基于云计算的新一代电信IT基础架构研究

【摘 要】在介绍了相关背景之后，文章提出了基于云计算的新一代业务支撑网的IT基础架构，详述了各层结构的功能原理，包括云硬件架构、云软件架构、云应用架构和云管理架构。该架构将更有效支撑业务发展。

【关键词】云计算 IT基础架构 数据中心 SOA 虚拟化

付 峰 中国移动（深圳）有限公司

1 引言

随着3G商用的逐步推进，传统的互联网业务正在与移动通信网加速融合，以移动互联网为代表的数据业务如移动社区、手机邮箱和即时通信等成为移动运营商的战略重点。在今年（2009年）达沃斯世界经济论坛期间，中移动董事长兼CEO王建宙谈到互联网未来发展的两个主要方向，第一是云计算，第二是互联网的移动化，这两个方向将促使互联网发生一个数量级的上升，同时创造出新的经营模式。与此同时，Gartner也在其报告中称“到2012年，80%的财富1000强企业将使用云计算服务”。

面对移动互联网的发展，中国移动进行向信息服务提供商的战略转型，不仅提供面向个人和行业应用的传统电信业务服务，还将提供包含软件服务、平台服务在内的新商务模式。这种转型对业务支撑网系统提出了更高要求，不仅为内部应用提供支撑服务，现有的系统如BOSS、CRM和BASS等系统；而且为第三方提供软件服务（SAAS），如CRM、MIS等；还为外部应用提供平台服务（PAAS），提供二次应用开发能力，如基于位置的服务等。

传统的系统架构以客户/服务器模型为主，一般是一套系统一套服务器。这种架构作为业务支撑网系统中最重要的体系结构，曾为企业的业务发展、营销服务提供了强有力的支撑，至今仍被广泛使用，但该体系架构在使用过程中也越来越体现出架构的可扩展性差。由于移动业务的急剧发展、应用数据大量的膨胀，造成相关系统经常性扩容，每次扩容不仅周期长，而且软硬件成本相当高，为未来业务发展带来一定不利影响。

云计算体系架构作为一种新兴的共享基础架构方法，虽然各方表述不太一样，但本质上都是通过将企业计算动态分布到集群计算机上，根据业务发展和应用使用情况对软硬件资源进行灵活的调配，以实现按需访问，对内对外提供各种IT服务。云计算是由分布式计算、网格计算等技术发展而来，并融合了虚拟化、Web 2.0等相关技术。本文旨在研究如何构建基于云计算环境的新一代IT基础架构，从而更有效支撑业务发展。

基于云计算的

新一代电信IT基础架构研究收稿日期：2009-11-21

2 云计算体系架构

针对现有的和即将出现的大规模数据密集型工作任务，在云计算思想基础上，综合虚拟化、分布式数据库、SOA、SAAS和 Web 2.0等技术，本文提出了新的基于云计算环境下的业务支撑网体系架构。该体系架构由虚拟集群、数据中心、内部服务整合和提供（SOA）、应用（内部应用、软件服务、平台服务）等组成，为个人用户和行业用户提供更为丰富的业务体验。业务支撑网云计算架构如图1所示：

基于云计算的业务支撑网IT系统架构包括了云硬件架构、云软件架构、云应用架构和云管理架构。每层结构分述如下：

（1）云硬件架构，其重点为基础设施建设，通过使用虚拟化技术，将物理服务器、存储和网络组成虚拟集群，以供上层软件平台调用；

（2）云软件架构，由数据中心、服务中心和访问中心组成；

◆数据中心，作为整个系统架构的核心，根据企业内部应用和外部应用的特点，进行统一数据建模。该中心存储了整个企业的全部数据和第三方数据，不仅包含了基础数据，而且也包括了经过不同应用深加工后的信息数据。数据中心可根据不同的应用计算方式，混合采用文件系统、内存数据库、普通数据库和数据仓库；

◆服务中心，根据内部应用和外部应用的需要，将基础数据和经过加工后的信息数据以服务的形式进行封

装，对内对外提供包括软件服务、平

台服务、存储服务和计算服务在内的

多种服务；

◆访问中心，提供内部应用和外

部应用的访问方式，通过对应用的适

配，灵活地适应应用的需求，并辅以

访问控制、接入管理、展现管理和第

三方应用的嵌入管理等。

（3）云应用架构，含企业内部

应用、软件服务和平台服务。企业

内部应用如业务支撑网系统BOSS/

CRM/BASS、业务网系统飞信平台/

手机邮箱等；软件服务（SAAS）对

外提供相应的软件，如CRM、OA和

MIS等；平台服务（PAAS）提供二次

开发接口，为外界应用所调用，并可

通过MASHUP等技术聚合，如基于位

置的服务接口、基于营销的服务接口

等。

该系统架构每部分层次清楚，并

都能够被单独管理，这使得企业能够快速升级各部分，以下就每层架构以及每层所使用的关键技术进行详细分析。另限于篇幅，云管理架构将不做讨论。

2.1 云硬件架构——基础设施

基础设施将各种物理单元如服务器、存储、网络等作为统一的整体进行考虑，同时综合考虑各种应用系

统的重要程度，以及应用系统所需的计算性能、系统空图1 业务支撑网云计算架构

间和安全性等因素，通过构建分布式并行环境，采用虚拟化技术，屏蔽各种处理单元的异构性，不管这些物理单元是来自不同的厂商还是采用不同的内核，都对其进行集中管理，实时监控系统性能、配置、告警等相关数据，并做到物理设备的自动发现添加、退出和维护，从而构成灵活组装、自适应的虚拟集群。

采用这种架构可以让系统同时运行在众多节点上，具有非常强的并行处理能力；另外，该架构具有非常好的线性扩展能力，可以很容易地通过增加或更换不同的物理单元来扩充新的计算结点，并由此获得巨大的计算能力；它还具有相当强的容错能力，集群中的节点失效时，可以灵活快速地将任务切换到其他节点。

2.2 云软件架构——数据中心

数据中心存储整个业务支撑网系统的全部数据，包括用户信息、账户信息、通话记录以及第三方应用数据等，混合采用数据库、数据仓库、内存数据库和文件系统等相关技术。数据中心需着重解决分布式文件系统、分布式数据库以及分布式模型这三个关键问题。

（1）分布式文件系统

为了满足迅速增长的数据处理需求，可采用分布式文件系统。该文件系统包括文件数据块节点和文件管理节点，数据文件将被拆分成不同的数据块或作为一完整的数据块。这些数据块将作为存储的基本单元，存放在文件数据块节点中，同时为了容灾等目的，每份数据块将被复制存储在不同的数据节点上。文件管理节点作为分布式文件系统的核心，需维护整个文件系统的元数据，准确描述数据文件与数据块之间的分解和映射关系、数据块所在节点信息及当前状态、访问控制等信息。另外由于数据文件包含大量数目的小文件，所以需着重考虑I/O操作和块尺寸。分布式文件系统在文件创建、删除和访问等控制方面，同目前所使用的文件系统在使用方法上一致的。

（2）分布式大规模数据库系统

为了处理超大量格式化、半格式化数据，从应用角度上来说，既要支撑OLTP环境（重在记录的实时更新），也要支撑OLAP环境（重在历史数据的处理和分析）。如此复杂的应用环境，有必要着重考虑混合普通数据库、数据仓库、内存数据库等分布式大规模数据处理技术。

分布式数据库重点在于数据的分布机制和数据的并行处理机制两方面。对于数据的分布机制，要求数据能均匀地分配到各个节点所负责的存储单元中，构造数据块的映射图，在数据处理时尽量不移动数据块，而是通过改变数据块映射图来实现，从而达到较高的处理速度。

数据的并行处理机制，以数据分布机制为基础，每个节点只负责它自己管理的存储单元的数据库操作。每个节点可配置多个处理进程，每个进程可创建多个分布式线程，尽可能使得任务并发处理，所有数据库操作如表的索引、联接、聚集和排序等都是由各个这样的进程并行进行的。所有节点同时工作，而每个节点只完成与它自己有关的部分并返回结果至系统缓冲区中暂存，从而大大减少了磁盘I/O，以此达到较高的处理速度。

（3）分布式模型

分布式编程模型，运行于大规模集群上的分布式并行编程框架。目前开源的环境主要有Hadoop框架，其核心计算模型为MapReduce，它将复杂的运行于大规模集群上的并行计算过程高度地抽象到了两个函数，Map 和 Reduce。其计算过程就是将待处理的数据集分解成许多小的数据集，数据集分别由集群中的一个节点进行处理并生成中间结果；这些中间结果又由大量的节点进行合并，形成最终结果。除此之外还有一个主控的任务节点，负责调度各数据节点，分发计算任务，并负责监控任务的运行情况；当某一数据节点存在异常，主控节点将该节点上的任务转移到新的节点，并由新的节点继续完成任务。一般来说，数据在哪个节点上，就由哪个节点完成数据的计算，这样可以减少数据在网络上的传输，降低对网络带宽的需求。

2.3 云软件架构——服务中心

服务中心，主要采用基于SOA的体系架构，由企业服务总线和服务层组成。SOA体系架构作为一种面向企业级服务的系统架构，采用标准协议或规范将具体应用