1 通信行業(yè)的新要求

　　縱觀當前我國信息產業(yè)，3G無疑是今年最大的亮點，隨著3G市場的啟動，移動互聯網產業(yè)將成為亟待開拓的市場，移動搜索、無線社區(qū)、手機視頻等都可能成為3G時代的殺手級應用。為此，廣大傳統(tǒng)互聯網企業(yè)也紛紛發(fā)力，進軍移動互聯網市場，以期在"3G元年"跑馬圈地，搶占市場。對于云計算給產業(yè)帶來的變革，首先，云計算打破了傳統(tǒng)的IT產業(yè)格局，但目前還沒有形成穩(wěn)定的價值鏈分工，傳統(tǒng)的設備提供商正利用云計算廣泛地進入服務領域；其次，現有云計算解決方案呈現封閉、私有、定制化的特征，國際標準化工作剛剛起步，云計算開源項目非常活躍；再次，互聯網服務商，如谷歌和亞馬遜等，他們在云計算方面領先于傳統(tǒng)的設備制造商和系統(tǒng)集成商。對于云計算時代需要解決的問題，他認為，首先需要做互操作和標準化的工作，如果沒有一個國際標準或者一些事實標準，用戶從一個云平臺遷移到另一個云平臺將面臨很大的困難；其次，運營商的管理模式也要相應變化，云計算強調的是集中資源形成資源共享，運營商如果想打造一個云計算平臺，必須建設一個統(tǒng)一的資源池，將其與未來的應用協(xié)調在一起，形成對最終用戶的服務。這主要體現在以下幾個方面:

　　各業(yè)務平臺采用的外購軟硬件類型各異，對于外購件異常帶來的業(yè)務中斷、系統(tǒng)故障等問題較難控制和規(guī)避；各廠家業(yè)務平臺提供的操作維護手段不同，需要運營商培訓大量的技術人員熟悉各種維護系統(tǒng)，加大了維護成本的投入；業(yè)務平***立建設，不同地域、不同業(yè)務的處理能力嚴重負載不均，投資建設的硬件資源利用率不高。

　　從理論上分析，無論是何種業(yè)務，其處理邏輯都仍然屬于應用程序范疇，任何應用程序都可以簡單歸納為計算模式+存儲模式+通信模式的集合。為帶來有彈性、容量無限的系統(tǒng)，一般有兩種解決辦法：一是在同一機器上部署單一業(yè)務的多模塊或者選擇性地部署多個業(yè)務；二是通過虛擬化技術實現統(tǒng)計性復用資源。前者對業(yè)務程序的依賴度很高，需要相互之間互不影響，對于同廠家同類型業(yè)務相對比較容易實現，只能在一定程度上實現資源共享。而虛擬化技術可以較好地隱藏資源復用和共享的實現細節(jié)，能最大程度地減小結構上與業(yè)務的耦合性。

　　當然，僅依靠虛擬化技術還不能完全做到業(yè)務級彈性的調用控制，文章在下一章節(jié)將重點介紹業(yè)務調度和虛擬化的完整解決方案。通過該方案移動運營商可得到：

　?。?） 業(yè)務按實際處理需要合理的獲取計算資源。從而使運營商不用在提供某種業(yè)務服務之前就要做計算資源的預測，消除了事先投入的風險，使業(yè)務可以從小規(guī)模做起，隨著需求的增加通過業(yè)務調度和虛擬化技術快速擴展業(yè)務占用的硬件資源。

　?。?） 解決不同地區(qū)、不同時段的業(yè)務不均衡問題。一方面可以在日常業(yè)務量相對較低的情況下通過減少硬件資源的占用降低電源損耗；另一方面可以在節(jié)假日或未預期到的業(yè)務峰值出現時通過擴大硬件資源占用來規(guī)避運營風險。

　?。?） 提供了一種將大量移動網絡資源對外租借的可能。計算資源虛擬化后，能以短時間為單位付費，租借方可按需申請使用計算資源。

　　2 業(yè)務調度和虛擬化方案

　　針對上述移動運營商的迫切要求，文章給出了一種將虛擬化與業(yè)務調度相結合的整體解決方案，其模型架構如圖1所示。

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　　核心管理部件主要包括虛擬機管理系統(tǒng)及業(yè)務調度中心。從方案設計角度將底層物理設備的虛擬化與業(yè)務層面的處理能力控制分離。

　　一個應用程序必然需要一個計算模式、一個存儲模式和一個通信模式。為實現計算資源的彈性和無限鏡像，最現實的辦法就是將這些資源虛擬化，面對應用隱藏它們的復用和共享機制。不同的公用計算會根據抽象性和管理層次加以區(qū)分。本方案提出將移動通信業(yè)務計算云分為兩級進行管理，其一是將物理硬件虛擬為抽象計算單元的過程，該過程不受上層業(yè)務的影響，所有計算單元屬性均保持一致；其二是針對差異化業(yè)務的動態(tài)調度系統(tǒng)，可根據不同的業(yè)務處理邏輯、業(yè)務性能要求以及資源占用預期對業(yè)務系統(tǒng)進行伸縮性控制。通過業(yè)務調度中心與虛擬機管理系統(tǒng)的配合，滿足運營商多業(yè)務實時動態(tài)資源調整的要求。

　　目前虛擬機技術已日漸成熟，大多數主流的虛擬機廠家通過XEM、KVM等核心技術實現對硬件CPU、內存資源的虛擬單元構建，虛擬機技術主要包括以下四大特征：

　　可在單一物理服務器上同時運行多個虛擬單元；

　　在同一物理硬件設備上的虛擬機之間相互隔離；

　　可將完整的虛擬單元都保存在文件中，通過移動和復制這些文件的方式來移動和復制該虛擬單元；

　　可屏蔽虛擬單元與底層物理硬件的關聯，無需修改即可在任何服務器上平滑遷移。

　　虛擬化技術將物理資源轉化為便于切分的資源池，在設計理念上符合云計算的基本條件，具有通用的資源調度能力；但在通信領域的實際使用過程中，需要調度的資源不僅僅局限于虛擬單元本身，移動運營商急需一種針對不同業(yè)務應用進行集中能力控制的解決方案，可以實時監(jiān)測全網多種業(yè)務流量動態(tài)，智能判斷各業(yè)務間的負荷關系，平衡硬件及虛擬單元的資源分配。

　　文章通過在虛擬機技術基礎上構建業(yè)務調度模塊的方式彌補了虛擬機技術對通信業(yè)務控制層面的不足。調度中心與虛擬機管理系統(tǒng)配合完成調度的模型如圖2所示。

調度中心內部可細分為四大功能模塊：

　?。?） 業(yè)務智能調度分析模塊：作為調度中心的核心處理模塊，根據實時監(jiān)控采集匯總的各業(yè)務運行數據，綜合分析當前業(yè)務層處理能力情況，對各業(yè)務許可證進行調節(jié)。在必要時可通過與虛擬機管理系統(tǒng)直接的交互申請空閑計算單元或釋放已占用冗余計算單元，通過自動部署模塊式進行業(yè)務快速加載、卸載，動態(tài)調整業(yè)務許可證處理能力。同時該模塊還負責將業(yè)務節(jié)點的伸縮情況動態(tài)通知到外圍接口分發(fā)設備（如：四層交換機、協(xié)議接口機設備等）。

　　（2） 實時處理能力采集模塊：通過與各業(yè)務處理之間的交互實現對各業(yè)務實時消息處理流量、數據庫資源占用要求、處理能力狀況等信息進行采集。支持兩種采集模式：業(yè)務進程定時上報模式，以及調度子系統(tǒng)發(fā)消息主動驅動采集模式。并將采集到的數據寫入調度分析庫，以便進行智能調度策略分析。

　　（3） 自動部署模塊：根據業(yè)務智能調度分析模塊的部署消息把指定的業(yè)務包加載到指定計算單元上或停止業(yè)務清理該計算單元上的業(yè)務包程序。

　　（4） 人機操作維護：提供人機操作界面，一方面可對業(yè)務模塊運行狀態(tài)進行監(jiān)控，另一方面可提供人工手動干預調度的功能。

　　調度中心通過上述的模塊化設計結構與虛擬化管理平臺協(xié)同工作，可以真正實現對移動通信領域業(yè)務處理的動態(tài)調節(jié)和資源復用。具體調度過程如圖3所示。

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　　通過對業(yè)務處理單元進行實際業(yè)務量跟蹤監(jiān)測，結合智能調度分析中心配置的調度策略與閥值，動態(tài)進行業(yè)務許可證的彈性伸縮控制。

　　智能調度分析策略可主要分為以下幾類:

　?。?） 冗災性調度策略：針對某一業(yè)務處理單元異常情況下，分析其他同類業(yè)務處理單元是否能夠分擔該業(yè)務節(jié)點的工作，在必要時申請新的虛擬計算單元接管原有業(yè)務處理，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

　　（2） 周期性休眠策略：根據業(yè)務流量的變化識別周期性調整要求，根據規(guī)律釋放、申請計算單元。為達到業(yè)務快速啟停切換的目的，釋放的計算單元可仍保留原業(yè)務程序，僅在狀態(tài)上實現休眠和激活，以節(jié)約能耗。

　　（3） 業(yè)務發(fā)展調整策略：根據業(yè)務發(fā)展的情況確定是否需要增加或減少計算資源的占用，并完成業(yè)務的自動加載和卸載。

　　以上3種分析策略是由調度中心的核心部件--智能調度分析模塊予以實現，該模塊負責根據監(jiān)測到的數據對虛擬資源進行整體調控，為實現非人為干預的動態(tài)調控需要通過一系列比對算法完成多項指標的評測，根據綜合評測結果發(fā)出資源調配指令[11].為簡化描述，文章僅給出一種通用計算模型：

　　（1） 采樣條件：

　　采樣時間間隔：1s.

　?。?） 采樣數據：

　　當前采樣點虛擬單元承載"業(yè)務類型1"處理許可證為：Llic;

　　當前采樣點虛擬單元占用CPU為：Lcpu;

　　當前采樣點虛擬單元占用內存為：Lmemory;

　　當前采樣點虛擬單元占用輸入輸出端口（I/O）資源：Lio.

　　上述參數在計算中所占權值分別為R1-R4,該權值表示不同類型的業(yè)務應用在計算單元中占用的資源偏差[12].例如，短消息服務中心（SMSC）業(yè)務處理服務器，我們采用以系數{0.3, 0.3, 0.3, 0.1},這里認為計算單元在承載SMSC業(yè)務時CPU占用、許可證處理及內存較其他參數重要一些。若當前的系數Ri（指R1-R4）不能很好地反映應用的負載，可以對系數不斷地修正，直到找到貼近當前應用的一組系數[13-15].

　?。?） 采樣值計算公式：

　　LOAD（Ni）= R1×Llic （Ni）+R2 × Lcpu（Ni ）+R3× Lmemory（Ni）+R4 × Lio（Ni）

　?。?） 判斷周期及方法：

　　針對上述加權后的負載值，可通過多次連續(xù)取樣的方式進行綜合判斷。關于采集權值的周期設置，雖然很短的周期可以更確切地反映各個計算單元的即時負載，但是很頻繁地采集會給調度中心和被檢測計算單元帶來負擔，也可能增加不必要的網絡負荷[16].為解決該問題可適當地調整采集負載信息的周期（建議可以在10~15 s）；同時使用滑動窗口來避免采樣數據的抖動。

　?。?） 調度決策：

　　根據以上多次周期性采樣獲得的數據結合虛擬單元的負載區(qū)間進行比對，實現對計算單元負載的智能判斷并采取相應的調度處理策略。

　　通過以上方案可切實解決移動運營商建設可伸縮性業(yè)務平臺的要求，有效降低業(yè)務平臺的資本性支出（CAPEX）和運營成本（OPEX），減少投資浪費，獲取更大的利潤空間。

　　3 結束語

　　在目前移動通信網絡各業(yè)務平臺仍處于獨立建設的情況下，運營商在前期建設投資過程中往往都是根據預測的節(jié)假日最大業(yè)務量峰值評估規(guī)模，這樣即便峰值預估準確也會造成投資的浪費。同時如果低估了峰值出現配置不足的情況，則可能會導致直接拒絕超量用戶的業(yè)務請求。不僅被拒絕的用戶不可能帶來任何收益，而且由于業(yè)務服務感知差，致使用戶失去信心不會再次使用，造成用戶流失的嚴重后果。

　　如圖4所示，通過業(yè)務層的動態(tài)調度結合虛擬化技術可使資源分配與實際業(yè)務量曲線趨于一致，規(guī)避上述兩種情況的發(fā)生。

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　　文章中提出的"業(yè)務調度和虛擬化"是移動通信網絡云化的一種可選方案，具備云計算思想的以下特征：

　　（1） 可按需獲取看似無限的計算資源，使云計算用戶不用在提供服務很久之前就要做計算資源的計劃。

　　（2） 消除了云用戶的事先投入，從而使業(yè)務可以從小規(guī)模做起，隨著需求增加來擴展他們的硬件資源。

　?。?） 能夠以很短的時間為單位付費按需使用計算資源，不需要的時候就將這些資源釋放。這樣，通過將閑置的機器和存儲器釋放來節(jié)省開支。

　　業(yè)務調度和虛擬化技術方案的提出為移動通信產業(yè)的計算云落地提供了一種具體的解決思路和方法。相信在不久的將來，業(yè)務調度和虛擬化技術的解決方案會逐步成為移動通信產業(yè)的主要建設模式。
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