云计算技术在泛在网络中的应用前景分析

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1、专题：云计算与应用 云计算技术在泛在网络中的应用前景分析 欧 亮，朱永庆，何晓明，邹 洁 (中国电信股份有限公司广东研究院广州510630) 1 引言 2 泛在网络特征与计算资源需求 通过无处不在的网络将人类社会和物理世界的所有 对象相联系，并利用先进的信息处理技术对人类的生活和 生产活动进行精细管理，这个庞大的信息生态环境将使人 类步入一个全新的智能化生活空间。与上述愿景紧密相连 的技术概念是云计算与泛在网络，由于两者都是未来网络 发展的潜在关键技术，在IT与通信领域受到了重点关注。 云计算与泛在网络都包含有革命性的技术理念并涉 及广泛的产业链，泛在网络突破了以往单一的人一人及周 边环境的通

2、信模式。云计算则体现了因互联网发展而来的 计算模式的革新。但是，不同的行业和组织对这两个概念 的理解都存在偏差，过去的网格、普适计算、分布式计算与 云计算概念问都有着相互包含和相区别的内容，与此类 似泛在网络、物联网、M2M、传感网在概念上也存在交集， 严格区分还存在一定困难。本文从技术应用出发，以传统 网络运营商的角度前瞻性地讨论云计算技术在未来泛在 网络中的应用前景。 泛在网络不是一个具体的网络形式，而是以电信网技 术、传感网技术、RFID标识技术和各类短距离无线通信等 现存和未来技术构成的多种网络形态，由多类终端和业务 平台组成的复杂信息系统，它可以包括各种现有的通信 网、互联网、广电网

3、络、传感网、自组织网络等各种有线和 无线网络。其初期的目标是为各类通信对象提供随时随地 的信息存取服务和任意互连，并进一步发展到网元间的具 有环境上下文感知能力、协同工作、资源共享和信息综合 处理能力的智能化网络形态。 同时，泛在网络也是一个发展中的网络和信息服务形 式其规模将随人类社会的发展和技术进步不断扩大。现 有的技术手段和应用模式还处在泛在应用的雏形阶段，尚 未进入真正的泛在网络时代。 21 泛在网络特征 对未来的泛在网络及其应用，从网络架构和服务形式 看，应用的广泛性、网络的异构性、服务对象的海量化是其 专 ：蠢诗冀与疲弱 最重要的三个特征。 (1)应用的广泛性 应用的广泛性表现为泛

4、在网络涵盖了人类生活生产 的各个领域。包括生态环境和基础设施等物理世界，存在 大量非典型电信业务形式，这决定了其业务模式、信息处 理要求、服务能力的多样性，也决定了未来运营级承载网 络不仅需要综合承载能力，而且需要加强业务定制能力和 快速配置能力，以适应不断扩张的业务部署需要。 (2)网络的异构性 网络的异构性表现为以下几个方面： 从末梢网络、接入网络到核心网可能采用不同通信 协议、通信链路，如IP化网络与非IP化的传感网 络、无线网络转至有线网络等： 存在各种制式的移动通信网和各类短距无线协议， 频谱资源不统一，如2G3G系统、WiFi、蓝牙、 Zigbee等： 存在各类有线接人链路，如xD

5、SL、xPON、以太网、 Cable以及私有通信系统等； 各网络间在寻址与路由方式、认证方式、QoS能力、 业务配置能力、业务系统接口的差异： 存在大量私有业务网络，业务不透明。 虽然IP化能解决核心网的综合承载问题但网络的 异构性依然会带来如下问题：首先，通信终端类型及其通 信方式差异巨大，接人服务和管理维护困难；其次，无法以 统一模式管理业务流量，如端到端服务保证、资源管理等： 再次，网络异构会加大对所叠加业务和用户服务能力一致 性的要求，即网络服务和管理水平需要极大提升。 (3)服务对象的海量化 服务对象的海量化是泛在网络的另一特征。对象的广 泛性，从一般意义的普通人一物间的互动，到对微

6、观纳米世 界的观察。所有对象都可能是通信发起者或接收者，随着 人类活动目的和具体需要的变化，这给对象命名与分类、 通信寻址机制设计以及相关的海量数据处理带来困难。一 方面，各类对象产生庞大的信息量，使得信息传输、存储与 实时处理要求对现有网络和rr系统造成冲击：另一方面， 现有网络对海量地址与路由管理、泛在节点接入认证与计 费、安全性保证等相关技术目前并未充分考虑。 22泛在应用承载对计算智能的需求 泛在应用可运行于封闭的私有网络和业务系统内，也 可能运行于运营商提供的公共网络或业务平台中如各类 接人到互联网的行业应用平台。目前有两种典型的运营方 式：一是各行业部门透过运营商网络管道运行自己的

7、业 务终端与业务平台不透明：另一种方式是运营商不仅提 供网络服务，还提供通用终端与业务平台。可定制或代维 部分业务资源。 无论何种运营方式，要达到协同工作能力，泛在应用 从感知节点、终端、网络到业务处理平台的各个环节均需 要引入智能化处理手段。节点和通信终端需要对环境的上 下文感知能力实现自组织能力：接人与核心网络需要异构 管理能力和服务一致性：业务平台需要具备海量信息处理 等先进IT技术。同时，不同业务平台间需要能共享信息。 前面的分析还表明，构建一个具有服务协同、环境开 放、异构接人的泛在网络需要大量更加先进的智能化IT 技术支持，这些需求归纳如下： 业务平台对来自各类对象的海量数据需进行

8、高效 的信息处理，并提高资源利用率： 业务平台问如何提供可信任的互连能力、资源和信 息的共享能力： 海量对象管理、命名系统和地址管理需要一个高性 能的地址解析与分配系统： 网络和接人服务需提供可视化管理、根据SLA开放 网络配置、提供端到端网络OAM以及QoS配置等 各项能力： 需要具备对泛在网关、终端、节点的监控和管理配置 能力，具备安全的可开放式接口，包括安全接人、环 境上下文感知、频谱与接人类型感知、生存周期、末 梢网络管理、路由选择、代理服务等各项管理要求。 上述需求涉及如何设计泛在网络架构和部署计算资 源，以满足泛在应用对协同性和智能互连能力的要求。抽 象相关计算和网络资源涉及现有I

9、T系统能力和通信网建 设理念，因此成为难点。云计算以服务为中心并通过虚拟 化的计算资源进行分布式处理的设计理念为上述问题的 解决带来了希望。为评估云计算对泛在应用的支持能力， 需先对其技术现状和应用潜力进行分析。 3云计算相关能力分析 31云计算现状 宽带及其无线网络的普及化、存储价格的下降和互联 网计算软件的出现成为云计算发展的关键动力。当前，IT 界主流的云计算技术包括虚拟化、面向服务的软件、网格 电信科学L 骞鬻 鬓 技术、基础设施管理技术和节能管理。消费者可以通过按 需购买基础设施即服务(infrastructure as a service，IaaS)、平 台即服务(platform

10、 as a service，PaaS)、软件即服务(software as a service，SaaS)三种服务并向最终用户出售增值服务或 构建自己的应用。在云中不同服务提供商可以通过统计 复用方式使用并管理计算资源。目前网络运营商主要关 注IaaS和PaaS IaaS把计算、存储、网络及搭建应用环境所需的工具 作为服务提供给用户，使用户能按需获取IT基础设施其 核心内容是对服务器、存储、网络的虚拟化和相关工具。其 中，网络虚拟化有纵向网络分割和横向节点整合两种不同 的形式，前者以VC、VLAN、MPLSVPN等方式进行业务流 量隔离，后者将多台设备连接起来通过虚拟化整合为单一 逻辑单元和链

11、路聚合，以简化管理、配置，提高可靠性。目 前，服务器虚拟化已有VMware等成熟系列产品和XEN、 KVM等开源系统，存储虚拟化尚无统一标准，网络虚拟化 尚缺乏横向整合标准。 PaaS把分布式软件的开发、测试和部署环境当作服 务，通过互联网提供给用户。其核心是分布式计算有两种 处理方法：一种是分割计算，即把应用程序的功能分割成 若干个模块，由网络上多台机器协同完成；另一种是分割 数据，即把数据集分割成小块，由网络上的多台计算机分 别计算。对于海量数据分析等计算密集型问题通常采取 分割数据的分布式计算方法，对于大规模分布式系统则可 能同时采取这两种方法。 对PaaS而言，通过在laaS或其他独立

12、设施上部署分 布式存储、分布式数据库、分布式同步机制和分布式计算 模式等技术后，平台就具备了分布式软件开发的基本能 力，PaaS云服务提供商需要考虑如何将这个开发平台提供 给用户，并解决与此相关的一系列问题。App Engine以及 微软的Azure也都是典型的PaaS平台。此外，随着Hadoop 开源PaaS平台的成熟，越来越多的IaaS企业开始尝试在 自己的IaaS平台上部署Hadoop以提供PaaS服务如 Amazon、Yahoo、IBM。虽然分布式处理技术已经发展多年， 但是业内并没有形成相关的标准。 32云计算能力评估 目前的云计算技术所提供的云服务能力有如下特点。 IaaS对主机、

13、存储和网络资源具有初步的集成和抽 象能力，并具有可扩展性和统计复用能力，允许用 户按需使用，除网络资源外，其他的均可通过虚拟 化提供成熟的技术实现方法，为解决泛在应用的海 量信息处理提供了途径。 IaaS对各类内部异构的资源环境提供了统一的服 务界面，为资源定制、出让和高效利用提供了可能 性，为泛在应用平台获取计算资源提供了统一界面。 通过PaaS提供的编程方式，可以实现快速业务流 程定义，加速新业务部署，包括各类共性的电信业 务平台和支撑系统，也为各类泛在应用的快速实现 提供了基本能力。 PaaS实现了对分布式处理技术细节的抽象，可以 合理地调度使用由IaaS提供的资源环境，为泛在 应用的海

14、量数据提供高效的分布式处理提供了可 能性。 由于上述各种可能性的存在。有人将云计算看作是泛 在应用的“后端”。然而，作为云计算的核心技术的虚拟化、 分布式处理和在线软件技术均源自IT企业其研究范围 尚局限在容易分割的服务器、存储等有限资源上，更适合 于IDC业务改造。不仅缺乏统一标准而且尚未有效定义 网络型资源处理机制和电信业务流程。因此，不能简单地 将云看作“后端”，而是要发展和深化云计算的部分技术理 念，才能将可能性变为现实性。要构建一个可运营、可管理的 泛在网络，云计算在网络管理技术上需要扩展以下几方面。 对网络资源的管理，不仅要考虑主机(host)的带宽、 地址和IO端口等，还应考虑定

15、义接人类型、设备 类型、单段端到端链路、节点、会话、流向、路由、拓 扑、虚拟链路、端13链路捆绑、QoS水平等多种资源 描述方式。 需加强在PaaS层面对海量用户和终端的管理方式 和流程定义，包括接人认证、业务隔离方式、业务配 置、末梢网络及设备状态检测、QoS机制、安全机 制、地址分配机制、移动性管理、反馈控制机制、业 务控制策略等。 网络基础设施不仅要考虑主机网络端口，还要考虑 对大量的网络接入、交换、路由与传输设备、终端设 备等各种有线与无线通信设施进一步抽象化描述， 并定义协同性策略。 网络服务能力上需要两方面的提升：一是加强对关 键性通信协议的分布式处理能力的研究，如安全协 议、Di

16、ameter等认证协议的分布式处理能力，突破 海量对象信息处理带来的性能瓶颈：二是加强对网 一 络监测与配置能力的抽象和可开放性研究，满足泛 在网行业用户对其业务网络的全程监测和智能化 配置需要 应加强对具有共性和基础性的电信IT类业务平台 和支撑系统进行抽象化和资源整合，如IDC改造、 认证计费、安全性管理、网络监控、设备与终端管理 等，提供统一可开放的服务与管理界面，在降低运 营成本的同时向用户开放部分业务环境与资源。 构造一个以服务为中心的开放式、可配置网络环境是 云计算需要补充的一个重要环节。现阶段电信业的云计算 技术离上述要求尚有距离。实现步骤上，初期可以考虑以 IaaS技术整合各种IDC和未饱和业务平台的计算资源；后 期，将以PaaS为中心构造高效、开放式的网络服务平台， 以支持泛在应用对网络资源的服务需要。 4基于云计算的泛在网络架构 一般认为，泛在应用初期将以构建封闭、孤立的行业 应用平台为主，进而形成统一的行业云，最后发展以公共 运营网络为基础承载设施和多