互联网时代电信运营商困境及云计算机遇
2018-12-09 17:55

  目前国内的电信运营商已经是全业务的运营商,即中国电信、中国移动与中国网通可以同时提供固定电话网络服务、移动网络服务、互联网服务。至今电信运营商业务收入结构中, 固定与移动语音技术成熟、仍是主体收入,但呈现逐步下降的趋势;固定互联网基于铜缆的接入技术已经普遍推广使用,部分省份开始部署用户光纤接入网,大部分省份收入仍在增长,部分发达城市互联网接入收入已趋缓现象;移动互联网的宽带接入技术如目前的发展热点3G网络已经部署商用,WIFI网络在热点地区及家庭与企业组织内业已普遍使用,LTE的技术也开始试商用。依托固定与移动互联网的增值业务(除语音与带宽通道业务之外)的收入规模仍然有限,远未达到三分天下的程度。更有甚者,在互联网增值业务的发展上, 电信运营商正面临在互联网产业链上的角色“管道化”及利益“边缘化”的威胁,同时面临新的计算模式对网络组网结构与网络资源虚占的挑战。

  制约各电信运营商在固定与移动互联网增值业务发展的因素很多,如政策管制因素(互联网视频业务、IPTV业务、三网融合)、企业内部因素(能力、战略)、市场因素(行业内外的竞争、客户的需求及满意度)。但在技术层面也存在诸多制约的因素,特别是用户终端侧技术因素及由此引发的平台侧问题。

  首先是终端侧因素涉及到终端组网技术与业务应用功能实现。电信服务中的应用终端一般包含两类功能,即网络连接功能、业务应用执行功能。终端网络连接功能一般有两种方式实现,一种方式是终端直接通过有线或无线方式与电信运营商网络连接,从而通过电信的网络服务实现与连接在网络上的其他终端的业务应用功能交互; 另一种方式是, 终端首先连接到本地网络, 通过本地网络可以实现与本地网络上其他终端之间的业务功能交互,或通过本地网络与电信运营商网络的连接, 实现与电信网络上其他终端的应用功能交互。业务应用执行功能通过自动调度本地计算资源执行终端上的内置代码,控制电子或机械逻辑向用户或其他设备提供业务应用功能实现。对于固定电话网络来说,电话终端可以直接连接电信网络,也可以先连接内部网络企业总机后再连接电信网络。 电话这种电子类终端成本低,用户安装、维修、更新方便;特别是电话终端更新周期长。此外运营商在终端、线路、局端设备与互联网络具备丰富维护测试手段、掌握维护技能的技术人员多, 电信运营商一般具备向客户提供生产与消费同时发生的语音这种服务特性的产品。对于那些先连接到内部企业总机的电话终端,一般由企业内部通信人员负责相关网络设备维护, 或直接外包电信运营商或其他服务商。

  随着PAN(Personal Area Network)个人网络、HAN家庭网络(Home Area Network)、企业机构网络(LAN, Campus Network )日益普及,新型互联网电子终端不断出现,这些终端从组网模式来看,同样可以如电话终端那样,分化两类方式, 即直接通过有线或无线方式直接与电信运营商网络互联;或通过连接本地网络并通过本地网络实现与本地网络上其他终端的交互通信或通过本地网络与运营商的网络连接,实现与其他互联设备的通信。目前现状是企业内部网路组网技术相对成熟, 一般采用基于以太帧的有线与无线WIFI组网技术, 家庭网络技术及个人网络技术也有多种形式,但仍未大规模商用规模。

  云计算服务基础假设是网络服务随时随地可获得的,在此基础上,终端可以通过网络获取服务侧的其他计算资源,终端侧与服务侧之间涉及键盘/鼠标操作的交互、数据的交互、软件的分发、呈现的交互等等,都需要网络承载;而服务侧的计算资源的集成整合依托的是分布式的计算系统与虚拟化技术实现的,也是以高速高可靠的网络为基础。这就不仅要求网络基础设施的覆盖问题,解决有与没有的问题,还要网络的带宽与连接的可靠性可获得性,解决好与坏的问题, 确保云计算服务的连续性与实时性。而网络的可靠性与可获得性除了通过网络的规划确保冗余性外, 更重要的是有维护的技术手段与技术人员, 因为我们的网络与设备的自愈功能不是缺乏手段就是成本昂贵。

  而从终端组网方式来看,个人网络、家庭网络及企业网络的资产所有权可以属于也可不属于电信运营商,组网形式、组网的设备乃至组网的技术中,电信有的可以主导有的不可以主导,如果电信运营商不能主导,客户自身主导就很难形成云计算或互联网增值服务的基础网络设施。那么出路何在?看来需要技术标准与规范,及政府的作用。纯粹依托电信运营商解决终端侧的组网问题, 也需要政策的支持。

  因此,从云计算对网络基础设施的基本要求来看,电信运营商的云计算服务可以也应该首先对于那些直接接入的运营商网络的终端用户提供,其次是对那些终端组网网络外包给电信运营商的终端提供云计算服务。目前,移动网络的手机终端、家庭中的PC终端、IPTV终端目前的接入网络相对简单。手机终端直接与运营商基站接入交互;目前家庭中的大部分PC与IPTV机顶盒通过家庭网关或DSL Modem连接运营商的网络设备。此外中小企业的内部网络比较简单。上述三类客户即个人、家庭、中小企业的网络维护主体是运营商,这些客户的的共同特性是绝大部分是非IT人员或无IT专职人员。而云计算服务模式的本质特性是从专有化向共享公用集约化,专业化向大众化的服务外包。云计算服务从技术与维护的角度来看,也应该从帮助降低用户购置成本、维护成本,提升用户业务应用多样性、可获得性,提高用户互联网服务的QoS,、EoS,充分发挥客户对电信运营商的信任度, 开展互联网增值业务。

  从目前运营商提供的网络接入来看,固定互联网接入的带宽与稳定性要远高于无线移动互联网提供的带宽与稳定性;从计费模式来看,固定互联网接入资费与无线移动方式的资费也有较大差异,表现为固定互联网接入以接入带宽包月方式为主,目前流量与时长为纳入作为计费元素;而移动互联网的接入的计费以时长与流量为主。从目前云计算服务模式来看, 按需提供服务,按量按时计费是主流模式。云计算服务的计费模式与移动互联网的计费模式及其相似,究竟是固定互联网接入的包月资费模式上叠加云计算服务的按量按时计费方式, 还是移动互联网与云计算服务的按量按时计费方式, 还是其他资费组合还有研究。但资费方式确实影响商业模式的形成,目前固定互联网的商业模式主要体现为媒体特性与目前全球范围的固定互联网包月资费模式不无关联,而媒体特性主要表现为面向消费者的前向免费使用,服务提供商通过广告媒体面向投放企业后向收费。云计算服务模式究竟是面向消费者的前向收费还是面向企业的媒体特性后向收费模式会成功,以及如何引导客户接受前向收费服务模式是电信运营商值得思考的课题。

  目前来看,个人客户与电信互联网络有连接的应用终端有手机、便携机PC,上网本等;家庭客户与电信互联网络有连接的应用终端主要有电话、游戏机、IPTV机顶盒、PC机;中小企业的客户与电信互联网络有连接的应用终端主要有电话、手机、PC、便携机、服务器。我们这里只讨论手机终端与PC终端。如前所述,目前的手机与PC机,有显示设备、输入输出接口、存储器、处理器、网络功能模块等硬件组成,为了使各模块协同工作及提供用户应用功能,还需安装操作系统及应用软件等。现有的终端应用计算模式是紧耦合的计算执行环境,即必须在所用的终端设备上,安装能驱动相关硬件的软件操作系统,并在此终端与操作系统上存储并安装相关应用软件,应用软件执行代码与数据要装载到此终端的RAM与处理器中执行计算,计算的结果要存储或呈现终端的显示设备上。具有互联网连接功能的终端设备可以与网络上其他终端或服务器交互应用数据。

  相对电话网络来看, 目前互联网应用终端种类繁多, 制式标准繁多或缺乏标准;终端成本远高于电话机成本,而终端更新周期快、维修成本高、技术复杂度高,终端计算能力扩展方式是通过单体的有限空间扩容或淘汰现有设备添置计算能力更高的设备。目前终端设备复杂性表现为:专业化的嵌入式操作系统、多样的应用软件系统、不一致的计算处理资源配置、不同的显示设备等。由于现有互联网应用终端的紧耦合型应用执行方式,终端使用者对硬件与应用软件要用基础的知识与技能,从而使用成本及维护成本高;对个人、家庭或企业要么自身维护相关的网络与终端, 要么外包相关服务。目前的应用终端的紧耦合型应用执行环境也要求使用者自身或专业人员安装/卸载所需应用软件,应用软件的使用只有在本地终端上安装了相关应用软件后,此软件在本地的Memory/CPU加载执行后, 才能获得所需服务。这也表明应用终端的执行环境, 无论从终端的选择配置,资产属性,还是应用软件安装使用执行,基本上是终端拥有者/使用者控制,是客户主导型;电信运营商在互联网内容与应用所依赖的关键应用执行环境上,目前基本无法控制。

  在应用终端现有紧耦合的计算模式下, 运营商开展信息与应用的互联网移动增值业务,将面临许多挑战。由于各终端的硬件资源的不一致性、操作系统版本的不一致性、应用软件的不一致、网络接入不一致性等,即应用执行环境的不一致性,运营商难以面向客户分发、部署及提供在不同终端上业务质量与体验质量指标一致的应用服务,特别是实时性与体验指标高的服务。除了质量与体验指标难以保证外,在现有企业资源、收益与成本的约束下,运营商难以提供如此大规模终端侧的维护问题, 维护难以界定用户设备问题、应用软件问题、网络问题、用户服务平台问题。

  在各终端的硬件资源的不一致性、操作系统版本的不一致性、网络接入不一致性等,即应用执行环境的不一致性情景下,为了克服目前开展丰富的固定与移动互联网应用服务的终端瓶颈点,互联网内容与服务提供商及电信运营商采取的策略有以下几类:

   从终端上出发,采用合作定制手机如IPhone、 Blackberry、Palm, 构建统一应用执行环境,提供内容与应用服务商店

   从应用软件与服务平台出发,针对现网上终端种类, 定制开发测试同一应用软件的不同手机版本客户端与服务端软件,用户依据自己的终端下载或自动测试下载

   以浏览器及其插件为内容与应用执行环境,提供有限应用与内容服务, 即终端安装同样版本的浏览器及相关插件, 服务平台提供内容、脚本语言或字节代码,如widget应用、flash应用等

  上述三种策略中, 定制合作终端实际上是电信运营商不得已而为之,运营商实际仍然是通道角色,苹果、RIM和 HP/Palm借助电信运营商构建了各自的内容与应用运营平台。策略二,电信运营商必须聚集大量的软件开发公司, 开发测试验证矩阵庞大, 工作量惊人。策略三是目前大部分互联网公司的发展策略。如Google, Baidu等。

  由此可见,电信运营商欲摆脱“管道化”的命运,必须在网络、终端、平台上有协同的战略策略。而今,云计算技术的出现,为电信运营商的互联网内容应用增值业务乃至电信除网络带宽连通性业务之外所有业务的提供新型的实现模式和服务模式, 具体来说, 通过云计算与虚拟化技术, 电信运营商可以构建可控的内容与应用执行环境

  在此,我们区分内容服务与应用服务的异同点,内容服务本质上是应用服务的一种特殊形式,其表现为内容服务必须有其对应的应用软件,如 Web内容服务必须依托web浏览器与web服务器等应用软件,互联网视频服务必须有视频播放应用软件与视频内容服务器。相对于应用有单机版, 内容服务也对应有单机内容服务;应用实现方式还有Client/Server、Browser/Server、Peer to Peer等分布式网络通信应用方式, 与此对应也有相应的内容服务。因此我们仅讨论应用执行环境, 并限于讨论网络通信形式的应用。我们将内容与应用执行环境( Content/Application Execution Environment)缩略为CAEE。

  按前节所述, 目前影响互联网内容与增值业务的瓶颈点首先是终端的组网方式,其次是互联网应用终端的紧耦合的应用执行环境。有关终端组网方式的瓶颈解决方式在1.1节已初步建议,云计算技术目前不包含终端的网络接入技术的解决方案,但是假设网络虚拟化技术已在电信互联网基础设施中实现;而云计算及虚拟化技术中所涉及的网络虚拟化技术与系统虚拟化及VM Migration技术关联,本文不讨论虚拟化网络技术。我们主要讨论如何通过云计算与虚拟化技术实现电信运营商可控的内容与应用执行环境,即CAEE。

  构建CAEE的核心理念是,有无技术将目前应用终端的紧耦合的应用执行环境转变松耦合的应用执行环境。能否通过相关技术解决目前应用计算能力由终端配置决定的现状?能否解决操作系统与底层硬件系统的紧耦合的状态?能否解决应用软件与操作系统的紧耦合关联性?

  首先,我们从用户终端角度出发,用户为了获得应用服务的前提条件是, 用户拥有可以输入其指令及呈现其所需内容与应用服务的终端。应用执行环境的种类可以应用代码存储的位置、应用代码执行所依赖的操作系统位置、应用代码计算执行所依赖的 CPU/Memory位置等三个主要属性来区分(在此我们有意忽略应用执行中及执行结果所需的 DISK的位置,此属性可在终端本地也可以网络中)。以此三属性的是使用终端本地资源还是使用网络资源可以组合出八种应用执行环境(见表1)。

  我们将重点讨论表1中的1~5应用执行环境情景及其依赖的云计算与虚拟化技术。在所讨论的应用执行环境情景中, 现有应用软件大都可以无缝迁移到新的应用执行环境而无需重新开发。

  情景一:就是应用的单机执行环境。应用软件代码及执行应用的操作系统与CPU/Memory都在终端上,是离线应用或单机应用执行环境。情景一中根据应用终端是否支持终端虚拟化技术(Client virtualization)分为实机执行环境与虚拟机执行环境。引入终端上的hypervisor, 使用客户机虚拟化技术可以独立定义电信运营商应用执行环境,实现应用执行环境与终端硬件系统的解耦合,有利于区分终端硬件故障、操作系统故障、应用软件故障。从而降低运营商维护工作量。

  情景二:实际上是可采用应用虚拟化(application virtualization/Application streaming)技术实现。在此情景下,应用软件代码可以通过网络从应用软件分发平台分发到终端上, 一般每个应用软件在终端上都有自身独立的应用执行环境, 这样无需在终端及操作系统上预装安装应用软件,各应用软件在其执行环境中执行,并与其他应用分时共享终端上CPU/Memory计算资源。 所使用的计算资源可以是终端实机资源也可以是终端虚拟化后的虚拟机资源。通过应用应用虚拟化技术可以实现应用软件与操作系统的紧耦合, 同时实现应用执行环境之间的隔离。进一步简化电信运营商的维护工作量,并能实现应用故障的快速定位。

  情景三:可以看成无盘系统的应用或OS streaming执行方式, 也可以看成是virtual appliance方式的应用执行环境。在此情景下,终端上无操作系统业务应用软件,操作系统及应用软件通过网络获得。但应用的执行在终端本机或虚拟机上执行。

  情景四:应用代码及应用执行的操作系统与 CPU/memory等计算资源全部在网络侧,终端上只执行指令的输入与应用结果的呈现。这就是所谓的VDI(Virtual Desktop Infrastructure)技术。为实现此类应用执行环境涉及的关键技术有服务器虚拟化技术、OS streaming技术、应用虚拟化技术、远程桌面技术(如 ICA/HDX、RDP、PCoIP等)等。采用 VDI技术实现时, 远端的执行环境可以是刀片或单体计算机也可以是虚拟机。通过规划分配相同的虚拟应用执行环境,并与每个终端相对应, 电信运营商可以构建独立于终端环境的应用执行环境。这是云计算技术帮助电信运营商摆脱“管道化”宿命、摆脱终端瓶颈、实现计算资源按需提供的最关键的技术。也是电信运营商构建统一应用执行环境的关键技术。基于服务器系统虚拟化技术的VDI技术与终端系统虚拟化技术相结合, 可以实现运营商的Online/Offline的应用执行环境。此情景的另一实现方式是采用terminal service方式实现。

  情景五:终端用户将终端上的应用执行代码上传到网络上的应用执行环境执行处理, 并将执行结果返回到终端上。此情景涉及的技术与情景四相同,其关键技术有服务器虚拟化技术、OS streaming技术、应用虚拟化技术、远程桌面技术等。基于服务器系统虚拟化技术与终端系统虚拟化技术相结合, 可以实现应用的在终端Online时在网络上执行,Offline时应用回到终端的应用执行环境执行。

  通过上述分析,情景四与五可以实现用户计算能力的扩展不依赖终端的实现方式。通过系统虚拟化技术可以实现终端与服务硬件系统与操作系统的紧耦合的关联,通过应用虚拟化与应用Streaming技术可以实现操作系统与应用软件之间的紧耦合关系。本文建议,未来电信的运营商的CAEE的实现部署应以情景三、四、五三种方式为主体开展。

  现阶段电信运营商在固定互联网与移动互联网的业务发展除了面临网络技术的挑战外, 其上的增值业务发展同样面临终端瓶颈及计算模式瓶颈的限制。云计算及虚拟化技术为了构建电信运营商的内容与应用执行环境( CAEE)提供可行的技术基础。基于云计算技术实现的内容与应用执行环境将帮助电信运营商摆脱终端瓶颈、“通道化”的宿命以及利益边缘化的困境,云计算所实现的按需提供的计算服务模式与电信运营商的网络优势、网络维护优势以及长年积累的公信力的结合于集成,在不久的将来定能实现计算服务作为水、电、气、电话之后的第五项公用事业服务。

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