詹 義，段偉希，胡曉彥

（中國移動通信集團(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

隨著移動通信的快速發(fā)展，移動用戶數(shù)量隨之快速增長。截至2010年底，我國3G用戶累計(jì)人數(shù)達(dá)到3 000萬，2G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，國內(nèi)各大通信運(yùn)營公司從轉(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，存在很多問題。

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

·系統(tǒng)建設(shè)周期長，無法快速提供能力。

·IT基礎(chǔ)資源無法動態(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IT人員運(yùn)維要求越來越高。

1.2 云計(jì)算技術(shù)對電信運(yùn)營商的影響

隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，“云”時(shí)代的到來對通信運(yùn)營商而言是個(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，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)能減排的號召，通過整合軟硬件資源，減少數(shù)據(jù)中心對空間、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)的競爭力。

在業(yè)務(wù)平臺（如在短信、彩信、WAP等數(shù)據(jù)和信息服務(wù)平臺）建設(shè)中充分考慮異構(gòu)、異地的虛擬化方案，通過云計(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)營商開拓新“藍(lán)海”

隨著傳統(tǒng)移動通信市場的飽和，運(yùn)營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)正是推動運(yùn)營商開拓新業(yè)務(wù)“藍(lán)?！钡挠辛ξ淦?。

運(yùn)營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，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，通過網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施平臺，以實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算和存儲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，并由軟件實(shí)現(xiàn)自動管理，無需人為參與。這使得應(yīng)用提供者無需為繁瑣的細(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）以及存儲能力。資源池可通過抽象化方式提供，并能夠同時(shí)為多種應(yīng)用提供服務(wù)。

·動態(tài)分配，實(shí)現(xiàn)資源的自動分配管理，包括資源即時(shí)監(jiān)控和自動調(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)通過虛擬化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動化的方式有機(jī)地整合了“云”中的硬件和軟件資源，并通過網(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、存儲和網(wǎng)絡(luò)等資源。基礎(chǔ)設(shè)施層通過虛擬化技術(shù)對這些物理資源進(jìn)行抽象，并且實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部流程自動化和資源管理優(yōu)化，向外部提供動態(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)行動態(tài)分配。

（2）PaaS

平臺即服務(wù)（PaaS）為用戶提供開發(fā)環(huán)境、通用組件或平臺，平臺層在基礎(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層提供的環(huán)境之上，通過網(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)用的使用上是相對獨(dú)立的，這樣就可以在同一臺物理計(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)，可靠性相對更高，但其靈活性較差。

·操作系統(tǒng)級的虛擬化技術(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態(tài)調(diào)配資源的能力，可以在同一臺主機(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軟件實(shí)現(xiàn)的，各分區(qū)系統(tǒng)的性能受到的影響相對較大。

云計(jì)算大規(guī)模、低成本、高度彈性、自動管理等特征，對服務(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，通過構(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Γ荒軌驅(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；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。IT系統(tǒng)從傳統(tǒng)Unix小型機(jī)+數(shù)據(jù)庫架構(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 存儲虛擬化

存儲虛擬化是把分散的不同品牌或不同級別的存儲產(chǎn)品統(tǒng)一到一個(gè)或幾個(gè)大的存儲池下，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，而不是一個(gè)個(gè)具體的系統(tǒng)。在物理存儲系統(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打交道，而存儲硬件的增減、調(diào)換、分拆、合并對使用者完全透明。對于存儲的管理者來說，存儲虛擬化的引入，使得存儲管理更加統(tǒng)一，管理效率更高。

目前業(yè)界主要有3種存儲虛擬化方法。

（1）基于主機(jī)的虛擬存儲

基于主機(jī)的虛擬存儲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被映射成邏輯卷號，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。通過在服務(wù)器上安裝虛擬存儲管理軟件，實(shí)現(xiàn)各物理存儲體的集成映射。

基于主機(jī)的虛擬化存儲實(shí)現(xiàn)容易，可在不需要硬件支持的條件下實(shí)現(xiàn)形式多樣的存儲管理，對改善存儲系統(tǒng)的可管理性，提高存儲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，軟件控制的存儲虛擬化還可能由于不同存儲廠商軟硬件的差異帶來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）基于存儲設(shè)備的虛擬存儲

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

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，且消耗存儲控制器的資源，異構(gòu)廠商盤陣的高級存儲功能將不能使用。

表1 存儲虛擬化方法適用場景

（3）基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬存儲

基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化通過在存儲區(qū)域網(wǎng)這一級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，它通過提供一種中央虛擬化方式將網(wǎng)絡(luò)中的存儲資源集中起來管理，提供了一個(gè)“開放”的虛擬實(shí)施環(huán)境。缺點(diǎn)是存儲陣列的兼容性需要嚴(yán)格驗(yàn)證，原有盤陣的高級存儲功能將不能使用?；诰W(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬適用范圍廣，提供產(chǎn)品的廠商最多，但由于引入新的硬件設(shè)施，會帶來新的故障點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)性能開銷。

針對每種方法的特點(diǎn)，表1給出相應(yīng)的適用場景。

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)勢以及應(yīng)用平臺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，需要在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行一定的變革。

由于“云”對外部不透明，云計(jì)算的服務(wù)提供并沒有對業(yè)務(wù)給出細(xì)節(jié)的具體說明，如何在內(nèi)部IT支撐和對外服務(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)用帶來很大的挑戰(zhàn)。

5 結(jié)束語

綜上所述，運(yùn)營商在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)算和云存儲平臺演進(jìn)。同時(shí)，新技術(shù)的引入不應(yīng)影響目前運(yùn)營商各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)