程控交換系統(tǒng)，它通過軟件（程序）和硬件相互配合，完成對交換的控制。程控技術經(jīng)歷了從空分、模擬技術到數(shù)字技術兩個階段。

（3）增值業(yè)務平臺

從20世紀90年代開始，程控交換機又被增加了很多電信的增值業(yè)務，使得程控交換機的功能得到了進一步的完善[1]。增值業(yè)務是指憑借公用電信網(wǎng)的資源和其他通信設備，在保證滿足消費者基本通信需求的基礎上，提供給消費者更高層次的、多元化的信息需求，是集語音、圖片、文字等為一體的綜合性業(yè)務。

為了提供增值業(yè)務，逐漸引入了計算機服務器來運行具體的業(yè)務邏輯和業(yè)務環(huán)境，如短信（SMS）、彩鈴（CRBT）、彩信（MMS）、手機上網(wǎng)（WAP）等4大類重點業(yè)務和其他眾多的豐富多彩的增值業(yè)務群[2]，這些增值業(yè)務的提供都離不開后臺大量的計算服務器。

（4）軟交換和IMS

軟交換的基本思想是：將傳統(tǒng)的交換設備部件軟件化，通過計算技術實現(xiàn)呼叫控制與媒體處理。IMS是一個基于IP網(wǎng)提供語音及多媒體業(yè)務的網(wǎng)絡體系架構，它的主要特點是統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)、統(tǒng)一和開放的應用/業(yè)務層、統(tǒng)一的呼叫會話控制等。IMS是在軟交換的基礎上進一步對業(yè)務/應用與控制進行分離，并把用戶數(shù)據(jù)進行集中，真正做到了與接入技術無關[3]。應用IMS使運營商對系統(tǒng)環(huán)境更易控制，用戶也因為服務質(zhì)量（QoS）、單點登錄和客戶服務而享受到了更好的體驗。作為一種全新的多媒體業(yè)務形式，IMS能夠滿足終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業(yè)務的需求。

軟交換和IMS網(wǎng)絡已經(jīng)完全依托計算技術，其間采用標準協(xié)議主要利用軟件進行處理，網(wǎng)絡實體中大量引入了計算服務器設備，尤其是增值業(yè)務的能力與應用已經(jīng)完全是一個計算機系統(tǒng)平臺。

1.1.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的發(fā)展

數(shù)據(jù)通信的目的是要完成計算機之間、計算機與各種數(shù)據(jù)終端之間的信息傳遞。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，必須進行數(shù)據(jù)傳輸，即將位于一地的數(shù)據(jù)源發(fā)出的數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡送到另一地的數(shù)據(jù)接收設備。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)交換技術歷經(jīng)了電路方式、分組方式、幀方式、信元方式等階段。

電路方式是從一點到另一點傳送信息且固定占用電路帶寬資源的方式，如專線DDN數(shù)據(jù)通信。分組方式是將傳送的信息劃分為一定長度的包，稱為分組，以分組為單位進行存儲轉發(fā)。典型的早期分組網(wǎng)為“X.25網(wǎng)”。幀方式實質(zhì)上也是分組通信的一種形式，只不過它將X.25分組網(wǎng)中分組交換機之間的恢復差錯、防止擁塞的處理過程進行了簡化。幀方式的典型技術就是幀中繼。ATM有時也稱為信元中繼，曾經(jīng)是電路交換和分組交換發(fā)展的巔峰。隨著全球網(wǎng)絡化進程的加快，個人計算機的普及，電子商務迅速興起，以太網(wǎng)由于其低成本、靈活性，以以太網(wǎng)為構建基礎的Internet技術迅速得到商用和推廣。進入21世紀，產(chǎn)業(yè)界紛紛嘗試實現(xiàn)多年來電信界一直在追求的目標，即建一個統(tǒng)一網(wǎng)絡平臺，同時可提供多種業(yè)務，在一個基于MPLS的統(tǒng)一網(wǎng)絡平臺上能同時提供語音、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)（幀中繼、ATM、電路仿真）、互聯(lián)網(wǎng)、視訊會議、可視電話以及移動數(shù)據(jù)等業(yè)務的技術和經(jīng)驗，既保留了ATM的流量控制工程技術，解決了IP技術無法保證端到端QoS的問題，同時也利用虛擬路由器技術解決了ATM技術不適應大量IP類應用問題，為向下一代網(wǎng)絡（NGN）的發(fā)展提供了一種可用的技術途徑。

可以看出，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的發(fā)展對計算機技術的推動作用突出。同時，計算機通信網(wǎng)絡、基于計算技術的應用/業(yè)務也推動了現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的發(fā)展。

1.2 公眾業(yè)務的發(fā)展

1.2.1 電話交換的發(fā)展

電話交換的發(fā)展大體上可分為以下三個階段。

·第一階段：用戶自裝用戶級小交換機（總機），通過人工或自動接續(xù)實現(xiàn)內(nèi)部通話，利用公眾電話網(wǎng)用戶號，經(jīng)人工轉接與外部通話。

·第二階段：在用戶端不再使用小交換機，仍需自備用戶級交換機PBX由公眾電話網(wǎng)提供中繼電路，通過自動接續(xù)直接提供內(nèi)部通話，并通過人工或自動二次接續(xù)與外部通話，如圖1(a)所示。

·第三階段：撤出用戶端的小交換機，采用Centrex（central exchange，虛擬交換機）技術，用戶內(nèi)網(wǎng)并入公眾電話網(wǎng)，由電信部門提供具有內(nèi)部組網(wǎng)和公眾電話網(wǎng)功能的服務，如圖1(b)所示。

今天，用戶自備內(nèi)部電話網(wǎng)時代已經(jīng)結束（特殊單位除外），電話通信已完全由公眾電話網(wǎng)運營商提供豐富的電信業(yè)務。公眾電話網(wǎng)是覆蓋整個地區(qū)或國家的通信網(wǎng)，由公共交換電話網(wǎng)（PSTN）和公用陸地移動通信網(wǎng)（PLMN）兩部分構成。

1.2.2 數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展

數(shù)據(jù)網(wǎng)早期提供基本的數(shù)據(jù)、電文、圖像傳輸業(yè)務。目前，正朝著寬帶化、綜合化、差異化、業(yè)務可控化的方向發(fā)展。

業(yè)務的寬帶化：視頻應用等普通應用帶寬達到2 Mbit/s左右，部分高端應用可達到8 Mbit/s左右。

業(yè)務的綜合化：在城域網(wǎng)上同時承載語音、視頻、數(shù)據(jù)及企業(yè)互聯(lián)等業(yè)務。具體來說，需要承載NGN、3G、IPTV、視頻監(jiān)控和寬帶上網(wǎng)、VPN業(yè)務。

業(yè)務的差異化：根據(jù)客戶和應用需求，提供不同QoS等級的服務，通過可靠性改進，提高業(yè)務的服務質(zhì)量。

業(yè)務的可控化：業(yè)務的感知、認證、計費、安全、QoS等集中控制和管理。

同時，呈現(xiàn)出一個重要的發(fā)展趨勢，即：企業(yè)從利用專網(wǎng)提供內(nèi)部通信支撐，到紛紛利用運營商的公眾通信網(wǎng)來滿足企業(yè)發(fā)展需要。如電視會議系統(tǒng)，對企業(yè)用戶來說，與自行組建會議電視專網(wǎng)相比，使用運營商寬帶視訊業(yè)務無需投資購置MCU交換設備，無需對MCU、會議電視承載網(wǎng)進行維護，無需為網(wǎng)絡升級進行投資，極大地節(jié)約了費用。同時，寬帶視訊網(wǎng)基于H.323技術體制，在一個接入點可以方便地實現(xiàn)多臺視訊終端的接入，方便擴容和減少設備投資。

另外，市場變化也驅動了ICT（informationandcommunication technology）業(yè)務的發(fā)展，運營商從過去關注通信技術，到關注IT公司的信息技術，發(fā)展到了關注一個全面的客戶信息與通信解決方案，利用公眾通信網(wǎng)來為客戶提供電路租賃、信息化軟件租賃、ICT集成和IDC等業(yè)務。目前的IDC主機托管主要提供機房、機柜、服務器的托管，能耗高、產(chǎn)出低，急需向計算能力、存儲能力的托管轉型。

1.3 公眾通信網(wǎng)“數(shù)字”化及業(yè)務的“計算”化

由上可以看出，通信網(wǎng)及業(yè)務的發(fā)展本身就是一個從“模擬”到“數(shù)字”化、“計算”化的過程。從最初轉接工作全部靠人工完成發(fā)展至今天的多樣化、個性化增值業(yè)務的興起和軟交換、IMS核心網(wǎng)技術換代，由于大量計算技術的引入，硬件、軟件及協(xié)議等方面的差異逐漸被屏蔽，終端用戶利用通信網(wǎng)只需要關注自己需要什么樣的資源及如何通過網(wǎng)絡得到相應的服務，而通信網(wǎng)本身也更加容易實現(xiàn)動態(tài)的、可伸縮的擴展。從電話交換、數(shù)據(jù)交換、會議電視、業(yè)務平臺的發(fā)展過程亦可以看出，通信網(wǎng)越來越多地借助計算技術來滿足公眾業(yè)務需求，為用戶提供快捷高質(zhì)量和豐富的業(yè)務服務?？傊瑥臄?shù)字通信技術開始，計算技術的進步、發(fā)展一直在推動通信技術的進步、發(fā)展。今天，從通信網(wǎng)本身到其上承載的業(yè)務，云計算的特征都呈現(xiàn)得越來越明顯。這樣，基于云計算技術并融合電信網(wǎng)和計算機網(wǎng)特征的“公眾計算通信網(wǎng)（public computing communication network，PCCN）”應運而生，下面將深入剖析這一概念。

2 PCCN產(chǎn)生的背景和概念定義

2.1 公眾通信網(wǎng)和云計算

2.1.1 計算的變革

回顧IT業(yè)的發(fā)展，經(jīng)過了兩次大的變革。這兩次變革非常相似，都是先“分”后“合”，但卻有質(zhì)的飛躍，是IT業(yè)的螺旋式上升。第一次變革是個人計算機的普及，計算機從龐大、昂貴的科學計算專用設備（主機）變?yōu)閭€人工作、娛樂的家用設備（個人電腦），這是IT業(yè)第一次“分”的過程，個人電腦使個人能擁有自己的計算、存儲能力。此后，隨著網(wǎng)絡的普及，Client/Server模式開始得到廣泛應用，由高性能服務器通過網(wǎng)絡為多個用戶提供所需要的服務，如萬維網(wǎng)WWW、E-mail等，如圖2(a)所示，成為 IT業(yè)第一次“合”的過程，多個用戶共享服務器的計算、存儲能力。然而，隨著應用和用戶數(shù)量的不斷增加，服務器端的負荷越來越重，Client/Server模式對資源（如帶寬、計算、存儲等）的要求越來越高，成為了其發(fā)展的瓶頸。因此，IT業(yè)又經(jīng)歷了第二次變革，即第二次“分”的過程。分布式計算[4～6]、網(wǎng)格計算[6～8]、P2P 技術、Web 2.0 等得到了廣泛的研究和應用，每個用戶既是資源的使用者，同時也是資源的提供者，由多個用戶共同分擔龐大的計算、傳輸及存儲需求。此后，隨著硬件成本的進一步降低和網(wǎng)絡傳輸能力的提升，在當初第一次“合”的發(fā)展瓶頸逐步被突破的同時，隨著互聯(lián)網(wǎng)應用（如搜索、社區(qū)等）信息服務的爆炸式增長，以及行業(yè)信息化系統(tǒng)廣泛應用與快速增長，計算資源也呈現(xiàn)爆炸式增長，各行各業(yè)IT投資和運行費用快速增長，系統(tǒng)運行效率低下，能耗、排放急劇加大。由此，第二次“合”的時代隨之來臨，云計算應運而生，如圖2(b)所示。在云計算模式下，服務器端硬件、軟件被整合為共享資源，按照“共享、按需、彈性、服務”的原則，用戶只需要通過網(wǎng)絡從服務器端獲取各種各樣的服務和能力，不需要獨占擁有計算、存儲能力，這就是當前IT業(yè)第二次“合”的潮流。云計算已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)領域得到應用，并正在形成新的商業(yè)模式、新的產(chǎn)業(yè)、新的經(jīng)濟、新的生活形態(tài)。

2.1.2 云計算概念溯源

“云計算”的思想最早起源于電話網(wǎng)，業(yè)界將透明的、黑箱的電話傳輸網(wǎng)稱之為云，后來 “云”又被用來在計算機網(wǎng)絡圖中作為互聯(lián)網(wǎng)底層基礎設施的抽象化表示。另外，云還可以用來更好地區(qū)分供應商和用戶的職責。如今云計算的范疇已經(jīng)擴展，不僅涉及網(wǎng)絡基礎設施，還包括了服務器[9]。

2.2 PCCN的概念

通信網(wǎng)是一種由通信端點、節(jié)點和傳輸鏈路相互有機地連接起來，以實現(xiàn)在兩個或更多的規(guī)定通信端點之間提供連接或非連接傳輸?shù)耐ㄐ朋w系[10]。隨著電信網(wǎng)絡的全IP和寬帶化發(fā)展，電信網(wǎng)和計算機網(wǎng)在終端、接入、傳輸和業(yè)務應用等多個層面出現(xiàn)互相融合滲透的發(fā)展趨勢，云計算近期越來越得到電信產(chǎn)業(yè)的關注。計算機CPU的運算速度一直在提升，但計算機I/O的速度是一個瓶頸。隨著通信技術的發(fā)展，網(wǎng)絡傳輸速度越來越快，并逐步趨向于通過網(wǎng)絡實現(xiàn)計算機之間的通信，突破計算機I/O速度的瓶頸。另一方面，傳統(tǒng)的通信技術是面向服務的，為公眾提供語音、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确?。計算技術目前也正在向面向服務發(fā)展，如效用計算 （utility computing）、服務計算（service computing）等新的計算模式正在涌現(xiàn)?？傊?，通信技術與業(yè)務正在趨向計算技術與應用，計算技術與應用正在趨向網(wǎng)絡與服務提供，CT、IT正在真正走向融合。“云計算”正是這種融合的產(chǎn)物，通過公眾通信網(wǎng)絡整合IT資源，并向用戶提供計算能力和應用，即“云服務”。借鑒互聯(lián)網(wǎng)云計算的發(fā)展思路，將電信網(wǎng)絡的資源以云計算的方式組織運用，成為電信發(fā)展的新趨勢，這種融合模式本文稱之為“公眾計算通信網(wǎng)（PCCN）”，如圖3所示。

PCCN是基于虛擬化和云計算構架，以云計算技術為核心，融合電信網(wǎng)和計算機網(wǎng)之后的信息處理網(wǎng)絡。利用云計算的虛擬化技術可以建立支撐網(wǎng)、業(yè)務網(wǎng)、統(tǒng)一基礎設施資源池；以云計算的理念可以對基礎設施資源池進行組織和運用。在原有公眾通信網(wǎng)的接入、交換、路由、傳輸要素的基礎上，PCCN還實現(xiàn)了計算處理能力、虛擬分配、調(diào)度管理以及業(yè)務開發(fā)等主要技術。這樣，PCCN將基于互聯(lián)網(wǎng)以服務的形式提供平臺、軟件及其應用，增強電信的業(yè)務能力，降低運營商的投資成本（CAPEX）和運營成本（OPEX），降低終端要求，同時也利于運營商拓展新的市場領域。

在網(wǎng)絡服務日益趨向于從信息服務到信息管理服務的背景下，今天的公眾通信網(wǎng)將演進為PCCN，建立與核心網(wǎng)層次相對應的分布式數(shù)據(jù)中心，向公眾（包括行業(yè)）提供信息管理（包括基礎設施、公共平臺、應用）服務，即“云計算”。云計算會讓人們使用電腦就如同今天的電話一樣，一切需要的計算和存儲能力就如同今天的通信接入、傳輸、交換和路由能力，將由公眾基礎服務商提供。

2.3 PCCN的特征

繼承公眾通信網(wǎng)電信級運營質(zhì)量保障，借鑒互聯(lián)網(wǎng)云計算的發(fā)展思路，PCCN將電信網(wǎng)絡的資源 （包括接入、調(diào)度、管理、存儲、安全和服務等）以云計算的方式組織運行，將成為電信業(yè)務發(fā)展的新趨勢。PCCN具有以下特征。

·規(guī)模大：基于云計算技術實現(xiàn)的PCCN一方面需要使用大量服務器作為信息處理中心，如Google云計算已經(jīng)擁有100多萬臺服務器，Amazon、IBM、微軟、Yahoo等的“云”均擁有幾十萬臺服務器；另一方面，公眾網(wǎng)信息通信服務對象規(guī)模大、業(yè)務種類多等特征，決定了PCCN規(guī)模大的性質(zhì)。

·異構性：一般來說，PCCN中的各個運營實體系統(tǒng)（包括硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫、平臺間等）存在很大差異，這就要求PCCN能夠支持異構 （包括系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡等異構和異廠家等）。

·協(xié)同性：PCCN通過通信網(wǎng)絡提供強大的計算能力和豐富多彩的應用服務，它需要很強的網(wǎng)絡、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、接口、終端等互連互通、互操作和同/異步能力。

·虛擬化：虛擬化是云計算的技術基礎，也是PCCN的特征之一。它將底層的硬件（包括服務器存儲與網(wǎng)絡設備）全面虛擬化，在虛擬化技術上建立一個隨需而選的資源共享的基礎資源池，形成一個服務型的可伸縮的IT基礎構架。

·可信度：可信的信息服務對于PCCN來說十分重要，運營商必須確?？尚刨嚨挠脩舻母鞣N應用和數(shù)據(jù)的運行與存儲安全、可靠，避免包含商業(yè)機密、個人隱私等數(shù)據(jù)和代碼的失竊等。

·魯棒性：魯棒性即系統(tǒng)的健壯性，是在異常和危險情況下系統(tǒng)生存的關鍵。PCCN應該能夠通過云平臺來實現(xiàn)系統(tǒng)在誤操作或者惡意攻擊下的系統(tǒng)最小損失，使整個網(wǎng)絡的生存能力極強。

3 PCCN的架構

本節(jié)首先分析PCCN需要承載的公共計算業(yè)務，在此基礎上，闡述PCCN的架構及相關實體。

3.1 公共計算業(yè)務需求

近年來，由于眾多電信增值業(yè)務的出現(xiàn)，用戶對于公共運算業(yè)務的需求也隨之浮現(xiàn)，并呈現(xiàn)需求多樣化的趨勢。這一趨勢推動了云計算在計算及網(wǎng)絡領域相關技術的發(fā)展，使得公共運算業(yè)務能夠滿足用戶的多樣化需求。下面從三個方面來闡述。

（1）從是否擁有第三方應用接口來看

不具有第三方擴展的云計算平臺，如軟件即服務（software as a service,SaaS），此類服務為運營商直接提供，不提供第三方擴展的接口，因而專用性強，可擴展性差，所有的云計算服務全部為運營商提供，用戶只能使用運營商提供的云計算商業(yè)模式。

具有第三方擴展的云計算平臺。如微軟的云計算操作系統(tǒng)Azure，它能為第三方提供托管服務，具有極強的可擴展性、用戶自定制性。但由于需要更多、更高級的虛擬化技術支持，因而目前能提供此類平臺的運營商并不多。此類平臺可通過軟件商店模式來迅速擴大自身平臺提供的云計算服務能力。

（2）從運行環(huán)境的角度來看

私有云專屬于某個組織、公司、單位所有，只用于內(nèi)部使用的，運行于私有的局域網(wǎng)中。這種云之所以產(chǎn)生，是為了降低企業(yè)的運維成本，減少硬件資源的浪費。這種私有云最終將與公共商業(yè)云相競爭。

公共云主要用于公共型、通用型的云計算商業(yè)模式。這種云所支撐的業(yè)務相對較廣泛，涉及云計算服務的方方面面，作為公共服務提供給眾多的公眾（當然也會包括一定量的企業(yè)、單位）。

（3）從商業(yè)模式的角度來看

以社區(qū)為特點的云。此類云主要提供社區(qū)性云服務，如博客群、城區(qū)網(wǎng)上商業(yè)圈等。俗話說：物以類聚，人以群分，未來的云計算將提供給用戶更多、更廣泛的社區(qū)類云服務。

以業(yè)務為區(qū)分的云。不同的應用領域，將誕生不同類型的云，如在線CRM、ERP服務等。未來將有更多的SaaS行業(yè)服務出現(xiàn)。

基礎性云服務，如按需、彈性的存儲管理，超級計算以及搜索引擎提供的服務。這些服務加入了云計算的特點之后，將充分挖掘用戶的信息，并據(jù)此提供更為優(yōu)質(zhì)的云計算商業(yè)模式，利用這點，可以做到精確廣告的投放等。

電子交易市場，如蘋果的軟件商店。這類平臺提供了基礎的交易模式，并為用戶的資金、商品提供一定的管理手段、營銷手段，為未來最為重要的云計算商業(yè)模式之一。

云開發(fā)環(huán)境提供快速、便捷、簡化、智能的開發(fā)接口，如腳本和自然語言，通過后臺云環(huán)境轉換和匹配具體的系統(tǒng)環(huán)境，降低了開發(fā)的門檻，吸引更多的SP、AP乃至個人來開發(fā)應用。

3.2 PCCN架構及相關實體

為了滿足上述業(yè)務需求，我們需要構建面向服務的智能開放運營體系架構 （service open operational oriented intelligent architecture,SO3IA）。如同NGN的核心為軟交換、IMS一樣，未來計算通信網(wǎng)的核心即為SO3IA，下面分別從總體架構、系統(tǒng)架構和功能模塊由粗及細三層架構給予說明。

3.2.1 L1架構

L1架構參照ITU-T給出的NGN架構，包括網(wǎng)絡承載與接入、計算資源、協(xié)議棧、業(yè)務分析、開發(fā)環(huán)境、業(yè)務應用、運營支撐、智能終端和可信保障等要素，通過網(wǎng)絡提供計算能力、開發(fā)能力、應用能力、業(yè)務交付與支撐能力。PCCN的架構可以分別從功能和地域兩個角度來闡述，如圖4所示。

從功能角度看，運營支撐系統(tǒng)從上至下可劃分為業(yè)務層、承載層和傳送層。

從地域角度看，PCCN可劃分為骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)和駐地網(wǎng)。骨干網(wǎng)指通信網(wǎng)絡中擔任主要傳遞功能的實體集合，對于電信網(wǎng)，骨干網(wǎng)包括省際中心、縣級中心間的通信鏈路構成的龐大網(wǎng)絡體系[11]。

3.2.2 L2架構

如圖5所示，L2架構參照NGN中IMS子系統(tǒng)的系統(tǒng)架構。其中，網(wǎng)絡附著子系統(tǒng)（NASS）除接入層注冊功能以及用戶終端初始化功能外，增加資源虛擬化功能。資源接納控制子系統(tǒng)（RACS），除具備與業(yè)務控制功能和QoS的傳送功能相關的傳送資源控制能力外，增加資源調(diào)度、資源虛擬化控制以及業(yè)務自適應匹配。

3.2.3 L3架構

PCCN的計算功能實體組成如圖6所示，其包括硬件及基礎設施層、虛擬化及云管理層、應用云平臺服務層、云業(yè)務服務層和終端5個層次，以及業(yè)務交付與支撐系統(tǒng)、安全與可信保障系統(tǒng)。

硬件及基礎設施層位于實體的最底層，包括主機、網(wǎng)絡及存儲等物理設備。虛擬化及云管理層一方面將物理層的硬件全面虛擬化，建立結構化海量數(shù)據(jù)資源管理及分布式文件系統(tǒng)，用于海量數(shù)據(jù)的存儲和訪問；另一方面，虛擬化及管理 （如 Xen、VirtualBox、KVM、VMware）可借助虛擬化技術以實現(xiàn)按需動態(tài)供應、配置資源，實現(xiàn)任務調(diào)度、負載均衡等功能，并進行安全和監(jiān)控方面的保障管理，以實時偵測各種資源的工作狀態(tài)及保證數(shù)據(jù)的安全性。

虛擬化及云管理層可以提供基礎設施即服務（infrastructure as a service,IaaS），為客戶提供處理能力、存儲能力、網(wǎng)絡和其他基本計算資源，客戶可以使用這些資源部署或運行他們自己的軟件，如操作系統(tǒng)或應用程序，可以控制操作系統(tǒng)、存儲、部署的應用程序，或有限的網(wǎng)絡組件控制權，但無法管理和控制底層云基礎設施。

位于虛擬化及云管理層上的即為應用云平臺服務層和云業(yè)務服務層。應用云平臺服務層將開發(fā)平臺即服務（platform as a service,PaaS）提供給客戶，客戶可以將自己的或購買的應用程序部署到云基礎設施上，直接由平臺提供智能、簡化的開發(fā)、部署和Web應用管理?？蛻艨梢钥刂破洳渴鸬膽贸绦蚝蛻门渲铆h(huán)境，但無法管理和控制底層云基礎設施。云業(yè)務服務層則為基于云平臺服務層上的服務層，提供第三方的SaaS服務，包括自有SaaS服務及企業(yè)支持系統(tǒng)。

圖6中左側為業(yè)務交付與支撐系統(tǒng)接口，提供系統(tǒng)、業(yè)務、服務的流程端到端穿透，如業(yè)務受理、計費、結算、客戶服務等。

圖6中右側為安全與可信保證系統(tǒng)，提供高質(zhì)量、安全、可信的計算通信服務保障環(huán)境，以及故障的自動檢測等功能。

PCCN通過普通公有云和虛擬專用云 （如同公眾通信網(wǎng)中的MPLS、IP虛擬專用網(wǎng)、SDH、ATM租線等）向終端（個人電腦、手機、云終端、物聯(lián)網(wǎng)傳感器等）提供服務與控制。其中，普通公有云面向公眾用戶提供現(xiàn)有通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、IT支撐系統(tǒng)所提供的業(yè)務；虛擬專用云為企業(yè)利用運營商的公共計算網(wǎng)資源，構建一個滿足企業(yè)自身發(fā)展需要的虛擬私有云。

4 PCCN的關鍵技術

4.1 計算相關技術

（1）分布式組網(wǎng)層次結構技術

計算機架構對于PCCN組網(wǎng)至關重要，因為服務器及構成網(wǎng)絡的部件是完成底層通信，實現(xiàn)服務的物理載體。網(wǎng)絡架構即規(guī)定構成網(wǎng)絡的各種物理組件和其功能組織和配置、網(wǎng)絡操作規(guī)則和程序及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式的一個框架，它是一切技術和服務得以實施的前提。

（2）分布式文件系統(tǒng)和存儲技術

由于資源的數(shù)量規(guī)模巨大，必須研發(fā)大型文件系統(tǒng)，才能實現(xiàn)對資源的分類和有效管理，從而能夠從根本上保證及時、準確地為客戶提供相應服務的技術支持。服務器高速內(nèi)存技術、固態(tài)硬盤（solid-state drive,SSD）技術的研究也同樣重要，是突破IOPS（每秒進行I/O操作的次數(shù)）瓶頸的關鍵。另外，節(jié)能與云集裝箱技術為云計算用戶提供了一種可移動的數(shù)據(jù)中心，可方便地對計算資源和存儲資源進行擴展，使其比創(chuàng)建整個數(shù)據(jù)中心所能帶來的處理速度更快、成本更低。

（3）虛擬化及云管理層技術

虛擬化及云管理層是整個PCCN的核心部分，這一層所采用的技術種類比較多，它們是整個PCCN功能實現(xiàn)的關鍵。應用到的主要技術有異構資源虛擬化及管理、數(shù)據(jù)集中架構、資源匹配算法、資源調(diào)度算法、異構虛擬機熱遷移技術以及虛擬化容錯、災備技術等。異構資源虛擬化在目前各種系統(tǒng)并存的情況下，已經(jīng)成為網(wǎng)格和數(shù)據(jù)中心環(huán)境下成功實現(xiàn)提供定制資源的強有力的技術[12]。它為數(shù)據(jù)、計算能力、存儲資源以及其他資源提供了一個邏輯視圖，而不是物理視圖，從而能屏蔽很多物理的、結構的細節(jié)。另外，該層還擔負著管理網(wǎng)絡資源的重任，即PCCN需要針對復雜的實際應用進行資源匹配和資源調(diào)度以及并行/并發(fā)執(zhí)行，使資源得以最大化利用的同時也提高整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的執(zhí)行能力和運行性能，為用戶提供更高質(zhì)量的服務。因此，對資源調(diào)度算法的深入研究是很有必要的。為了保證PCCN能提供有效、可靠的服務，容錯機制也是必不可少的，異構環(huán)境下則顯得更加重要。目前，使用較多的主要有4種容錯策略：簡單重試、雙機備份、被動備份、設檢查點[13]。

（4）云終端技術

毋庸置疑，構建PCCN的最終目的就是向終端用戶提供安全、快捷的服務。目前，很多用戶面臨的一大安全問題就是終端安全，而“云終端”可以幫助用戶通過這種集中統(tǒng)一管理的方式更好地管理企業(yè)終端，從而化解終端安全問題。云終端是一種精巧別致、性價比極高的網(wǎng)絡計算機，實際上是把物理主機虛擬成了若干臺計算機，每一個云終端只是作為虛擬出的一個終端來使用，和傳統(tǒng)意義的網(wǎng)絡計算機（NC）相比具有價格上的巨大優(yōu)勢，與所謂瘦客戶機相比具有節(jié)省昂貴軟件許可的優(yōu)點。

（5）云測試技術

云測試是基于云計算的一種新型測試技術，為用戶使用提供了便捷，不過目前該技術尚未成型，需要進一步研究。在PCCN的整個系統(tǒng)實現(xiàn)與維護中，云安全都是需要慎重考慮的，就像云計算所承諾的，系統(tǒng)可以作為用戶最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲中心。

4.2 網(wǎng)絡相關技術

PCCN的實現(xiàn)中涉及的相關網(wǎng)絡技術主要有以下幾種。

（1）新型網(wǎng)絡設備和組網(wǎng)技術

計算通信網(wǎng)時代的網(wǎng)絡應可編程、可虛擬化和資源共享（virtualization and other forms of resource sharing）。如同之前通信網(wǎng)中承載與傳輸融合、路由與交換融合出現(xiàn)新的形態(tài)一樣，PCCH可能在將計算與通信網(wǎng)資源進行整合的基礎上，出現(xiàn)新的網(wǎng)絡設備形態(tài)，如云交換機、綜合通信網(wǎng)關。由于流量模型、業(yè)務顆粒、業(yè)務邏輯發(fā)生變化，因此底層交換、路由的內(nèi)容、算法、協(xié)議、理論也需要修訂或升級，甚至重新設計。同時，組網(wǎng)的層次、架構也需要探索和研究。

另外，后IP時代，網(wǎng)絡是否要繼續(xù)采用分組交換，端對端原理是否要改變，路由和包轉發(fā)是否要分開，擁塞控制和資源管理問題，身份認證和路由問題，這些都需要深入研究。

（2）高速網(wǎng)卡技術

隨著Internet鏈路速度的指數(shù)級增長，大量的網(wǎng)絡服務器將會采用10 Gbit/s以太網(wǎng)跟Internet進行連接，因而，支持10 Gbit/s的高速網(wǎng)卡將被大量使用在這些網(wǎng)絡服務器上?；诖?，如何進行高速網(wǎng)卡的設計及其相關性能優(yōu)化成為了研究的熱點[14]。值得一提的技術有 PCI-E（peripheral component interconnect express），其主要優(yōu)勢是數(shù)據(jù)傳輸率高；GBIC（gigabit interface converter，吉比特以太網(wǎng)路接口轉換器）是一種通常用在吉比特以太網(wǎng)及光纖通道的信號轉換器。透過此轉換器的標準規(guī)范，吉比特以太網(wǎng)絡設備的端口可以直接對應各種實體傳輸接口，包括銅線、多模光纖與單模光纖[15]；速度可達 10 Gbit/s的 SFP（small form-factor pluggable）網(wǎng)卡是GBIC的小型化版本，其尺寸大小只是GBIC的一半，這樣既節(jié)約了成本，網(wǎng)絡設備的端口密度也可以增加一倍。

（3）網(wǎng)卡虛擬化技術

網(wǎng)卡是終端上必須配備的，目前已經(jīng)推出的支持虛擬化技術的網(wǎng)卡包括 PCI特殊興趣小組 （PCI-SIG）的SR-IOV、MR-IOV以及Intel的VMDq。網(wǎng)卡級別的技術也可以推進虛擬化的進程。

（4）硬件虛擬交換機技術

現(xiàn)在人們已經(jīng)接受并開始逐步實施虛擬化技術，為提供理想的性能和可靠的安全性，硬件虛擬化技術必不可少。它的發(fā)展是循序漸進的，硬件虛擬化是先從處理器開始，再到芯片組，再到I/O設備，每一個階段都以上一個階段作為基礎。VMDq（virtual machine device queues，虛擬機設備隊列）是一種專門用于提升網(wǎng)卡的虛擬化I/O性能的技術[16]，實際上實現(xiàn)了一個半軟半硬的虛擬交換機，與原純軟件方案相比，提供了更高的性能、更低的資源占用率。

（5）協(xié)議卸載提升性能技術

高性能的計算需要盡可能小的通信延遲。通信延遲主要分為兩部分:處理消息的延遲和網(wǎng)絡延遲?，F(xiàn)代高速互連網(wǎng)絡已經(jīng)達到很高的傳輸速度,所以通信的瓶頸就從以前的互連網(wǎng)絡轉移到處理消息收發(fā)任務的軟件上[17]。ToE（TCP/IP offload engine,TCP/IP卸載引擎）是一種用于加速TCP/IP連接的技術，將TCP處理從主機CPU轉移到專用的TCP加速器上，這樣通過硬件速度優(yōu)勢來解決通信瓶頸。

（6）網(wǎng)絡熱遷移自動配置技術

熱遷移技術是虛擬化技術研究的熱點問題，可以把一個虛擬機從一臺物理服務器遷移到另一臺物理服務器上，被用于雙機容錯或者負載均衡。

4.3 運營管理相關技術

（1）運營支撐技術

計算通信網(wǎng)的運營支撐主要關注業(yè)務流程端到端穿透，如業(yè)務受理、計費與結算、客戶服務等。業(yè)務受理包括業(yè)務的開通、變更、移除等業(yè)務的受理；計費與結算技術主要包括用戶計費、用戶賬務管理、用戶信用控制、話單采集中間件、計算規(guī)則引擎、基于數(shù)據(jù)顆粒度的計費等技術；客戶服務技術主要包括客戶投訴的受理、客戶投訴的反饋和跟蹤、客戶維系挽留和客戶忠誠度管理等方面。另外，還需要研究收費商業(yè)模式，如包月或者按照流量、時長、分時定價等。

（2）安全與可信保障技術

計算通信網(wǎng)的安全重點關注以下方面：數(shù)據(jù)保護、身份管理、安全漏洞管理、物理和個人安全、應用程序安全、時間延遲和隱私措施。主要的安全技術有虛擬機隔離技術、敏感數(shù)據(jù)加密技術、數(shù)據(jù)訪問的安全認證技術、審計技術、數(shù)據(jù)自動備份和恢復技術、入侵檢測技術等。另外，還需要研究安全管理制度、流程，從技術和管理兩個維度保障安全與可信。

5 結束語

隨著社會信息化和行業(yè)信息化的普及、提高，信息正呈現(xiàn)出爆炸式增長趨勢，公眾不僅需要高寬帶、可移動基礎通信網(wǎng)絡服務能力的快速提升，也迫切需要獲取支撐綜合信息服務的資源，并正趨向于獲得“信息管理服務”。全社會的信息資源應該被最大程度地整合，并作為公共基礎設施建設、運營，才能發(fā)揮效率、節(jié)省資源，最大程度地滿足社會發(fā)展、經(jīng)濟增長的需要。因此，公眾通信網(wǎng)應該演進為PCCN，建立與核心網(wǎng)交換機層次相對應的數(shù)據(jù)中心，并向公眾（包括行業(yè)）提供云計算服務[18]。目前，PCCN的架構和關鍵技術處在研究、發(fā)展之中。因此，必須抓緊開展以下幾方面的工作：使計算資源作為網(wǎng)絡元素，組成優(yōu)化、優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡、平臺、終端、服務的體系架構；制定像通信網(wǎng)一樣可信、互聯(lián)網(wǎng)一樣簡單、手機一樣豐富的計算資源兼容和互通技術標準；整合研究開發(fā)、產(chǎn)品制造、網(wǎng)絡建設、應用開發(fā)、服務提供等各方，構建更加開放的生態(tài)體系和商業(yè)模式。

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