云原生时代中国移动信息技术中心携手华为，构建容器化物联网业务解决方案

Posted 2021-04-02 物联网杂谈

中国移动物联网集中化业务支撑系统（以下简称物联网支撑系统）是中国移动为提升物联网产品集中化管理能力建设的一点接入、统一运营的业务支撑系统，系统提供了端到端的业务受理、服务开通、计费账务和综合结算等能力，以规模化优势降低运营成本和连接支撑成本，支撑亿级连接高效运营。

随着国内物联网行业的飞速发展，物联网市场连接的需求飞速增长。物联网支撑系统在保障海量用户增长、系统性能与资源利用率、运营效率等诸多方面都面临严峻挑战。

中国移动信息技术中心携手华为公司于2020年正式启动物联网支撑系统容器化架构改造。系统采用微服务化的设计理念，基于移动自研的磐基PaaS容器云平台开发部署，充分利用平台已有的服务化能力，快速构建敏捷开发和智能化运营的容器化业务系统。经过双方共同努力，物联网支撑系统作为中国移动首个全容器化支撑系统于近期成功上线商用！

物联网用户数量呈迅猛发展态势、行业市场对运营响应速度要求越来越高，业务支撑系统未来面临巨大的挑战与机遇。

首先，物联网支撑系统面临市场对运营响应效率的挑战，随着业务和用户的飞速发展，系统资源利用率不均衡日益严重，为应对大容量和高并发需要频繁对资源进行调整规划。目前业务高峰期需要人工介入主机划分、应用部署等工作，业务低峰则需要人工干预进行资源回收。特别是物联网支撑系统进行X86分布式集群架构改造后应用主机数量大增，对自动化部署、发布、监控、故障处理能力环节提出更高的要求。

其次，用户数量迅猛增长叠加物联网业务海量数据、批量处理的特点，使得系统资源使用过程呈现突出的波峰波谷现象。随着对外开放业务服务，势必更加难以预估业务使用量。现有系统的自动伸缩能力亟待增强，需要以更加便捷、高效的方式来应对用户量及业务受理量的海量浪涌式变化。

最后，物联网为数字化业务创新带来新的机遇，垂直行业不断推陈出新，频繁对业务支撑系统提出新的需求。传统的软件开发部署方式已经不适应业务发展，需要引入新的技术推进敏捷开发、快速发布、持续集成。

为了抓住市场机遇，确定了拥抱云原生、参考最佳实践的理念，结合海量业务批量处理特点，物联网支撑系统完成系统容器化改造。

物联网支撑系统与磐基PaaS容器云平台对接，通过应用系统容器化改造，实现云化部署和业务应用与平台解耦。业务系统采用微服务化的设计理念，提供分布式服务框架+分布式数据服务框架，实现业务逻辑、数据和资源的解耦；业务应用支持线性扩展，结合容器提供的标准化的打包、封装、搬运机制，有效地简化了开发版本管理。PaaS作为基础技术平台向应用提供服务化的支撑能力，以服务化的形式提供弹性可扩展的基础技术平台，适配底层各类基础设施IaaS环境，应用与平台的深度融合，将支撑系统打造为一个完全适配敏捷开发和智能化运营的平台。

1、业务应用系统方案改造设计

 镜像分层：对应用软件包进行垂直切分，将应用运行所需的OS内核、业务插件、中间件、业务包逐层打包，发挥容器快速伸缩的优势；

 应用瘦身：在系统分层解耦基础上，结合分布式缓存和分布式消息队列实现业务与数据分离，同时应用按照微服务设计原则功能内聚，实现可靠高效的轻量化微服务应用；

 业务分类：在业务中心化解耦的基础上对功能进行分类，梳理业务间的互斥引用关系，规划应用拓扑，进行亲和性管理；

 应用服务化：本地配置文件、环境变量等参数单独剥离，在新建容器应用时动态刷新和装载，形成无状态对等服务；

 弹性调度：业务弹性调度上，基于业务运行的负载情况，根据不同优先级算法和任务执行策略进行动态调整，实现高效的业务调度。

2、PaaS平台提供新的基础支撑

 应用与技术解耦：提供应用开发框架与工具，支撑快速开发和上线，降低开发门槛；

 业务能力服务化：通过对核心业务对象和处理逻辑的聚合和解耦，构建通用的业务服务能力，实现业务能力服务化，并逐步沉淀为全局共享的业务能力；

 智能化运维：通过监控系统链路上的每个环节和关键设备节点，提供多维度、自动化的实时监控手段，提升系统智能化运维能力；

 弹性计算：向上层应用提供弹性可扩展的基础技术能力，实现平台服务资源共享。

系统架构设计原则

物联网支撑系统框架借鉴互联网的分布式架构，采用微服务的设计理念，遵循“大系统小做，前端横向整合，后端纵向解耦，服务提供与应用分离”的原则进行设计。

 前后台分离原则：依据职能专一的原则，分为关注客户体验的前台渠道交互和关注高性能、高扩展的后台业务能力中心两部分，提升系统的数字化运营的支撑能力。

 弹性伸缩原则：通过分布式服务/分布数据访问框架/分布式缓存，实现对海量并发处理能力的支撑。

 中心化、组件化原则：应用彻底化大为小，应用可独立部署，同步开发，提升开发效率。

 微服务化原则：任何一个业务设计时首先确定其对外提供服务或API，遵循微服务标准开发服务。

 可配置性原则：通过业务落地和模型抽象，提升端到端可配置能力，逐步实现以配置满足定制需求的目标。

 平台化原则：技术部件平台化，应用的设计和开发对技术实现方式不感知，由框架适配。

物联网支撑系统支持业务应用、服务构件深度解耦，前端面向客户提供统一的服务渠道接入，后端解耦成多个业务中心，中心具备高内聚、低耦合、操作数据对象独立的特征，支持多中心独立部署，支持系统低成本线性扩展。

物联网支撑系统实现应用线性扩展、弹性伸缩，为海量用户迅猛发展和批量交易高效运营奠定坚实的基础，具体系统改造成果如下：

1、资源利用率提升30%

通过集群片区内主机共享资源、均衡调度、容器隔离实现一个主机可部署多个应用POD，并划分为更小单元，实现资源利用率提升30%。

2、应用快速发布，新需求上线TTM缩短15%

应用开发利用镜像技术实现运行环境的标准化，通过提高应用迁移灵活性和简化维护升级流程，缩短系统迭代、上线、发布时间。

3、减少版本升级时间

通过PaaS平台容器编排能力，版本滚动升级耗时从4小时降为2.5小时。为后续的业务验证、问题处理预留了更多的时间，保障升级的顺利完成。

4、业务扩容灵活快速

随着物联网业务数浪涌式变化，系统服务通过弹性调整应对业务访问，容器化上线后整体扩容时间缩短了40%。

5、故障快速修复

物联网支撑系统通过容器化机制和服务的发现、调度机制实现故障自动隔离。通过业务镜像重新部署替代故障节点，实现故障快速修复。故障恢复时间缩短为原来的5%，极大提升应用高可用性。

物联网支撑系统基于容器云实现了应用快速部署及便捷管理，促进DevOps体系实施，聚合专业公司及业务平台能力，更好的服务中国移动31省公司物联网业务发展。物联网支撑系统将在容器化技术基础上不断演进，以更优的架构，提供更好的服务，聚焦系统全云化、体验极致化、能力中心化、运维智慧化、生态开放化，支撑业务发展和创新，助力物联网产业持续发展。