SDPaaS云平臺架構(gòu)及其關鍵技術研究

中興通訊技術,2012,18(6):52~55

屠要峰,黃震江,陳心哲

中興通訊股份有限公司業(yè)務研究院,，江蘇南京 210012

摘要： 文章提出了SDPaaS云平臺的解決方案,，該平臺是電信SDP和云計算PaaS的融合,。SDPaaS云平臺針對ICT網(wǎng)絡融合的大環(huán)境，在支持第三方開發(fā)人員快速開發(fā)和交付業(yè)務的基礎上,，進一步實現(xiàn)了業(yè)務自動部署和托管運行,、專業(yè)化集中式維護等功能。該方案是對傳統(tǒng)電信增值業(yè)務交付方案的一種拓展,，為創(chuàng)建良好的社會化增值服務創(chuàng)新的生態(tài)環(huán)境提供了必需的技術支撐,。

關鍵詞： 業(yè)務創(chuàng)新云計算 SDPaaS

Abstract：

Key words :

業(yè)務交付平臺(SDP)是電信設備提供商為電信運營商提供的增值業(yè)務解決方案，用于第三方基于平臺快速進行增值業(yè)務的開發(fā)和交付,。該平臺提供從業(yè)務開發(fā),、執(zhí)行、測試,、部署和管理等各個階段的完整解決方案,，對外開放電信業(yè)務能力，并支持與第三方的系統(tǒng)或應用的對接和集成,。SDP在電信領域已經(jīng)是一個比較成熟的產(chǎn)品,，它吸引了大批的業(yè)務提供商(SP)和專業(yè)開發(fā)團隊基于平臺所開放的業(yè)務能力應用程序編程接口(API)來開發(fā)豐富的增值業(yè)務。然而,，基于SDP的業(yè)務交付方案是一種電信領域內(nèi)的專業(yè)性行為,，對平臺的使用人員而言，有其必需的專業(yè)性要求,，而普通的個人開發(fā)者或非專業(yè)人員難以參與其中,。在服務社會化的今天，這種高門檻的要求也限制了SDP平臺所能產(chǎn)生的價值^[1-2],。

云計算技術^[3-5]的發(fā)展和成熟,，為SDP平臺的優(yōu)化提供了新的思路,。云計算技術以服務為理念，提供了3種不同層次上的服務：基礎設施即服務(IaaS)^[6-7],、平臺服務(PaaS)和軟件即服務(SaaS)^[8-9],。其中，PaaS將軟件計算與業(yè)務能力進行抽象,，形成通用的API,，對外提供服務接口，而且還支持應用的托管式集中部署和運行,，在降低業(yè)務開發(fā)難度的同時降低了服務提供的成本,。目前，公有PaaS云平臺在技術上和商業(yè)模式上已逐步成熟,，google的GAE^[10]和新浪的SAE是其中的典型代表,。

電信SDP和云計算PaaS平臺的構(gòu)建目標是一致的，即開放能力服務,，提供應用開發(fā)和執(zhí)行環(huán)境,，提高應用開發(fā)效率，縮短應用上線時間,。另一方面,，PaaS平臺具備存儲與計算能力開放接口、應用托管,、應用實例彈性可擴展等特征的服務模式和理念,，這使得SDP和PaaS的結(jié)合變得尤為必要，并且形成了一種電信域增值業(yè)務交付的新方案,，即SDPaaS云平臺,。

SDPaaS云平臺是電信SDP和云計算PaaS的融合，是在傳統(tǒng)SDP的技術基礎上,，結(jié)合云計算的技術特性,，以服務為理念而實現(xiàn)的新的解決方案。它針對信息通信技術(ICT)網(wǎng)絡融合的大環(huán)境,，在支持第三方開發(fā)人員快速開發(fā)和交付業(yè)務的基礎上,，進一步實現(xiàn)了業(yè)務自動部署和托管運行、專業(yè)化集中式維護等功能,，是對傳統(tǒng)電信增值業(yè)務交付方案的一種拓展,，為創(chuàng)建良好的電信增值業(yè)務生態(tài)環(huán)境提供了必需的技術支撐。

1SDPaaS云平臺系統(tǒng)架構(gòu)

SDPaaS云平臺構(gòu)建的主旨是提供一種社會化的平臺服務,，使得專業(yè)的增值業(yè)務開發(fā)團隊和普通開發(fā)者都能基于平臺進行ICT融合服務的創(chuàng)新,，并降低服務創(chuàng)新的難度及服務創(chuàng)新的成本。圖1為SDPaaS云平臺的總體架構(gòu),，該方案采用松耦合,、組件化的理念設計,。

BSS：業(yè)務支撐系統(tǒng)

OSS：運營支撐系統(tǒng)

SLA：服務等級協(xié)議

圖1 SDPaaS云平臺系統(tǒng)架構(gòu)圖

SDPaaS云平臺主要由開發(fā)者社區(qū)、應用開發(fā)測試環(huán)境,、應用執(zhí)行環(huán)境,、資源匯聚網(wǎng)關、能力引擎,、托管環(huán)境和管理平臺七大部分組成,，該平臺可以為應用開發(fā)者(AP)提供應用開發(fā)、測試,、發(fā)布、運維相關的資源和服務,，同時支持資源提供者(RP)接入新的能力資源到SDPaaS平臺中,。

SDPaaS云平臺可以靈活部署，和IaaS沒有必然的依賴關系,。SDPaaS可以部署在IaaS提供的設備之上,，此時利用IaaS的設備管理能力可以實現(xiàn)底層設備資源的管理，也可以直接部署在物理設備上,，由SDPaaS本身實現(xiàn)對底層設備的管理功能,。當然，基于虛擬化技術的應用托管可以有效降低應用托管的成本,。

(1) 開發(fā)者社區(qū)

開發(fā)者社區(qū)一方面可以讓應用開發(fā)者學習如何開發(fā)應用,、獲取相關資源等；另一方面,，應用開發(fā)者可以將自己開發(fā)出來的應用通過運營商的發(fā)布渠道進行銷售,，而開發(fā)者社區(qū)提供相應的自助服務功能。

開發(fā)者社區(qū)主要包括開發(fā)者注冊,、能力超市,、資源下載、應用發(fā)布管理和論壇等功能,。

(2) 應用開發(fā)測試環(huán)境

SDPaaS應用開發(fā)環(huán)境滿足應用開發(fā)者簡易快速地完成應用邏輯生成,、編譯的功能要求，業(yè)務開發(fā)環(huán)境有離線業(yè)務開發(fā)環(huán)境和在線業(yè)務開發(fā)環(huán)境兩種,。從應用種類上講,，SDPaaS應用開發(fā)環(huán)境可以支持系統(tǒng)類的應用，也可以支持移動終端上的應用,，例如Android應用,。

● 在線業(yè)務開發(fā)環(huán)境

應用開發(fā)者可通過Web頁面在線進行應用開發(fā)，無需安裝客戶端環(huán)境,。在線業(yè)務開發(fā)環(huán)境主要用于以創(chuàng)意為主并且應用邏輯簡單的應用開發(fā),，比如功能相對簡單的融合應用或者基于內(nèi)容聚合的移動應用,。它主要面向?qū)Τ绦蛘Z言不太熟悉的開發(fā)者，并且對開發(fā)者的技能沒有太高要求,。

● 離線業(yè)務開發(fā)環(huán)境

應用開發(fā)者需要下載并安裝客戶端環(huán)境,，對開發(fā)者有一定的硬件配置要求。對于應用邏輯復雜,、功能要求復雜的應用,，特別是需要開發(fā)者自行擴展較多組件的應用，可以使用離線的業(yè)務開發(fā)環(huán)境來開發(fā),。離線業(yè)務開發(fā)環(huán)境主要面向熟悉編程語言的專業(yè)開發(fā)者,。

離線業(yè)務開發(fā)環(huán)境提供圖形化的開發(fā)界面和軟件開發(fā)工具包(SDK)，開發(fā)者可以根據(jù)自己的使用習慣選擇使用圖形化的開發(fā)界面,，或者基于SDK進行應用開發(fā),。

應用測試環(huán)境(STE)提供業(yè)務模擬測試環(huán)境，應用開發(fā)者可以進行端到端的模擬測試,，并可以查看應用模擬運行結(jié)果,。

(3) 應用執(zhí)行環(huán)境

應用執(zhí)行環(huán)境負責提供應用運行所必需的容器或沙箱，它是應用運行時的環(huán)境,，也是應用隔離的實現(xiàn)保證,。第三方應用的執(zhí)行或者二次編排的組合能力的執(zhí)行，都需要應用執(zhí)行環(huán)境進行控制和檢測,，并將應用的運行狀態(tài)和資源使用情況等參數(shù)上報給管理平臺,。

應用執(zhí)行環(huán)境根據(jù)應用的種類分為java應用執(zhí)行環(huán)境、dotnet應用執(zhí)行環(huán)境以及基于SOA中間件的應用執(zhí)行環(huán)境,。應用執(zhí)行環(huán)境可以運行在物理機上,，也可以運行在虛擬化平臺提供的虛擬機之上。

(4) 資源匯聚網(wǎng)關

資源匯聚網(wǎng)關負責封裝能力引擎所提供的能力服務接口,，并以通用的服務接口方式暴露出來,，它為應用開發(fā)者提供統(tǒng)一的開放接口。資源匯聚網(wǎng)關可匯聚電信能力,、互聯(lián)網(wǎng)能力,，并提供開發(fā)工具供開發(fā)者編排出新的能力。

資源匯聚網(wǎng)關上匯聚的能力可以動態(tài)擴展,。資源提供者可通過管理平臺提交新的資源接口,，并通過審核的資源將自動加載到資源匯聚網(wǎng)關上，這樣便可實現(xiàn)動態(tài)加載,，且不會影響現(xiàn)有能力資源和應用的運行,。

資源匯聚網(wǎng)關是能力調(diào)用的入口，它可以在管理平臺的配合下,，由資源匯聚網(wǎng)關負責對能力調(diào)用的請求進行認證,、鑒權(quán)和計費,。

(5) 能力引擎

能力引擎負責平臺所提供的能力的實現(xiàn)。對于傳統(tǒng)的電信業(yè)務能力,，能力引擎負責電信業(yè)務能力的適配,，并通過與多種電信網(wǎng)元按照標準的電信協(xié)議進行交互，從而實現(xiàn)電信業(yè)務能力,。對于互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務能力,、IT能力和其他的業(yè)務能力，能力引擎的主要作用是接口適配,。當然,，對于接口已經(jīng)是Webservice等通用形式的能力，也可以不需要能力引擎的適配,，直接由資源匯聚網(wǎng)關進行集成,。

(6) 管理平臺

管理平臺提供SDPaaS云的管理門戶和后臺管理服務，包括AP管理,、RP管理、工作流管理,、資源管理和簽約管理等功能,，實現(xiàn)了應用從提交、審核,、部署到發(fā)布全生命周期的管理,，

管理平臺還負責向開發(fā)者社區(qū)、應用開發(fā)測試環(huán)境,、應用執(zhí)行環(huán)境和資源匯聚網(wǎng)關同步數(shù)據(jù),，開發(fā)出的應用可以通過管理平臺發(fā)布到應用商店。

此外,，管理平臺需要和業(yè)務支撐系統(tǒng)(BSS)/運營支撐系統(tǒng)(OSS),、應用商店等外部網(wǎng)元進行交互，以便實現(xiàn)網(wǎng)管,、計費,、應用交易等功能。

(7) 托管環(huán)境

應用托管環(huán)境是應用部署和運行的物理環(huán)境,。在應用測試完畢后,，開發(fā)者可以根據(jù)應用運行的實際需要申請應用部署所需的資源和服務，包括需要部署的應用實例數(shù)量,、應用實例的動態(tài)調(diào)整策略和應用的生命周期等,。審批通過后，系統(tǒng)根據(jù)應用的類型和所需要的執(zhí)行環(huán)境,，自動打包并生成應用的虛擬機模板（即鏡像文件）,，并加載到虛擬機中并完成啟動,。通過這些簡單方便的操作，就可以用最快的速度完成應用的部署并即刻開始提供服務,。當然,，如果是通用的業(yè)務運行環(huán)境，應用托管系統(tǒng)也可以預先準備好應用模板,，再通過應用開發(fā)者加載應用的開發(fā)包到模板之中,，這樣以來應用部署的時間將進一步縮短。

2SDPaaS云平臺關鍵技術及其解決方案

SDPaaS云平臺是傳統(tǒng)電信域能力開放與云計算技術的結(jié)合,，主要涵蓋了以下關鍵技術,。

2.1 能力集成與開放

服務能力集成與開放是云平臺服務需要解決的關鍵問題之一。SDPaaS平臺需要對外提供包括電信能力,、互聯(lián)網(wǎng)能力和IT能力在內(nèi)的多種能力服務接口,，并實現(xiàn)參數(shù)封裝與映射、接口鑒權(quán),、SLA控制,、消息路由和資源有效性監(jiān)控等功能，從技術實現(xiàn)上講,，需要重點考慮以下內(nèi)容：

(1) 接口封裝與適配

接口封裝基于面向服務的體系結(jié)構(gòu)(SOA)架構(gòu),，并采用互聯(lián)網(wǎng)通用的接口服務形式，提供基于簡單對象訪問協(xié)議(SOAP)的Webservice和RESTful Webservice等多種形式,，從實現(xiàn)語言的角度,，支持java、C和Android等多種編程語言,。

(2) 接口鑒權(quán)

應用在調(diào)用資源匯聚網(wǎng)關能力接口時,，平臺需要根據(jù)應用所攜帶的信息，如資源的應用標志(APPID)和開發(fā)者標志(APID)等對接口調(diào)用進行鑒權(quán)和認證,，判斷應用是否有權(quán)限來使用相應的能力資源,。

(3) SLA控制

SLA控制是平臺即服務的一個重要特征，它允許不同的應用申請不同水平的服務策略（能力許可,、流量控制）,。平臺則會根據(jù)這些策略對應用的接入請求進行控制，并確保業(yè)務能力調(diào)用的服務質(zhì)量,。對于違反SLA中規(guī)定的請求予以拒絕,，并返回對應的異常錯誤代碼，并記錄日志,。

(4) 消息路由

注冊到平臺的能力接口,，有從網(wǎng)絡側(cè)發(fā)起的上行消息，也有從應用側(cè)發(fā)起的下行請求，平臺需要根據(jù)該消息類型和接口規(guī)范來實現(xiàn)消息的分發(fā)和路由,。同時,，在存在多個能力引擎的情況下，還需要根據(jù)一定的路由策略實現(xiàn)下行消息的分發(fā),。

(5) 資源有效性監(jiān)控

平臺需要對能力資源的狀態(tài)進行監(jiān)控,，當對能力引擎的調(diào)用出現(xiàn)連續(xù)異常，且次數(shù)超過系統(tǒng)配置值時,，資源匯聚網(wǎng)關會向管理平臺上報該資源異常,。資源異常的情況包括：資源響應時長超過警界值、資源無法連接等,。

(6) 能力編排

平臺需要提供可視化的能力編排工具,，該工具能夠?qū)⒍喾N下層網(wǎng)元提供的能力接口按照一定的邏輯進行編排，形成一種新的能力,，進行接口封裝后,，可將新能力對外開放。

2.2應用隔離

應用隔離是應用執(zhí)行環(huán)境安全運行的關鍵,，對于非信任域內(nèi)的第三方應用,，需要確保某一個應用運行時故障不會引起整個系統(tǒng)出現(xiàn)故障。應用隔離的實現(xiàn)方案主要有3種：虛擬機隔離,、容器隔離和應用實例隔離,。

(1) 虛擬機隔離

虛擬機隔離功能，即一個應用獨占一個虛擬機,，每個虛擬機上安裝獨立的應用執(zhí)行環(huán)境。應用部署時,，系統(tǒng)根據(jù)應用類型從虛擬機資源池中獲取對應的虛擬機及應用執(zhí)行環(huán)境,，并將應用安裝在虛擬機上。

虛擬機部署的優(yōu)點是應用隔離比較徹底,，應用之間相互不影響,，比較安全。但是對于移動互聯(lián)網(wǎng)應用來說,，大部分是小眾應用,，如果一個應用獨占一個虛擬機，則會消耗大量的虛擬機資源,，成本較高,。因此虛擬機隔離適合于有大量并發(fā)用戶訪問的應用。

(2) 容器隔離

容器隔離是以應用運行的容器為單位來進行應用隔離的,，一個應用獨立部署在一個容器中,，一個虛擬機或者一臺物理機上可以部署多個容器。容器隔離方案的缺點是無法給某一容器分配或者限定資源，只能對容器所消耗的資源進行監(jiān)控,，一旦發(fā)現(xiàn)某一容器占用的資源達到指定閾值,，就執(zhí)行既定的策略（比如殺掉該容器進程），但這樣會中斷業(yè)務,，影響用戶體驗,。和虛擬機隔離方式相比，容器隔離對資源的消耗相對較低,。但是,，該方案在物理上還是要占用較多的內(nèi)存、CPU等系統(tǒng)資源,。

(3) 應用實例隔離

應用實例隔離是指在一個應用運行的容器中部署多個應用,，每個應用的實例運行在一個獨立的沙箱中，由沙箱對應用運行時的安全進行控制,，如圖2所示,。

圖2 應用實例隔離

應用實例隔離方案具有以下特點：

● 進程內(nèi)隔離

虛擬機上安裝一個或多個容器，其中一個容器就是一個獨立的進程,。應用部署在容器內(nèi)的沙箱中,，應用實例的運行安全則由沙箱去保證。這種隔離方式是進程內(nèi)的隔離,，占用系統(tǒng)資源最少,。同時，采用沙箱技術也可以控制單個應用實例對資源的占用,。

開放服務網(wǎng)關協(xié)議(OSGI)^[8]是解決應用實例隔離的方案之一,，其缺點是目前只能針對java應用。Google為了解決跨平臺的瀏覽器插件隔離問題,，還提出了NACL的解決方案,，但是這些技術都有它們的局限性。

● 資源訪問控制

在容器內(nèi)部署多個相同或不同的應用實例,，通過類加載白名單機制對應用可訪問資源進行控制,，應用不能訪問系統(tǒng)內(nèi)部的資源文件，只能訪問其自身應用的資源文件和類文件,。該方案還禁止應用對某些關鍵系統(tǒng)資源（如本地存儲,、線程、網(wǎng)絡等）的訪問,，在屏蔽這些系統(tǒng)資源調(diào)用的同時,，也必須為應用提供必須的替代功能，這也是GAE,、SAE等提供分布式存儲,、任務隊列等計算和存儲能力暴露接口的原因之一,。

2.3 彈性伸縮與調(diào)度

SDPaaS云平臺可以在兩個層面實現(xiàn)彈性伸縮調(diào)度。

(1) 硬件基礎設施層面,。SDPaaS云平臺通過與IaaS的整合,，使系統(tǒng)具有IaaS所擁有的虛擬化計算與存儲服務能力。SDPaaS與IaaS的整合需要虛擬化平臺暴露相關的接口,，主要包括創(chuàng)建虛擬機,、啟動虛擬機、關閉虛擬機,、刪除虛擬機和狀體上報等5類接口,。

(2) SDPaas層面。SDPaaS云平臺可以在一個虛擬機上部署多個應用實例,，通過進程級別的監(jiān)控來識別每個應用的CPU/內(nèi)存使用情況,，并根據(jù)每個應用的CPU/內(nèi)存使用情況進行應用級別的動態(tài)伸縮。也就是說,，監(jiān)控程序監(jiān)控各個應用實例的運行參數(shù),，當某一單實例應用的性能出現(xiàn)瓶頸時，監(jiān)控程序可以通過復制一個新的應用實例的方式來提高處理性能,；在業(yè)務性能指標要求下降時,，可以通過動態(tài)減少應用實例的方式來節(jié)省資源。

2.4 負載均衡與域名轉(zhuǎn)換

SDPaaS需要實現(xiàn)動態(tài)的應用請求二級域名轉(zhuǎn)換和負載均衡,，以便支持應用的動態(tài)加載,、即時服務。SDPaaS在功能實現(xiàn)上可以基于Apache或者NGINX等開源軟件,。同時,，考慮到應用請求接入?yún)f(xié)議多樣，負載均衡設備需要支持四層交換,、七層交換,、GSLB等功能。作為系統(tǒng)最前端,，負載均衡還要盡可能解決接入安全等問題，并提供攻擊防護,、流量控制,、腳本檢測等功能，幫助應用解決性能,、擴展性,、可靠性、安全性問題,。

在應用部署時,，通過接口動態(tài)更新負載均衡設備的配置策略，可以實現(xiàn)應用的二級域名地址到虛擬機IP地址的映射轉(zhuǎn)換，并可以動態(tài)分發(fā)請求,。當一個應用部署到多個虛擬機時,，還可以起到負載均衡器的作用，如圖3所示,。

IAG：智能業(yè)務網(wǎng)關

圖3 負載均衡的實現(xiàn)

3 SDPaaS云平臺的應用場景

SDPaaS云平臺目前已經(jīng)有3種商用的應用場景,，分別是能力開放平臺、企業(yè)應用數(shù)據(jù)中心和應用工廠,，每種應用場景都有自己的側(cè)重點,。

(1) 能力開放平臺

SDPaaS云平臺接入各種電信能力、互聯(lián)網(wǎng)能力及其它能力,，并提供能力開放服務,。電信能力包括短信能力、彩信能力,、wappush能力,、數(shù)據(jù)類能力、IP多媒體子系統(tǒng)(IMS) 能力以及定位能力等,?；ヂ?lián)網(wǎng)能力主要有股票行情查詢能力、航班查詢能力等互聯(lián)網(wǎng)上開放出來的能力,。開發(fā)者也可以通過能力編排,，創(chuàng)新出新的能力，并作為服務開放出去,。

(2) 企業(yè)應用數(shù)據(jù)中心

對于中小企業(yè)或?qū)I(yè)開發(fā)者,，開發(fā)出的服務端應用需要托管到互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)機房，不僅費用高昂,，而且技術要求高,、調(diào)試運維難。SDPaaS云平臺底層可以基于IaaS平臺,，而計算能力,、存儲能力和網(wǎng)絡能力等可以由SDPaaS云平臺統(tǒng)一監(jiān)控、管理,，自動具有彈性伸縮,、按需分配和故障遷移等云計算特性。中小企業(yè)開或者專業(yè)開發(fā)者可以直接將自己的應用托管在SDPaaS云上,，構(gòu)建企業(yè)私有的應用數(shù)據(jù)中心(ADC),。

(3) 應用工廠

SDPaaS云平臺提供了應用開發(fā)環(huán)境、應用執(zhí)行環(huán)境,、應用仿真測試環(huán)境,，并為應用的開發(fā),、測試、部署提供完整的生命周期管理,，開發(fā)者基于平臺可以方便地開發(fā),、測試、部署自己的應用,。開發(fā)出來的應用既可以托管在SDPaaS云平臺,，又可以快捷地放到運營商的應用商店里銷售，從而形成“前店后廠”的模式,。

4 結(jié)束語

作為促進電信和互聯(lián)網(wǎng)“長尾”業(yè)務模式快速發(fā)展的重要手段之一,，能力開放平臺的發(fā)展得到了全球產(chǎn)業(yè)界的廣泛關注。我們在長期增值業(yè)務平臺技術實踐的基礎上,，通過吸收,、消化互聯(lián)網(wǎng)和云計算技術，創(chuàng)造性地提出了SDPaaS這一具有云計算特性的融合業(yè)務開放平臺并付諸研發(fā)實踐,。以SDPaaS平臺提供了完整的端到端產(chǎn)品解決方案,，是電信運營商向移動互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型的嘗試，也是電信設備商從傳統(tǒng)的賣產(chǎn)品向賣服務的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的嘗試,。