遼寧モバイル、5G時代にファーウェイFusionStorage分散型ストレージを選択

背景

中国移動通信集団有限公司（チャイナモバイル）の完全子会社である遼寧モバイルは、遼寧省におけるチャイナモバイルのネットワーク構築・維持管理および通信事業を担当しています。チャイナモバイルは1999年7月に設立され、2000年11月に香港とニューヨークで上場しました。10年以上にわたる努力を経て、遼寧モバイルは広範なカバレッジ、高品質な通信、多様なサービス、そして業界をリードするサービスレベルを特徴とする包括的な通信ネットワークを構築しました。

課題

遼寧モバイルは現在、加入者数の増加と、従来の音声サービスから新たな付加価値サービスへのサービスシフトに伴い、毎年データ量が爆発的に増加しています。遼寧モバイルの中核となるビジネスサポートシステム（BSS）、オペレーションサポートシステム（OSS）、管理サポートシステム（MSS）は、ライブネットワーク上で従来のストレージと組み合わせたUNIXサーバーを採用していました。しかし、従来のストレージシステムは、高いサービスリスク、高額なメンテナンスコスト、低いリソース利用率といった問題から、新たなサービス要件に対応できなくなっていました。さらに、データの復旧に時間がかかり、外部サービスの提供も困難だったため、利用者に不便を強いるとともに、運用保守の負担も増大していました。

変革への独自の道すじ

チャイナモバイルの多くの地方支社は、サービスサポートシステムにおいて、応答速度の遅さ、高額なメンテナンスコスト、そしてリソースの活用不足という3つの課題に直面していました。

通信業界における激しい競争は、多くの通信事業者のビジネスモデルを変革させ、従来のリソース集約型モデルからユーザーニーズ中心型モデルへと移行させています。これにより、BSSとOSSの重要性が高まり、これらのシステムの中核となるデータ資産はデータベースに保存されています。これまで中国のほとんどの通信事業者は、コアデータベースをUNIXサーバーと集中ストレージ（ミッドレンジおよびハイエンドストレージアレイ）で構成される従来型のアーキテクチャに展開しており、多額の投資が必要で、しばしばその投資が枯渇していました。遼寧モバイルも例外ではありませんでした。同社はBSSにさまざまなベンダーから300台以上のUNIXサーバーを採用し、請求、ネットワーク管理、管理情報、付加価値データ、位置情報サービスなど100以上のシステムを抱えていました。各システムは独立したストレージで構成されており、ストレージのサイロ化が進んでいました。サービスデータの増加に伴い、従来のストレージシステムは、メンテナンスコストの急騰とリソース利用率の低さにより、徐々に高いサービスリスクと見なされるようになりました。データベースは動作が遅く、サービスの処理に時間がかかりました。日報・月報の生成には10時間以上かかりました。EMC DMXシリーズのようなハイエンドのレガシーストレージシステムの容量拡張には、キャビネットレベルの交換が必要で、新規購入デバイスよりもコストがかかりました。異なるUNIXサーバーの負荷は大きく異なり、ピーク時には一部のデバイスの負荷が高かったものの、平均的には低い状態でした。その結果、これらのデバイスは長時間軽負荷で稼働していました。

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。もう1つの選択肢は分散データベースを使用することで、これはデータベースの変更を必要としません。このソリューションでは、UNIXサーバーと従来のストレージを新しいサーバーと分散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。「非リレーショナルデータベースは、非構造化および半構造化データが主流のインターネット企業にとってより適しているが、同社は主に構造化データを処理しているため、従来のサービスシステムを再構築するのは困難である」

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10Gbit/ sから128Gbit/ 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100TB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10PB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

• 容量拡張と保守における投資コストを30%削減

• 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