OpenStack的融合之路与中国联通的边缘计算实践

中国联合网络通信有限公司研究院|刘畅 徐雷 毋涛

当今，云计算技术已经逐渐走向成熟。从2010年开始经过8年发展，OpenStack已进入自身发展的瓶颈阶段，从全球范围来看，目前OpenStack并没有赢得国际企业的普遍青睐。然而，OpenStack在中国新兴市场依然保持着持续的热度，其主要原因是因为中国企业对软件开源、自建数据中心、私有云及安全性的需求不断提升。

与此同时，由于市场上缺乏可与OpenStack 竞争的产品，中国IT厂家纷纷建立了基于OpenStack的解决方案及生态，并成为OpenStack 社区最大的贡献者及支持者。

OpenStack社区向边缘计算领域探索

为应对企业私有云所面对的挑战，OpenStack创建之初扮演着中枢的角色，然而随着云计算技术的发展和产品的演进，它已经逐渐演变为开源基础软件的一部分。2017年，OpenStack看到了在无服务器Serverless方向上的可能，OpenStack社区推出了功能即服务（FaaS）项目Qinling，并在之后将其1.0版本合入OpenStack Rocky。但是面对强大的Amazon Lambda（公有云服务公司的商用Serverless服务），Qinling并没有得到市场太多的关注。

为了应对瓶颈期困境，寻求转型的契机，OpenStack 开始向边缘计算、容器基础及网络功能虚拟化等领域展开探索。

随着万物互联时代的到来，网络边缘设备产生的数据量快速增加，带来了更高的数据传输带宽需求。同时，新型应用也对数据处理的实时性提出了更高要求，传统云计算模型已经无法有效应对，边缘计算应运而生。

边缘计算的基本理念是将计算任务放在接近数据源的计算资源上运行，可以有效降低计算系统的延迟，减少数据传输带宽，缓解云计算中心压力，提高可用性，并能够保护数据安全和隐私。得益于这些优势，边缘计算迅速发展。其中，StarlingX就是OpenStack社区在边缘计算方向的成功探索。

StarlingX平台是一个完整、高可靠、可扩展的“边缘”云软件堆栈，它将新服务与许多其他开源项目结合到一个整体边缘云软件堆栈中。StarlingX利用了包括Ceph、OpenStack和Kubernetes在内的项目组件，并用诸如配置和故障管理之类的新服务加以补充，重点关注高可用性、服务质量、性能和低延迟等关键需求。StarlingX可为边缘计算、工业互联网和电信应用搭建一个有弹性的云基础设施。

StarlingX已具备部署与管理功能

OpenStack社区于2018年10月发布了StarlingX首个版本，目前StarlingX已经具备了完整的边缘基础架构的部署与管理功能。

在配置管理方面，StarlingX提供节点配置、库存管理服务，具有对新节点的自动发现和配置功能，可管理大量远端站点，可通过图形界面和命令行交互接口对CPU、内存、存储等进行资源管理，满足边缘智能对IT基础设施更灵活、更动态、随需应变的需求，大幅降低边缘基础架构的部署和管理难度。

在故障管理方面，用户可以在基础架构节点或者虚拟机、网络等虚拟资源上，为重要事件自定义报警，并支持通过界面进行日志查看、查询、访问主动报警列表以及主动报警计数面板。

在主机管理方面，StarlingX提供主机生命周期管理功能，通过REST API接口管理主机，可以检测主机故障，提供监控和警报服务并启动自动修复，通过和主板管理控制器连接可辅助复位，电源开关机以及硬件传感器监控，也可与其他的StarlingX组件共享主机状态。

在服务管理方面，StarlingX通过控制节点冗余模型实现高可用性，可实现对服务的完整生命周期管理；支持多消息传递路径，避免通信故障；支持服务的主动和被动监视，通过完整数据驱动的体系结构来明确定义服务故障的影响。

在软件管理方面，软件服务是适用于从内核到OpenStack服务的所有基础架构堆栈的一种一致性机制，可实现安全补丁或新功能更新；已集成端到端滚动升级方案，升级过程自动化，无需额外硬件，支持跨节点滚动升级；可统一管理所有软件升级，包括宿主机OS升级、StarlingX服务软件升级和OpenStack软件升级。

联通探索StarlingX开源边缘云平台

近年来，中国联通一直在工业互联网、车联网等垂直行业领域进行业务拓展，同时聚焦大数据、大视频以及人工智能等创新业务。由于这些业务对传输时延、网络性能提出了更高的要求，使得中国联通在业务发展中遭遇了一系列挑战。

第一，线性增长的集中式云计算能力无法匹配爆炸式增长的海量边缘数据；第二，传输带宽负载急剧增加造成较长网络延迟，难以满足控制类数据、实时/准实时流式数据传输需求；第三，云计算的安全与应用软件、平台、操作系统、多段网络、权限管理等多方面因素有关，边缘数据的安全隐私受到极大挑战；第四，边缘设备传输数据到云平台消耗较大电能，从云平台获取数据到设备现场也需要二次消耗。

构建一个具备开放互操作接口、支持边缘生态应用、支持厂商中立的开放边缘云平台，是应对这些挑战的解决方案之一，也是中国联通边缘计算正在积极努力探索的工作。作为边缘的开放基础架构技术之一，StarlingX成为中国联通边缘云重点考虑的对象。

为了给边缘应用落地提供真正灵活、弹性的基础设施资源支持，中国联通决定探索StarlingX开源边缘云计算平台，找到适合真正落地和应用的边缘智能解决方案。

OpenStack焕发新生机

为验证基于StarlingX的ME-IaaS在中国联通边缘云计算平台中的实际表现，中国联通部署实施了基于这一解决方案的验证性测试。结果表明，基于StarlingX的ME-IaaS，对于中国联通边缘云计算平台所需的分布式云计算，以及上层应用有着良好的支撑能力。在中心云与边缘云之间的协同能力上，通过StarlingX提供的边缘节点接入管理能力，可成功将边缘节点接入中心云，实现对边缘节点的全生命周期管理，并可实时查看边缘节点资源使用情况、库存情况、故障告警信息等。

目前，基于这一解决方案的边缘云计算平台，正被逐步推广到智慧港口、智慧交通等业务场景。在智慧港口场景中，中国联通边缘云计算平台将有助于重构港口的信息流、物流和资金流。基于5G边缘云的一系列创新应用（如无人驾驶水平运输、堆场作业和岸桥装卸自动化以及机器人自动拆装集装箱扭锁等）正助力港口实现协作化、精细化、智能化、自动化智慧建设。

而在智慧交通场景中，中国联通正基于边缘云构建人、车、路协同的智能交通生态系统。借助边缘云计算平台，通过高清摄像头采集的车辆信息可在平台进行分析、计算等预处理。同时该平台也支持对移动车辆实现切换和动态数据同步，实现紧急制动、交汇路口VIP车辆优先通行、红绿灯信息控制等智慧化功能。

StarlingX作为一个完整开源的软件堆栈，确保了和各种开源组件之间的兼容性，未来StarlingX还会实现对容器云、分布式云的支持。StarlingX为边缘应用提供了高安全性、低时延、高可用性、易维护的解决方案。在不久的将来，OpenStack 可能凭借StarlingX，在边缘计算领域焕发新的生机。