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背景

「BOM」(BSS、OSS、MSS)システムにおける基幹サービス

競争がますます激化する通信業界。通信事業者の事業モデルは、従来のリソース集約型からユーザーニーズ中心型に変わりつつあります。こうした状況を背景に、BSS(業務支援システム)やOSS(オペレーションサポートシステム)に代表されるようなシステムの重要性が高まり、これらのシステムで扱われるデータは多数のデータベースに格納されています。そのデータベースの数は100以上にも達し、BSSとOSSだけでデータ全体の80%以上を占めています。中国の多くの通信事業者の支社はUNIX サーバー+オラクルデータベース管理システム、いわゆる「IOE」(IBM+ORACLE+EMC)システムを採用しており、課金やネットワーク管理、情報管理、付加価値サービス、位置情報サービスなど100を超えるシステムを運用しています。これらは通信事業者の「主要システム」と「クリティカルサービス」となっています。

「BOM」システムとは

BSS: 業務支援システム

課金、カスタマサービス、会計、決済、経営分析システムなど。

OSS:オペレーションサポートシステム

専門的なネットワーク管理、総合ネットワーク管理、リソース管理、サービス展開システムなど。

MSS:マネジメントサポートシステム

リスク管理、監査、財務、資産、知財、研究開発管理、購買管理、業績管理システムなど。

課題

データベース運用にあたり、通信事業者から「同時に多様な業務に対応できる高性能ストレージシステム」が求められています

各システムは数十から百以上のサービスをサポートすることもあり、4A(セキュリティ管理プラットフォーム)、VGOP(付加価値総合運用プラットフォーム)、課金ライブラリ、BOSSライブラリ、経営分析データベースなどサービスが多岐にわたり、データの読み書きパターンも、アクセス状況も異なります。たとえば、OSSデータベースのIOPSは最大で20,000を超え、経営分析データベースは最大で30,000ほどになります。BOSSライブラリに至っては最大で40,000にも達します。このように混在するサービスにアクセスするために、高帯域幅、低遅延(安定遅延≦1ms)などの性能を備えるストレージシステムへの需要が高まっています。

高信頼性とデータの一貫性

BSSについては、とりわけBOSSシステムの課金/CRM/ERPなどのデータベースは消費者の利益に直接関わっているため、これらのデータベースに格納されているデータは通信事業者にとって極めて重要性の高いものであることは言うまでもありません。これらのデータを保護するためには、エンタープライズレベルの高可用性と高度なデータ保護機能を備えたストレージシステムが不可欠です。

幅広い互換性

仮想マシン、物理マシン、UNIXサーバーなど多様なシステムに対応し、分散型アプリケーション、ビッグデータ、コンテナなどの新しい技術アーキテクチャを備えるITシステムにシームレスにアクセスでき、最終的にクラウド型データセンターへの移行をサポートします。

容易なメンテナンス、低いTCO(総保有コスト)

1つのインターフェースでシステムの各ノードを一元的に管理します。業務ニーズに応じてストレージ容量と性能を同時にリニアにスケールアウトでき、運用保守の投資削減につながります。

基幹サービスの「分散型」への転換

「遅い、高い、利用率が低い」と、通信事業者の課題になっていたデータベースアプリケーションシステム。

チャイナモバイル遼寧支社(以下、遼寧モバイルという)はこれまで課金やネットワーク管理、情報管理、データ付加価値サービス、位置情報サービスなど100以上のシステムの運用にオラクルデータベースシステムを使ってきました。しかしデータの増加に伴い、従来のストレージの容量不足、メンテナンス費用の増加、低いリソース使用率などの問題が顕在化し、データベースの実行速度も遅くなる一方でした。データ処理に時間がかかり、日報、月報の出力に10時間以上かかりました。また拡張機能における制約から、クラウド化が難しく、ストレージ容量は動画など新しいサービスのニーズに追いつかなくなっています。更に一部の老朽設備の収容スペースや消費電力の増加も問題化しています。統計によれば、従来のストレージの占有スペースは分散型ストレージの14倍で、消費電力も7倍あり、全体のCAPEX、OPEXは高止まりしています。

これらの問題を解決するために、遼寧モバイルには2つの選択肢がありました。1つは、オープンソースデータベースを利用することでしたが、既存のアプリケーションに対して大きな変更を必要とし、一部の複雑なリレーショナルデータモデルに対応できないという欠点があります。2つ目の選択肢は、分散型データベースを採用することでした。この場合、データベースを変更することなく既存のサーバーとストレージをx86サーバーと分散型ストレージに置き換えるだけです。遼寧モバイルは検証試験の結果、次の結論に至りました。「オープンソースの非リレーショナルデータベースは、非構造化データと半構造化データが主流のインターネット企業には適しているが、主に構造化データを処理し、かつ既存サービスシステムを更修することが困難な遼寧モバイルにとって、x86サーバーと分散型ストレージによる分散型データベースのほうがより自社のニーズに合っています。」

従来のストレージを使用してクラウドリソースプールを構築する場合、ハードウェアの保守期限が切れると、よりハイエンドで大容量の次世代製品を導入する必要があり、かつデータ移行サービス費用は数百万円以上にもなる可能性があります。一方、分散型ストレージを採用すれば、保守期限を過ぎたハードウェアだけ交換すれば、新旧デバイス間で自動的にデータが同期されます。サービスを中断することなくデバイス交換と自動データ同期が行われるため、データ移行コストの節減やリスクの低減につながります。

ソリューション

優れたパフォーマンスと高いスケーラビリティ

ファーウェイは遼寧モバイルのニーズに最適なデータセンタークラスのコンバージド分散型ストレージFusionStorageによるx86ベースのストレージリソースプールソリューションを提案しました。従来のサイロ型ストレージを圧倒的に凌ぐ大容量かつオンデマンドのスケールアウト機能を備え、データベース用の効率的なブロックストレージサービスを提供できるこのソリューションは、最終的に遼寧モバイルに採用されました。

ファーウェイのFusionStorageクラウドストレージとSANストレージの最大の違いはスケーラビリティにあります。複数のコントローラーを重ねる従来のSANストレージは、デュアルコントローラーまたはマルチコントローラースタックにより、コントローラーを最大で数十まで拡張可能です。コントローラーのバックエンドにディスクエンクロージャを追加することで、容量とパフォーマンスを向上させることができます(スケールアップ)。しかし、ディスクエンクロージャーのボリュームが一定の規模に達すると、ボトルネックが発生します。ディスクを追加すると全体の容量を増やすことができますが、コントローラアーキテクチャの制約により、パフォーマンスはリニアに向上できません。FusionStorageは完全分散型アーキテクチャで設計されており、ソフトウェアを用いて、数百台から、場合によって千台を超えるx86サーバーで仮想ストレージプールを構成し、スケールアウトすることが可能です。各サーバーはコンピューティングとストレージ機能を備えているため、リソースプールは業務量の増大に応じてサーバー単位でリニアで容量を拡張できます。

遼寧モバイルの場合、ストレージサーバー上のSSDをすべてのサービスシステムで共有できる分散型キャッシュリソースプールにFusionStorageを分散しました。また、データアクセス時間を短縮するために、レイヤ毎のリードキャッシュの仕組み(L1:メモリキャッシュ、L2:SSDキャッシュ)を採用しました。一般的な4 KBデータブロックのI/Oの平均遅延時間は1 ms前後に保たれます。高性能ハードウェア(100% NVMe SSD構成時)との互換性があるため、ノードあたり20万IOPSを実現し、データの読み書き時間を短縮しました。同時に処理できるユーザー数は400から1,000に増え、これにより、フロントエンドサービスのパフォーマンス要件を完全に満たすことができます。

さらに、FusionStorageは、高いスループットと低遅延を備えたInfiniBandスイッチを使用しているため、従来のストレージシステムにおけるファイバーチャネルスイッチングのパフォーマンスのボトルネックを解消できます。システムのデータスイッチングの帯域幅は10 Gbit/ sから128 Gbit/ sに拡張され、I/Oパフォーマンスを大幅に向上し、数百人のユーザーが同時にデータベースにスムーズにアクセスできるようになります。BASS(Business Analysis Support System)実証テストの結果によると、FusionStorageでは100 TBのデータ分析処理の所要時間が従来のストレージで要した10時間から2時間に短縮しました。

データ保護に死角なし

データ保護においては、FusionStorageはクラスタ管理を採用し、ディスク、ノード、ラック、およびシステムレベルの高可用性設計になっています。各ディスクには複数のデータブロック(パーティション)が格納され、これらのデータブロックのコピーは事前設定されたポリシーに基づいてシステム内の他のノードに展開されます。ディスクまたはサーバーの障害が検出されると、FusionStorageはバックグラウンドでデータを自動的に修復します。データブロックのコピーは異なる多数のノードに配布されます。データの再構築は複数のノードで同時に実行されるため、各ノードは少量のデータを再構築するだけで済みます。単一ノードで大量のデータを再構築することによるパフォーマンス低下を解消し、データベースサービスに影響を及ぼすことはありません。遼寧モバイルの既存ネットワークのストレージシステムはRAID技術を採用しており、データ再構築に関わるディスクは通常十数台のみで、かつ、独立ディスクのデータパリティの課題が存在するため、従来のストレージシステムのデータ保護効率はFusionStorageのそれに遥かにおよびません。同期データ書き込み/読み取りリカバリ技術を実装しているFusionStorageは、データの一貫性を確保し、既存ネットワークのハイエンドストレージシステムを上回る信頼性レベルを提供します。

データのバックアップと災害復旧においても、遼寧モバイルではFusionStorageの分散型アーキテクチャとハイパフォーマンス特性により大きな導入リットが出ています。FusionStorageは従来のバックアップシステムより効率を50%以上向上させ、バックアップソフトウェアによってデータの一貫性を保証します。将来的には、FusionStorageを用いて、ブロックやファイル、オブジェクト、およびバックアップなどを総合的に考慮したデータレイクを構築することで包括的なデータ保護システムを確立します。

ファーウェイは、10年以上にわたるストレージ技術の開発と納入実績により、エンタープライズクラスのiSCSIアクセス機能に関する400,000以上の互換性リストを蓄積し、完全なエンタープライズクラスのストレージ互換性を実現しました。 コンテナやVM、x86サーバーやUNIXサーバー(AIX、HP-UX、Solaris)環境をサポートできます。

遼寧モバイルは、分散型技術を採用して、アプリケーション層(アプリケーションシステムの分散化)、プラットフォーム層(x86クラスタベースの分散型ストレージ)、データ層(集中型データベースから分散型x86データベースへのOLTPサービスのインポート)の3段階による円滑なシステム移行を実現しました。

遼寧モバイルが2015年から取り組んできた、x86サーバーと分散ストレージシステムの再構築は、いくつかの段階を経て、現在既存ネットワーク上のUNIXサーバーと従来のハイエンドストレージシステムの交換は約60%完了しています。課金ライブラリ、BOSSライブラリ、経営分析データベース、パブリックライブラリ、周辺ライブラリ、位置ライブラリ、ビデオ監視サービス、仮想コールセンター、リソースプールなどのデータは全てFusionStorageへ移行され、データ合計は10 PBを超えました。

新しいソリューションの導入により、収益面では、ITシステムへの投資と運用・保守コストをトータルで約30%削減できます(移行データ規模に基づいて試算)。
また、新しいx86データベースプラットフォームでは、日報・月報の出力時間を短縮し、お客様満足度を大幅に向上させます。さらにUNIXサーバーとハイエンドストレージの使用台数が減ることで省エネ効果が現れ、環境保護にも貢献します。ファーウェイのFusionStorageを導入したことで、遼寧モバイルのサービス支援ネットワーク運用システムが格段に進化しました。

利点

  • 容量拡張と保守コスト:30%削減。ハードウェアライフサイクルの自動更新
  • 日報、月報出力時間:10時間から2時間に短縮
  • データ保護効率:分散型ストレージデータ保護技術により50%向上
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