云计算在电信IT支撑系统中的应用

詹 义，段伟希，胡晓彦

（中国移动通信集团设计院有限公司 北京100080）

1 引言

1.1 IT支撑系统现状

随着移动通信的快速发展，移动用户数量随之快速增长。截至2010年底，我国3G用户累计人数达到3 000万，2G用户达到6亿，固定电话用户达2亿多，宽带用户达1亿多。为了给用户提供更好的服务保障，国内各大通信运营公司从转型和持续发展的需要出发，建设了大量的IT支撑系统，这些系统为提升公司的经营和管理水平发挥了巨大的作用。但是由于很多系统是应需急建，随着业务的发展和技术的进步，存在很多问题。

·IT系统和平台基本都是“烟囱化”建设，相互独立，无法实现资源共享，信息“孤岛”众多。

·系统建设周期长，无法快速提供能力。

·IT基础资源无法动态调配和共享，资源紧张和浪费的现象并存。

·能耗大，能源利用率低。

·IT投资不断加大，运行维护成本不断提升，IT基础资源数量、品种繁多，对IT人员运维要求越来越高。

1.2 云计算技术对电信运营商的影响

随着云计算技术的发展，“云”时代的到来对通信运营商而言是个发展契机，可以从两个方面体现。

（1）私有云实现IT基础架构的革新

随着企业向精益化管理的转型，构建企业IT基础平台，整合并规划企业的IT基础资源已成为企业的迫切需求。

通过整合现有的IT基础资源，构建统一的基于云计算的IT支撑系统基础架构，能够有效提升IT支撑系统的响应能力，降低企业IT投入成本，同时还能加快新业务创新、孵化和部署的速度，遵循节能减排的号召，通过整合软硬件资源，减少数据中心对空间、能源、环境方面的需求，降低运维成本，提高运维效率，从而有效提高企业的竞争力。

在业务平台（如在短信、彩信、WAP等数据和信息服务平台）建设中充分考虑异构、异地的虚拟化方案，通过云计算提升网络效率和可靠性。

（2）提供公共云服务，运营商开拓新“蓝海”

随着传统移动通信市场的饱和，运营商也迫切需要寻找新的业务 “蓝海”，互联网行业的快速发展提供一个契机，而云计算技术正是推动运营商开拓新业务“蓝海”的有力武器。

运营商可以充分利用云计算特点，采用创新的服务能力、商务模式和业务形式，根据业务需求，依托新一代数据中心，适时建设低成本的IDC云计算平台，面向企业客户和个人客户提供高可靠性、安全、高效的电信级IDC云计算服务。

2 云计算技术

2.1 云计算定义

云计算是一种采用大量低成本标准运算单元，通过网络连接构建基础设施平台，以实现各种计算和存储资源的共享和按需分配的IT技术。

“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些服务器的集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等。云计算将所有的计算资源集中起来，并由软件实现自动管理，无需人为参与。这使得应用提供者无需为繁琐的细节烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本。

2.2 云计算特点

计算和存储技术的发展在云计算时代将全面进入服务时代，用户享受高性能的计算资源和软件资源，软硬件的实体将全部隐身于“云”端，惟一面向用户的只有服务。云计算具有以下特点。

·集中化，跨地域。由具备一定规模的多个节点组成IT系统，系统规模几乎可以无限扩大；能够将分布于多个物理地点的资源进行整合。

·系统具备高度的扩展性和弹性，可以以即插即用的方式方便、快速地增加或减少资源。

·系统提供统一的资源共享，并能在各物理地点间实现负载均衡。系统提供一种或多种形式的计算或存储能力资源池，如物理服务器、虚拟服务器、事务和文件处理能力或任务进程（如并行计算）以及存储能力。资源池可通过抽象化方式提供，并能够同时为多种应用提供服务。

·动态分配，实现资源的自动分配管理，包括资源即时监控和自动调度等，并能够提供使用量监控和管理功能。

2.3 云计算技术架构

云架构通过虚拟化、标准化和自动化的方式有机地整合了“云”中的硬件和软件资源，并通过网络将“云”中的服务交付给用户。云计算技术架构如图1所示。

（1）IaaS

基础设施层是经过虚拟化后的硬件资源和相关管理功能的集合。”云”中的硬件资源包括计算、存储和网络等资源。基础设施层通过虚拟化技术对这些物理资源进行抽象，并且实现了内部流程自动化和资源管理优化，向外部提供动态、灵活的基础设施层服务。

基础设施即服务 （IaaS）交付给用户的是基本的基础设施资源，该层向用户提供了虚拟化的计算、存储和网络资源。这些资源能够根据用户的需求进行动态分配。

（2）PaaS

平台即服务（PaaS）为用户提供开发环境、通用组件或平台，平台层在基础设施层和应用层之间，是具有通用性和可复用性的软件资源的集合，为云应用提供了开发、运行、管理和监控的环境。平台层是优化的“云中间件”，能够更好地满足“云”在可伸缩性、可用性和安全性等方面的应用要求。

PaaS交付给用户的是丰富的“云中间件”资源，包括应用容器、数据库和消息处理等。因此，PaaS面向的并不是普通的终端用户，而是软件开发人员，可以充分利用这些开发的资源开发定制化的应用。

（3）SaaS

应用层是“云”上应用软件的集合，这些应用构建在基础设施层提供的资源和平台层提供的环境之上，通过网络交付给用户。云应用种类繁多，第1类是受众群体庞大的标准应用，第2类是定制的服务应用，第3类是用户开发的多元应用。

第1类主要满足个人用户的日常生活办公需求，如文档编制、日历管理、登录认证等；第2类主要面向企业和机构用户的可定制解决方案，如财务管理、供应链管理和客户关系管理等；第3类是由独立软件开发商或开发团队为了满足某一类特定需求而提供的创新型应用，一般在公有云平台上搭建。软件厂商将应用软件统一部署在服务器或服务器集群上，通过网络提供给用户；用户也可以根据自己的实际需要向软件厂商定制或租用适合自己的应用软件。

3 云计算在电信IT支撑系统中的应用

基于运营商IT支撑系统的现状与云计算技术发展情况，目前云计算在IT支撑系统的应用主要从两方面入手：服务器虚拟化和存储虚拟化。

3.1 服务器虚拟化

服务器虚拟化就是把服务器所拥有的物理资源通过虚拟化技术映射成虚拟资源。而这些虚拟资源在操作系统和应用的使用上是相对独立的，这样就可以在同一台物理计算机上运行多个独立的操作系统及相互独立的应用。服务器所拥有的资源（如CPU、内存、磁盘和网络资源等）可以被这些应用环境共享。配合其他诸如工作负载管理等技术，可以让服务器在满足不同类型的工作负载服务水平的同时，充分利用服务器的物理资源。

随着虚拟化技术的发展，目前业界已经有多种服务器虚拟化技术，Unix服务器领域有IBM的 Power VM技术，hp的 nPAR、vPar技术，Sun的 Dynamic System Domain分区技术，PC服务器上的VMware、Hyper-V等技术。从技术上讲，各个厂商的服务器虚拟化技术主要可以划分为硬件物理分区、逻辑分区、虚拟机和操作系统层面的虚拟化。每种技术都有各自的特点，在实际应用过程中，可根据具体需要进行选择。

·硬件分区之间的独立性更强，可靠性相对更高，但其灵活性较差。

·操作系统级的虚拟化技术有利于更大限度地使用系统资源，减少需要维护的操作系统个数，但一旦主操作系统出现故障，其上所有应用分区都将无法提供服务。

·逻辑分区不但可以极大地提高资源使用率，还提供了良好的性能和动态调配资源的能力，可以在同一台主机的不同分区中安装异构的操作系统。

·虚拟机技术虽然可以提高资源的利用率，但由于资源的分配是通过软件实现的，各分区系统的性能受到的影响相对较大。

云计算大规模、低成本、高度弹性、自动管理等特征，对服务器硬件架构提出新的要求。相比小型机系统，x86服务器成本低，标准化程度高，符合IT系统云计算演进趋势，通过构建x86服务器集群和云架构IT系统，能够在性能、可靠性等方面提供与传统Unix服务器相当的能力；能够实现更好的大规模扩展性，同时在成本、通用性、标准化等方面也具有很大优势；能够满足大多数业务的需求，也符合IT系统云计算演进趋势。IT系统从传统Unix小型机+数据库架构向x86服务器集群和云计算架构演进，是IT系统云计算化的重要技术方向。

3.2 存储虚拟化

存储虚拟化是把分散的不同品牌或不同级别的存储产品统一到一个或几个大的存储池下，用户看见的不再是孤立、分散的系统，而是一个统一的整体。用户管理的也是一个整体存储，而不是一个个具体的系统。在物理存储系统和服务器之间增加一个虚拟层，使用者只和逻辑存储打交道，而存储硬件的增减、调换、分拆、合并对使用者完全透明。对于存储的管理者来说，存储虚拟化的引入，使得存储管理更加统一，管理效率更高。

目前业界主要有3种存储虚拟化方法。

（1）基于主机的虚拟存储

基于主机的虚拟存储依赖于代理或管理软件，它们安装在一个或多个主机上，实现存储虚拟化的控制和管理，这种实现方式通常称为逻辑卷管理。磁盘上的物理块或逻辑单元号被映射成逻辑卷号，逻辑卷管理软件把多个不同的磁盘阵列映射成一个虚拟的逻辑块空间。通过在服务器上安装虚拟存储管理软件，实现各物理存储体的集成映射。

基于主机的虚拟化存储实现容易，可在不需要硬件支持的条件下实现形式多样的存储管理，对改善存储系统的可管理性，提高存储的安全性和可靠性很有益处。由于控制软件运行在主机上，会占用主机的处理时间，主机数量越多，实施/管理成本越高。因此，这种方法的可扩充性较差，实际运行的性能不是很好。基于主机的方法也有可能影响到系统的稳定性和安全性，软件控制的存储虚拟化还可能由于不同存储厂商软硬件的差异带来不必要的互操作性开销，所以这种方法的灵活性也比较差。

（2）基于存储设备的虚拟存储

基于存储设备的虚拟存储针对异构SAN构架，独立于主机，存储设备可以连接多台主机，此时虚拟过程是在阵列控制器上完成将一个阵列上的存储容量划分为多个存储空间，供不同的主机系统访问。

该方法虚拟化技术成熟，应用风险小，较容易实现，更容易管理，同时对用户或管理人员都是透明的。但前期的投资较大，且消耗存储控制器的资源，异构厂商盘阵的高级存储功能将不能使用。

表1 存储虚拟化方法适用场景

（3）基于网络的虚拟存储

基于网络的虚拟化通过在存储区域网这一级采用智能化的路由器、交换机或者增加一个元数据服务器等，实现虚拟化的工作，它通过提供一种中央虚拟化方式将网络中的存储资源集中起来管理，提供了一个“开放”的虚拟实施环境。缺点是存储阵列的兼容性需要严格验证，原有盘阵的高级存储功能将不能使用。基于网络的存储虚拟适用范围广，提供产品的厂商最多，但由于引入新的硬件设施，会带来新的故障点和转发性能开销。

针对每种方法的特点，表1给出相应的适用场景。

4 电信IT支撑系统应用云技术的挑战与策略

目前，IT的管理模式和云计算的管理模式在有些方面存在着一定的矛盾，因为云计算强调集中化、跨系统的优势以及应用平台资源的分层耦合管理，这与传统“烟囱”式的系统建设与管理存在很大区别。由此可见，引入云计算技术，在IT系统建设和运维管理方面面临很大的挑战，为了能够更好地适应云平台，需要在相关领域进行一定的变革。

由于“云”对外部不透明，云计算的服务提供并没有对业务给出细节的具体说明，如何在内部IT支撑和对外服务中给业务系统提供安全可信的服务，是云计算的重要影响因素之一。同时，云计算没有统一的标准，各个云计算厂商和服务商都在各自为战。各个标准组织的进展也比较快，业务保障不够完备，不同的“云”之间缺乏互操作性，这也为云计算技术的应用带来很大的挑战。

5 结束语

综上所述，运营商在IT支撑系统中引入云计算技术应当紧跟当前技术的最新进展，从服务器虚拟化和存储虚拟化入手，逐步推进支撑”云”向以x86架构为主的云计算和云存储平台演进。同时，新技术的引入不应影响目前运营商各IT支撑系统的正常运行，即在保证系统质量的情况下，进行云计算平台的建设。云计算的引入要充分保护IT支撑系统的已有投资，不能盲目追求云计算平台规模，要与IT支撑系统现状紧密结合。

1 房秉毅,张云勇,程莹.云计算国内外发展现状分析.电信科学,2010,26(8)

2 潘松柏,张云勇,陈清金.云计算安全关键技术分析.电信科学,2010,26(10)