云计算环境下基于刀片集群的电信系统应用与分析.docx

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1、云计算环境下基于刀片集群的电信业务支撑系统应用与分析摘要：随着云计算技术1的逐步发展和成熟，为了进一步降低设备和生产投资，提高对未来业务需求的弹性扩展，中国联通系统集成有限公司山东省分公司首次在全国性电信业务支撑系统建设中采用了以刀片集群为底层硬件支持的云计算架构。系统在业务灵活性，数据处理和安全性方面都有了很大的提升，同时也满足了未来潜在的定制需求。关键词：云计算 刀片集群 电信业务支撑系统 业务扩展1.概述随着三大运营商竞争日益激烈，用户对运营产品和服务支持有了更高的要求。电信业务支撑系统作为整个运营网络的业务支撑核心有着相当严格的应用标准。电信业务支撑系统的构建具有软硬件成本高，覆盖节点

2、多，用户数据量大和系统容错性要求高的特点。一旦电信业务支撑系统出现业务扩展瓶颈或不稳定状况，往往会造成用户的大量投诉，给运营商带来不可估量的损失。随着云技术近年来的不断发展，电信业务支撑系统的设计理念也从集中走向分布，模块化走向弹性扩展。众多造价低廉，可靠性高的刀片集群代替了高端服务器，弹性的计算能力减少了闲置资源的浪费并提升了高吞吐量下的数据处理能力，同时结合云计算思想可以更好的应对一些未来出现的业务，使系统具有很好的兼容性。从2009年起，各大运营商也逐步关注起云技术在电信行业支撑系统中的实现可行性。利用云技术可以有效的降低运营成本，提升服务质量，增强运营商的技术实力和行业竞争力，所以中国

3、的三大运营商都不约而同的结合自己现有网络特点开始发布自己的云平台发展战略。中国移动已经发布了自己的“大云”平台，目标是把单点的个人用户能够无缝的介入互联网网中，通过平台向用户提供一些商用服务，突破传统手机的功能瓶颈。同时对IT系统提供高性能计算，分布式存储，虚拟管理等支持。中国电信也于2009年面向企业级和个人用户推出了云存储业务“e云”，使运营商不但可以提供带宽资源还可以为客户出租存储资源，让客户对数据的管理和使用更加安全和高效，同时客户也可以把精力专注到具体的业务上来，摆脱了原有的数据维护压力。中国联通作为中国三大运营商之一也提出了自己的云计算解决方案。通过与Power-Allnetwor

4、ks (PA)公司合作，提出了自己的“互联云”计划。互联云包括的应用领域很多，包含了存储、网络、软件、平台和服务等，未来可以通过自己的云框架来满足用户各种需求，根据云和云之间的关联实现整个网络和功能的共享和互通。本文一方面介绍了云计算技术在电信业务支撑系统中的设计和应用，克服了传统系统的一些缺陷；另一方面，分析和研究对未来业务发展和技术革新的支持，使电信业务支撑系统具有了更强大的生命力，能够为用户提供更优质的服务。2.相关技术发展建设基于云构架的电信业务支撑系统需要面对着多种技术挑战，涉及的技术也是多方面的，从设计到实现往往需要多种技术的搭配和融合。本文主要对其中涉及的几类主要技术进行介绍。2

5、.1云计算技术3云计算最早来源于IBM公司2007年提出的云计算计划。在其技术白皮书中对云计算（Cloud computing）的定义是描述一个系统平台或一种类型的应用程序，可以动态的按需进行部署、配置、重配置或取消服务等。其可提供的服务既可以是存储、计算能力也可以是防火墙、普通软件应用等。任何用户只需要使用一般的WEB浏览器就可以直接访问这些需求。云平台根据用户的需求多少来提供资源服务和计算费用，使整个平台具有可扩展性和高可用性。对云计算的使用最著名的是Google和Amazon公司，它们都部署了大量廉价的普通主机用来进行分布式的计算和存储。Google公司通过并行计算和分布式数据库BigT

6、able为用户提供高速的服务，同时由于对数据进行了对节点的冗余存储，保证了系统具有很好的鲁棒性，即使多节点失效也可以保证系统正常运行。Amazon公司作为全球最大的在线零售商，实现了为客户提供弹性计算能力。这样既保证了其平台下众多的服务开发商拥有足够的平台支持，而不用担心平台维护的问题，同时也保证了其提供的服务质量和运营开销，根据服务请求的多少动态的分配计算能力，根据计算开销计算费用而不是搞平均主义，保护了小服务提供商的利益，也降低了Amazon公司的运营成本。云计算的核心技术是虚拟化技术。在复杂的互联网环境下，从硬件存储、平台操作系统到软件应用无不体现了其异构性和多样性。如果没有虚拟技术来对

7、所有的资源进行统一的抽象管理和高效整合，我们就无法实现云的跨平台共享，最终只能导致云计算之间难以协同工作，产生高效的计算能力。通过对一系列资源的虚拟化我们可以实现资源池，当用户需求什么服务资源池都可以把池中最匹配的服务实例提供给用户，使用户感觉没有平台、服务质量或共享的差别。满足了用户对基础设施（IaaS）、平台（PaaS）和软件（SaaS）的需求。采用虚拟技术实现云计算，在一台机器上部署不同的应用，通过调度管理程序可以灵活分配资源，这样一个业务处理可以在任何一台刀片机机器上处理。此外，虚拟技术很灵活，比如，今天这个应用在这个时段负载很大，其他业务现在闲着，完全可以调配其他业务的资源来处理这个

8、业务应用，满足云计算的伸缩性。采用虚拟技术灵活、经济，可以同时满足不同业务需求，提高设备利用率。2.2刀片服务器刀片服务器（Blade Server）具有计算密度高、结构紧凑、节约空间、薄片模块式接插、易于扩展、便于集中管理及可提供不间断服务等特色，因此广泛的受到企业级用户的欢迎。其主要特点有：节能高效，采用高效AC电源和VRD电源，优化了散热布局，避免了“影子布局”效应，与2U机架服务器比较，能耗降低20-30%；易维护，支持在线热拔插和IPMI 2.0规范，可以远程维护；高性能，高可靠，无源背板，全冗余架构设计，系统设计无单点故障，支持虚拟化。 因此在我们设计的全国性电信业务支撑系统中我们

9、采用了华为E6000新一代刀片服务器作为云计算硬件系统。硬件方面，刀片机密度大，占用空间少，提高了空间使用率，机房的使用效率也随之提高。刀片机是低功率、能耗小的节能型服务器，电源多是智能的，其供电能耗自动调节，运行负荷低功耗降低。软件方面，采用虚拟技术实现网格计算，在一台机器上部署不同的应用，通过调度管理程序可以灵活分配资源，这样一个业务处理可以在任何一台刀片机机器上处理。某一应用在这个时段负载很大，其他业务现在闲着，完全可以调配其他业务的资源来处理这个业务应用，满足云计算的伸缩性，提高了设备利用率。2.3数据库系统采用广泛使用的mysql数据库进行了分布式部署，其管理新和移植性都比较出色。同

10、时因为精简了许多不实用功能，经测试在对数据的处理上也表现出色，而且作为开源软件具有不错的性价比和提升性能潜力。经过数年的研究开发，mysql已经非常的成熟和稳定。在技术支持和维护成本上都非常低，由于是开放源代码的数据库软件几乎找不到潜在的风险BUG，对其他配套软件都可以很好的集成使用，提高了整个系统的兼容稳定性。3.云框架下的电信业务支撑系统建设联通电信业务支撑系统要求构架具有标准化、松耦合、分布式和灵活性等特点。可以在重负荷下依旧保持良好的性能，同时要支持业务逻辑与数据逻辑的分离，使业务的定制更加具有灵活性。通过对服务和数据进行标准化和分布式的处理，解决单点故障等问题，建立起标准化的面向服务

11、体系（SOA）使每个功能单元更加具有独立性，可以对功能进行弹性的扩展。3.1电信业务支撑系统框架图1 电信业务支撑系统框架电信业务支撑系统由于其行业特点往往比一般系统更加的复杂和可靠。从图1可以看出整个系统运行在专有的DCN网和硬件防火墙后，保证了系统运行的安全性和私密性。在部署系统的LAN网络中，可以分成多类服务器，每类服务器往往有多台服务器或服务集群组成。它们在系统运行中担负着独立的业务处理任务，即使某台服务器出现故障或高负载情况，系统可以通过负载均衡算法自动切换成其它服务器处理，不会影响到用户的使用。各类功能服务器的分布式部署使得整个网络具有了更好的鲁棒性，同时不同功能应用的分开部署也保

12、证了业务处理的私密性和并行性，即使在一个LAN中同类服务间的业务也是不可见的，有效保护了业务处理的可靠性。后台数据存储我们分为共享存储和传统数据存储。传统数据存储主要针对数据库服务器，它的要求是高安全性和私密性。传统数据存储相关技术都比较成熟，能够较好的进行访问控制且故障点较少，是一种比较稳健的业务数据存储方案。共享存储对各个功能服务器提供存储服务，可以有效的实现业务数据的灵活共享，减少共同业务数据的冗余和提高数据处理的吞吐能力。通过分析业务需求的不同，进行分类的选择存储方案可以有效的提高系统性能。从系统维护角度来看，这种电信业务支撑系统框架中各个功能系统的分布式部署使业务流程划分更加清晰，维

13、护复杂度大大降低。维护人员仅仅需要关注自己的工作模块，既有利于维护人员快速的掌握相关业务，降低了学习成本，同时也简化了人与人之间的协调难度提高了维护效率，在人员管理和降低人为故障率上都取得了不错的效果。3.2电信业务支撑系统中云计算优势电信行业数据吞吐量远远超出一般行业，以BSS系统每月所产生的数据量为例数据存储量为三百多TB，出账用户达2.78亿以及566亿条计费详单等。可见如果仍旧使用传统的基础框架进行系统开发难度依旧很大，只有通过数据和计算的分布式负载均衡才能支撑起整个运营系统，所以云计算成为新一代系统的不二选择，与旧系统相比具有更加突出的优势：1.投入节约硬件设备主要采用了先进的刀片服

14、务器，在性能、后期扩展性、日常维护和运行开销上都比传统大型服务器大大节约。由于刀片服务器中“刀片”所占得空间很少而且支持热拔插和远程维护，使原有的场地租用和人员维护费都大大的减少，节约了大量资金。服务器内部还内置了负载均衡技术，一旦组成集群可以根据负载压力随时调整资源的分配情况，通过和云技术相互配合使用可以为用户提供高性能的服务。在软件上能够很好的支持Linux和Mysql等开源软件。此类软件不但功能强大，而且技术成熟。通过数年来的发展和升级已有了稳定的版本，并在其他行业得到广泛的使用。在云环境下通过部署此类免费开源软件可以极大的降低软件购买开支和维护费用，进一步突出了整个系统的高性价比优势。

15、2.平台自适应性和扩展性强在云计算中我们要通过虚拟技术把各类平台或应用的异构性进行屏蔽，所有愿意加入平台的服务资源都可以成为对上层可以透明使用的资源。我们往往对一类资源通过虚拟化资源池的方式进行管理，当上层的资源请求来到时我们只需要到池中取得所需的资源实例就可。对上层来讲它们可能看到的都是一副面孔的资源，只需要按照既定的标准去调用它们既可，而不用去担心服务的可用性和服务质量，使上层系统具有了更好的逻辑独立性和可扩展能力。电信业务支撑系统往往面临着局部热点或突发数据量问题，云计算可以有效的解决这些难题。一旦某一应用的访问量突增或某一数据资源形成热点而导致原有资源枯竭。云计算可以根据既定的资源调度

16、算法和负载均衡算法去调配其他应用的空闲资源来满足突发应用的资源需求。从而保证每个应用都可以可靠稳定的运行，不会在高负载环境下造成应用失效从而拖累整个电信业务支撑系统。云平台还可以通过数据的分布式存储和计算的自适应调整保证系统的鲁棒性，不会因为一两个后台服务节点失效而导致整个系统出现故障，最终保证了整个电信业务支撑系统的高度的适应能力。3.系统高效和通用性强用户在访问一个功能时不在是仅仅依靠一台应用服务器，而是整个服务器集群为用户提供计算支持。通过平台自身的负载算法可以很好的利用闲置服务器资源，使整个集群的随着计算压力的增大也能处于比较均衡平稳上升的负载环境下，保证了上层系统的可靠性。在云计算中

17、往往对各类应用使用统一的行业标准，这样不但解决了不同服务器之间的平台异构问题还能令整个云网络可以更好的和其他网络进行关联。理论上可以实现云规模的不断扩展，使系统有能力去接入任何它所需要的服务资源而不再用考虑其调用细节。4.业务定制灵活系统对下层服务的透明调用和虚拟资源池的服务管理，可以最大限度的对各类服务资源进行解耦。一旦服务间被解耦成可被独立调用的功能单元，对于上层的系统业务扩展来说就具有了极大的灵活性。每个业务流程都可以分解为一个个独立有意义的业务单元，单元间往往只具有一些数据的约束性，我们通过云平台可以有效的把服务划分到各个资源池中。在新业务生成后，每个业务单元环节我们的系统只需要到相对

18、应的资源池中去取相应的服务实例，并且去调用它们，具体如何去选择和匹配服务这可以交由云平台去自行管理。这里往往涉及到服务间的借口匹配，功能匹配和服务质量匹配等几个方面。通过云平台对应用服务的灵活管理，我们可以更加自由的通过上层系统去定制我们的业务服务，并由上层的电信业务支撑系统根据生成算法对新生成业务进行分解去请求云平台提供一系列的服务实例。3.3云计算设备健壮性分析电信业务支撑系统往往要求数据存储高安全和运行高可靠性。云中资源是按需获取和分配，通过刀片机集群方式进行平台搭建。即使个别资源有问题时，用户在云中仍旧可以按需获取所需资源。系统通过云实现的高可靠性，提高了业务系统安全性，具体通过以下硬

19、件技术实现：为了能够实现设备的可用性以及高可靠性，服务器的各个电子部件都要采取必要的保护、容错措施，与此对应的硬盘的RAID技术、电源、风扇的冗余技术，都在刀片集群中得到了广泛的应用。针对服务器部件突发出现故障时，需要保证用户能够在系统正常运行或支持平台的在线维护等问题。除了上面技术，服务器还提供了热插拔(hot- plugging或Hot Swap)功能，就是允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损坏的硬盘、电源或板卡等部件，从而极大地提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展 性和灵活性等，使服务器系统的容错能力大大上升，为用户提供了最大限度的系统保障。在电信业务支撑系统建设中由于把

20、热插拔和冗余运用到刀片服务器之中满足了密集计算环境对服务器性能的需求；并且对应用服务器配置双机热备，当应用服务器发生问题宕机时，备机迅速接管应用相应的共享存储磁盘会相应的挂在在备机上，达到对业务的不间断服务。并且通过内置的负载均衡技术，有效地提高了服务器的稳定性和核心网络性能。通过云化方案和刀片服务器的配合使用，实现了软硬件的弹性扩充及故障无缝切换，保证了任意设备故障的情况下不影响业务，提高了系统安全性4.云计算在电信业务支撑系统中的未来发展1.物联网使用物联网4是由MIT的AUTO-ID实验室提出的一种网络概念。它使用传感技术、射频技术、定位系统、云计算等让生活中所有物体都能够远程感知和控制

21、，并通过现有的网络，形成一个智慧的生活体系。可以想象所有物体通过各种传感技术不断的获取用户的信息，通过云计算来进行下一步的计算调整，使我们的生活更加的方便和智能，同时物联网也可以广泛的运用在楼宇监控、交通管理、数字医疗和现代物流管理等多个领域，可以说它将带来互联网的第三次科技革命。如今手机卡具有了射频功能，电信业务支撑系统未来可以与物联网相互连接，在技术上随时随地的处理用户传递过来的周围环境上下文信息，如：位置、温度、道路及天气情况等。通过云计算网络及时的对周围的事物进行管理和命令，并向用户提供反馈帮助，方便才出行。2.切客生活切客是近年来才兴起的一种基于LBS（基于位置服务）的社交形式，每个

22、人可以通过手机随时随地的把自己的位置信息和消费体验放到网上，通过切客软件对自己的社交活动进行记录。虽然这种形式的社交刚刚的进入中国，但是很多的互联网公司已经开始进行了推广，其已经成为继博客、SNS和微博之后最具有潜力的社交方式。切客首先需要的地理位置定位和随时随地的互联网服务功能，这些通过手机运营商网络和云计算平台都可以得到很好的解决。切客是一种从虚拟走向现实的社交，在应用中往往可能出现局部的热点和各类服务请求。通过云计算平台我们可以根据地域切客数量的增多，随时的去调整我们的应用计算能力。其次，在某些地理环境下可能出现许多的服务需求，由于在云中我们的服务资源都是独立的以云形式管理起来，可以根据

23、需求进行最佳的匹配操作，并把需要的服务信息根据地理信息的不同有选择的发给用户进行推荐，大大的方便了用户的使用体验。3.商用服务资源租赁SP/CP厂商为我们的用户提供了大量的应用选择，但是许多应用它们的受关注度不高，对于冷门应用如果让它们长期占用资源也是一种投资的浪费。通过云计算框架我们可以做到最SP/CP厂商的动态资源调配，即可以降低它们的费用也节约了运营商的硬件投入资金。使整个系统的资源可以在较高的使用率下运行。对于个人用户云计算的电信网络也给它们带来了方便，当个人用户面临着大计算量或大文件存储问题时可以通过短暂的租赁运营商的云计算资源来进行解决，使每个用户终端都具有了超级计算的能力。当想搜

24、索一些专业领域服务，可能用户并没有专业知识和使用经验，如果自己手动来搜索往往是效率低下而且难以确保服务质量。通过云计算平台对服务资源进行整合，我们把用户的这种专业需求交给系统来处理，让我们系统从云中自动的搜索可用的服务资源推送给用户，同时还可以根据搜索内容进行相关服务推荐，降低了用户的使用成本，也推动了运营业务的推广。5.结束语通过首次在全国性电信业务支撑系统建设中采用云计算方案，并且在云计算架构中使用刀片机集群方案作为硬件平台，云计算节点上大规模采用开源软件方案，不但大大降低了系统建设投入成本，还保证了系统对未来业务变化和增长的灵活性和伸缩性。使系统在未来的使用中不但具有更高的性能优势，还能符合当前的技术发展趋势，有力的保障了未来电信领域的快速发展。参考文献1.云计算(第2版) 刘鹏 电子工业出版社 (2011-05出版) 2. 移动互联网时代电信运营商的商业模式能力开放 吴刚 信息通讯技术3. 云计算：系统实例与研究现状 陈康、郑纬民 软件学报，Vol20，No5，May，20094. 物联网及其应用剖析 徐迪威，蔡建新 计算机工程与应用，2011，47(15)