摘要:電信運營商面臨著節(jié)能降耗、提升服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)創(chuàng)新的壓力，云計算技術(shù)的出現(xiàn)為解決這些壓力提供了新的思路。在基礎(chǔ)設(shè)施層面，采用虛擬化技術(shù)能夠有效提高資源利用率，提高系統(tǒng)的可伸縮性和可用性；在開發(fā)平臺層面，電信網(wǎng)能夠開放自身業(yè)務(wù)能力，為業(yè)務(wù)創(chuàng)新提供支持；在業(yè)務(wù)層面，電信網(wǎng)能夠以服務(wù)的形式提供各類軟件，開拓電信業(yè)務(wù)的范圍。云計算同時也會帶來安全、管理和標準等方面的問題，這些問題需要在發(fā)展中逐步解決。

關(guān)鍵字:云計算；虛擬化；基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)；平臺即服務(wù)；軟件即服務(wù)；資源池；

英文摘要:Telecom operators face mounting pressure for energy efficiency, improved service quality, and innovative services. Cloud computing provides new ways to address these issues. On the infrastructure layer, virtualization technology can increase resource utilization, and enhance scalability and availability of the system. On the developing platform layer, telecom network capability can be opened to support the creation of new services. On the service layer, telecom networks can supply various software as a service, thereby extending the scope of telecom services. Cloud computing technology may also bring about problems associated with security, management, and standards, and these must be resolved step by step.

英文關(guān)鍵字:cloud computing; virtualization；IaaS；PaaS；SaaS；resource pool;

1 電信領(lǐng)域面臨的問題和機遇

電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到今天，已經(jīng)日益復(fù)雜和龐大。而電信網(wǎng)的建設(shè)模式并沒有根本的變化，各個電信設(shè)備廠商根據(jù)業(yè)務(wù)需求設(shè)計自己的解決方案，采用專用的軟硬件和管理系統(tǒng)，不同廠家設(shè)備之間通過標準協(xié)議互通。在這種模式下，形成了開放標準下封閉的產(chǎn)品體系。隨著電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和社會環(huán)境的變化，這種模式的弊端日益顯現(xiàn)。

首先，是資源利用率低，建設(shè)成本高。無論是設(shè)備初始建設(shè)還是系統(tǒng)擴容，運營商都要根據(jù)預(yù)期的最大業(yè)務(wù)容量來進行規(guī)劃。由于不同廠商的硬件設(shè)備不能共用，導(dǎo)致每一類設(shè)備都有相當(dāng)大的冗余，設(shè)備和機房空間浪費嚴重。

其次，能耗居高不下，節(jié)能減排壓力大。按傳統(tǒng)電信設(shè)備的設(shè)計方式，無論電信業(yè)務(wù)量有多大，設(shè)備始終運行，導(dǎo)致其設(shè)備始終按最大容量耗電。

第三，維護復(fù)雜，升級擴容代價大。電信設(shè)備的升級擴容是比較復(fù)雜，需要專業(yè)人員參與，也會對業(yè)務(wù)運行產(chǎn)生影響。而且，廠商軟硬件的差異，給設(shè)備維護帶來很大工作量。

第四，新業(yè)務(wù)開發(fā)代價較大，業(yè)務(wù)創(chuàng)新困難。電信業(yè)務(wù)開發(fā)過程中需要考慮硬件開發(fā)、業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)、協(xié)議互通、可靠性和擴展性，整個過程周期長，投入大。另外，電信網(wǎng)原有的一些成熟的業(yè)務(wù)能力不能復(fù)用，許多開發(fā)工作不得不重復(fù)進行，制約了業(yè)務(wù)創(chuàng)新的步伐。

近幾年互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展十分迅猛，許多優(yōu)秀的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在探索中逐漸找到自己的解決辦法，這就是云計算。例如，Google采用分布式計算、分布式文件系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)了在低成本設(shè)備上提供高可靠、大容量的存儲和計算能力；Amazon利用虛擬化技術(shù)出租自己冗余的設(shè)備資源獲取利潤；一些客戶關(guān)系管理(CRM)、企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)廠商在互聯(lián)網(wǎng)上推廣自己的軟件，用戶上網(wǎng)即可使用，達到了低成本高效率。

云計算逐漸走向成熟，雖然目前云計算還不夠嚴謹和規(guī)范，但是它在互聯(lián)網(wǎng)的成功給電信領(lǐng)域帶來了新的思路和機遇。

2 云計算在電信領(lǐng)域的應(yīng)用模式

云計算是一種應(yīng)用模式，它涵蓋了多種技術(shù)，這些技術(shù)之間甚至有著較大的差別，但它們有著共同的特征：按需自服務(wù)、廣泛的網(wǎng)絡(luò)接入、資源池、快速彈性和服務(wù)的可度量[1]。這些特征符合電信網(wǎng)的需求，使電信網(wǎng)具有采用云計算技術(shù)的動力。

在云計算架構(gòu)中，有3種角色，分別是服務(wù)提供者、服務(wù)開發(fā)者和服務(wù)消費者[2]。電信網(wǎng)的主要角色是作為服務(wù)提供者為客戶提供云計算服務(wù)。另外，服務(wù)開發(fā)者也是非常重要的角色，運營商本身、獨立開發(fā)商和個人都可以成為服務(wù)開發(fā)者。

從服務(wù)類型的角度看，云計算有3種服務(wù)類型：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)、平臺即服務(wù)(PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)。云計算服務(wù)提供商可以提供其中一種類型的服務(wù)，也可以同時提供多種類型的服務(wù)。對于電信運營商來說，根據(jù)不同的目的和需求可以采用不同的云計算服務(wù)類型。下面從服務(wù)類型的角度來看云計算在電信領(lǐng)域的應(yīng)用模式。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施的云化改造

電信基礎(chǔ)設(shè)施包括服務(wù)器、存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。基礎(chǔ)設(shè)施云化改造就是通過云計算技術(shù)，將這些基礎(chǔ)設(shè)施由獨立的硬件設(shè)備轉(zhuǎn)化為資源池，資源池能夠被多個上層業(yè)務(wù)共享，由統(tǒng)一的管理平臺管理，這就是IaaS的概念。

將物理設(shè)備轉(zhuǎn)化為資源池主要通過虛擬化技術(shù)。虛擬化技術(shù)將CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)帶寬等物理資源進行統(tǒng)一管理，使資源能夠按需地分配到各個虛擬機上。每臺虛擬機就像一臺獨立的物理服務(wù)器，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運行在虛擬機上，它們感知不到虛擬機與物理機的差別。

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，采用虛擬化技術(shù)后，設(shè)備利用率能夠從10%提升到40%～60%，每用戶總成本下降52%，同時系統(tǒng)故障率和維護時間也大大下降[3]。成本下降主要來源于這樣幾個方面：

資源利用率的提高使物理設(shè)備投資降低。原有電信網(wǎng)中每臺設(shè)備都有固定用處，如數(shù)據(jù)庫服務(wù)器就不能用作會話服務(wù)器，即使CPU利用率不到10%，也只能空閑。采用虛擬化技術(shù)后，管理系統(tǒng)會將多個虛擬機遷移到同一臺物理上運行，資源利用率明顯提高，物理服務(wù)器實際需求量就會減少。

高效的資源調(diào)度使電力成本下降。由于虛擬機有在線遷移能力，電信業(yè)務(wù)也有著明顯的周期性。當(dāng)業(yè)務(wù)量下降時，管理系統(tǒng)會將更多的虛擬機調(diào)度到一臺物理機上運行，其它物理機可以停機以節(jié)省能耗。

虛擬資源與物理設(shè)備隔離，使設(shè)備維護成本下降。資源池的維護管理要比管理各種不同的硬件設(shè)備簡單的多，而且對資源池的擴容和維護對業(yè)務(wù)沒有影響。

電信網(wǎng)的云化改造收益明顯，但改造的過程并不是簡單地將應(yīng)用遷移到云計算上。由于目前電信設(shè)備的整體架構(gòu)還是比較封閉的系統(tǒng)，設(shè)備廠商提供的整套設(shè)備軟硬件是不能分割的，設(shè)備無法共享，軟件也不能遷移，這些條件都與云計算資源池的概念相悖。因此，電信基礎(chǔ)設(shè)施的云化改造必將伴隨著電信設(shè)備架構(gòu)的變革。

圖1顯示的是傳統(tǒng)電信設(shè)備和云化改造后電信設(shè)備的比較，明顯的區(qū)別是傳統(tǒng)電信設(shè)備的物理設(shè)備由統(tǒng)一的資源池代替。

為了適應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的云化改造，電信系統(tǒng)的設(shè)計和部署將會有如下變化：

軟件的功能分配、主備關(guān)系不依賴于硬件設(shè)備。傳統(tǒng)設(shè)備一般會確定機框里每塊處理板的功能，板卡之間的主備關(guān)系，甚至軟件模塊間通信也是以板卡位置為依據(jù)。這些依賴于硬件的因素都必須改造，取代軟件功能模塊間的邏輯關(guān)系。

系統(tǒng)的管理范圍和方式發(fā)生變化。硬件資源將不再分別管理，而是由云計算平臺統(tǒng)一管理。云計算平臺會屏蔽某些物理設(shè)備的變化，如升級、擴容、故障切換等等，在必要時，云計算平臺會將資源池的事件上報給上層應(yīng)用，上層應(yīng)用會做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。

 系統(tǒng)的部署方式發(fā)生變化。由過去安裝、配置、調(diào)試和運行的過程，變成資源申請和虛擬機映像載入的過程。虛擬機映像是包含操作系統(tǒng)和已經(jīng)安裝調(diào)試好的應(yīng)用軟件的映像文件，能夠直接在虛擬機中運行，省掉了復(fù)雜的中間過程。

業(yè)務(wù)調(diào)度模式發(fā)生變化。業(yè)務(wù)量調(diào)度的模式不再是由固定數(shù)量的處理板分擔(dān)任務(wù)，實際承擔(dān)任務(wù)的虛擬機個數(shù)可以動態(tài)變化，調(diào)度器可隨時根據(jù)需要申請資源。

正是由于這些變化，電信基礎(chǔ)設(shè)施的云化改造是一個漸進的過程，需要運營商和設(shè)備商通力合作，共同解決改造中的問題，逐步推進云計算的應(yīng)用。

2.2 利用云計算提供業(yè)務(wù)創(chuàng)新平臺

對于業(yè)務(wù)創(chuàng)新平臺，從智能網(wǎng)開始，電信領(lǐng)域就已經(jīng)探索過多年，目前開發(fā)一個新業(yè)務(wù)依然比較困難。相對來說，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的開發(fā)更簡潔一些，有許多成熟的框架和工具，接口協(xié)議也比較靈活。云計算PaaS的概念就更進一步，開發(fā)平臺作為服務(wù)提供，開發(fā)人員只需購買相應(yīng)的服務(wù)就可以進行業(yè)務(wù)開發(fā)和部署。Google 的App Engine是比較典型的PaaS平臺，開發(fā)者可以用Python或Java語言開發(fā)Web應(yīng)用，并直接部署在App Engine上，App Engine能夠支持自動擴展和負載均衡。因此，一個Web應(yīng)用最復(fù)雜的部分由平臺來解決，開發(fā)者只需按業(yè)務(wù)需求開發(fā)業(yè)務(wù)邏輯即可。

實際上，大多數(shù)電信業(yè)務(wù)本身邏輯并不復(fù)雜，難點主要是信令和協(xié)議的復(fù)雜性、高可用性和擴展性的處理，以及昂貴的部署平臺等。而依照PaaS的觀點，這些問題都應(yīng)由云計算平臺來解決，并以服務(wù)的形式提供給開發(fā)者。圖2是符合電信業(yè)務(wù)特點的一種典型的PaaS架構(gòu)。它主要的組成部分有：

基礎(chǔ)服務(wù)：提供業(yè)務(wù)開發(fā)基本的支撐功能，如分布式數(shù)據(jù)庫[4]、分布式文件系統(tǒng)[5]、分布式計算框架[6]和分布式緩存等，這些服務(wù)具有專用的應(yīng)用程序編程接口(API)，開發(fā)者通過調(diào)用API來訪問具體的功能。基礎(chǔ)服務(wù)本身也提供高可用性和擴展性。

業(yè)務(wù)支撐服務(wù)：提供業(yè)務(wù)相關(guān)的支撐功能，如用戶管理、計費認證、日志功能、業(yè)務(wù)路由、策略控制等，這些服務(wù)提供了電信業(yè)務(wù)通用的功能模塊。

業(yè)務(wù)組件服務(wù)：提供基本的業(yè)務(wù)組件，如語音、會議、短信、彩信、位置等，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)也可以作為業(yè)務(wù)組件提供，如搜索、地圖、社區(qū)等。這些組件通過開發(fā)語言編程進行組合生成新業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)相關(guān)的信令和協(xié)議都由API屏蔽，開發(fā)者完全可以不關(guān)心。

業(yè)務(wù)開發(fā)和運行環(huán)境：提供給開發(fā)者完整的業(yè)務(wù)開發(fā)環(huán)境，業(yè)務(wù)開發(fā)完成后可直接部署在平臺上。開發(fā)者可免去購買硬件設(shè)備的費用，平臺保證業(yè)務(wù)運行時有著充分的資源保障
運營支撐和監(jiān)控管理功能：提供對整個平臺業(yè)務(wù)的運營支撐能力，也為開發(fā)者提供監(jiān)控管理自身業(yè)務(wù)的能力。

在電信網(wǎng)中采用PaaS模式，使開發(fā)電信業(yè)務(wù)的入門成本大大降低，大量的開發(fā)人員可以進入電信業(yè)務(wù)的開發(fā)隊伍中。互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的成果和創(chuàng)新能力也能融入到平臺中，使電信網(wǎng)絡(luò)成為一個開放的和融合的網(wǎng)絡(luò)。

2.3 以軟件即服務(wù)的形式提供多樣化服務(wù)

軟件即服務(wù)指的是指將軟件部署在互聯(lián)網(wǎng)上，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)使用軟件，而不是購買軟件版權(quán)。目前提供SaaS服務(wù)比較成功的是企業(yè)管理軟件廠商。

電信業(yè)務(wù)發(fā)展到現(xiàn)在，能選擇的業(yè)務(wù)主要還是語音、視頻、短信、彩信，以及一些衍生出來的業(yè)務(wù)。而技術(shù)的發(fā)展給電信業(yè)務(wù)提供了廣闊的發(fā)展空間。從通信終端來看，電話機發(fā)展到智能手機，終端的能力有了質(zhì)的提升，智能終端已經(jīng)成為集通信、娛樂、辦公于一體的設(shè)備。智能終端潛力的發(fā)揮需要網(wǎng)絡(luò)的支持，借助SaaS的思想，電信網(wǎng)絡(luò)就能夠提供比傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)更多樣化的服務(wù)。

圖3是以SaaS模式提供電信業(yè)務(wù)的邏輯框圖。它的特點是應(yīng)用軟件由SaaS平臺提供和管理，數(shù)據(jù)也存儲在平臺上。終端不安裝軟件，也不保存數(shù)據(jù)，而是通過客戶端來使用軟件和訪問數(shù)據(jù)，客戶端可以是瀏覽器或小應(yīng)用程序(Widgets)。由于終端只用作呈現(xiàn)界面，不做業(yè)務(wù)處理，所以對處理能力要求不高，娛樂、辦公、生活各方面的軟件都可以在終端上流暢使用。客戶端可以設(shè)計成與運行平臺無關(guān)，用戶可以在普通電腦上使用同樣的客戶端，這樣用戶就可以在普通電腦和移動終端上使用同一個軟件，實現(xiàn)無縫切換，給辦公生活帶來很大便利和樂趣。

SaaS模式提供的軟件費用低、免維護、而且用戶數(shù)據(jù)由平臺保護，安全性也得到提高，是未來軟件應(yīng)用模式的一個發(fā)展方向。SaaS平臺與PaaS平臺有著密切的關(guān)系，完善的PaaS平臺能夠吸引大量的開發(fā)人員參與SaaS軟件的開發(fā)。只有軟件豐富多彩了，才能推動電信多樣化服務(wù)走向成熟。

3 采用云計算技術(shù)需要解決的問題

云計算在互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)有了數(shù)年的應(yīng)用經(jīng)驗，但在電信網(wǎng)中的成熟應(yīng)用還需要一個過程。首先是安全問題，云計算是多用戶共享資源的，必須保證用戶信息的安全性，用戶數(shù)據(jù)不被竊取和損壞，因此用戶數(shù)據(jù)的隔離和加密保護非常關(guān)鍵。其次是管理問題，采用云計算后，電信網(wǎng)的管理模式將會有較大變化，需要一個適應(yīng)過程。另外，是標準規(guī)范問題，云計算的標準還不完善，雖然已經(jīng)有了一些標準，如開放虛擬化格式(OVF)[7]，但大多數(shù)接口API還是各廠家私有的，互通存在著問題。這些問題需要運營商和設(shè)備商共同推動，在應(yīng)用中逐步解決。

4 結(jié)束語

云計算的發(fā)展給電信領(lǐng)域帶來了解決自身問題的機遇，云計算的IaaS、PaaS和SaaS3種服務(wù)模式都可以在電信網(wǎng)中得到應(yīng)用。從傳統(tǒng)的模式向云計算遷移，電信網(wǎng)在架構(gòu)上有著較大的革新，需要一個逐步推進的過程。在采用云計算技術(shù)的過程中，存在著一些安全和管理方面的問題需要解決，這些問題并不影響電信網(wǎng)采用云計算的大方向。在云計算技術(shù)的推動下，電信網(wǎng)會更加開放和靈活，電信與互聯(lián)網(wǎng)會進一步融合。

5 參考文獻
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[2] Cloud Computing Use Case Discussion Group. Cloud Computing Use Cases [R]. White Paper, V2.0. 2009.
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[4] CHANG F, DEAN J, GHEMAWAT S, et al. Bigtable: A Distributed Storage System for Structured Data [C]// Proceedings of the 6th USENIX Symposium on Operation Systems Design and Implementation (OSDI'06), Nov 6-8,2006, Seattle, WA, USA. New York, NY, USA: ACM, 2006.
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[6] DEAN J, GHEMAWAT S. MapReduce: Simplified Data Processing on Large Clusters [C]//Proceedings of the 7th USENIX Symposium on Operation Systems Design and Implementation (OSDI'04), Dec 6-8, 2004, San Francisco, CA USA. New York, NY, USA: ACM, 2004.
[7] Open Virtualization Format Specification，V1.0.0 [R]. DMTF, 2009.

馬蘇安，畢業(yè)于中國科技大學(xué)，現(xiàn)任中興通訊中心研究院高級工程師、規(guī)劃總工，長期從事電信系統(tǒng)軟件的開發(fā)研究，主要研究領(lǐng)域為P2P、云計算。