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云計算與人工智能、大數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用
云計算，大數(shù)據(jù)和人工智能三個詞匯，最近火到不行。本是不同的領(lǐng)域，生活在不同的世界里，然而隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，又相互交集在一起。
人工智能、大數(shù)據(jù)與云計算三者有著密不可分的聯(lián)系。人工智能從1956年開始發(fā)展，在大數(shù)據(jù)技術(shù)出現(xiàn)之前已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十年，幾起幾落，但當(dāng)遇到了大數(shù)據(jù)與分布式技術(shù)的發(fā)展，解決了計算力和訓(xùn)練數(shù)據(jù)量的問題，開始產(chǎn)生巨大的生產(chǎn)價值；同時，大數(shù)據(jù)技術(shù)通過將傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法分布式實現(xiàn)，向人工智能領(lǐng)域延伸；此外，隨著數(shù)據(jù)不斷匯聚在一個平臺，企業(yè)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺服務(wù)各個部門以及分支機(jī)構(gòu)的需求越來越迫切。通過容器技術(shù)，在容器云平臺上構(gòu)建大數(shù)據(jù)與人工智能基礎(chǔ)公共能力，結(jié)合多租戶技術(shù)賦能業(yè)務(wù)部門的方式將人工智能、大數(shù)據(jù)與云計算進(jìn)行融合。
數(shù)據(jù)處理的發(fā)展階段
隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，特別是近十年，移動互聯(lián)技術(shù)的普及，運營商、泛金融、政府、大型央企、大型國企、能源等領(lǐng)域數(shù)據(jù)量更是呈現(xiàn)幾何級數(shù)的增長趨勢。數(shù)據(jù)量的膨脹除了帶來了數(shù)據(jù)處理性能的壓力外，數(shù)據(jù)種類的多樣性也為數(shù)據(jù)處理手段提出了新的要求，大量新系統(tǒng)的建設(shè)同時產(chǎn)生了眾多數(shù)據(jù)孤島，給企業(yè)的數(shù)據(jù)運營維護(hù)與價值發(fā)掘帶來了重大的挑戰(zhàn)。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)轉(zhuǎn)型也經(jīng)歷了幾個階段，如圖1所示?！鴪D1 企業(yè)數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)型的階段變化
在第一階段，大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展的早期，為了打破數(shù)據(jù)孤島，將各類數(shù)據(jù)向大數(shù)據(jù)平臺匯集，形成數(shù)據(jù)湖的概念，作為多源、異構(gòu)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)歸集，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，建立企業(yè)數(shù)據(jù)的匯聚中心。在這個階段，對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理以存儲檢索為主，對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理提供各類API和少量SQL支持，使海量的以SQL實現(xiàn)為主的業(yè)務(wù)難以遷移到大數(shù)據(jù)平臺，新業(yè)務(wù)開發(fā)使用門檻高，大數(shù)據(jù)技術(shù)的推廣受到阻礙。
在第二階段，企業(yè)客戶的需求集中表現(xiàn)為，如何更好地處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及將老的IT架構(gòu)遷移到分布式架構(gòu)中。各大數(shù)據(jù)平臺廠商開始在SQL on Hadoop領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)和競爭，不斷提高SQL標(biāo)準(zhǔn)的兼容程度。在這個過程中，Spark誕生并逐漸取代了過于笨重且TB量級計算性能存在缺陷的MapReduce架構(gòu)，Hadoop技術(shù)開始向結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理分析更深度的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)發(fā)。隨著SQL on Hadoop技術(shù)的不斷發(fā)展與星環(huán)科技解決了Hadoop分布式事務(wù)的難題，越來越多的客戶在Hadoop上構(gòu)建新一代數(shù)據(jù)倉庫，將Hadoop技術(shù)應(yīng)用于越來越多的業(yè)務(wù)生產(chǎn)場景，技術(shù)門檻的降低，使越來越多的客戶可以利用強(qiáng)大的分布式計算能力輕松分析處理海量數(shù)據(jù)。在這個階段后期，隨著企業(yè)客戶對實時數(shù)據(jù)分析研判需求的不斷提高，流處理技術(shù)得以蓬勃發(fā)展。
在第三階段，一部分企業(yè)已經(jīng)完成了由基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫為核心的數(shù)據(jù)處理體系向基于大數(shù)據(jù)技術(shù)為核心的數(shù)據(jù)處理體系的轉(zhuǎn)變。在本階段早期，很多企業(yè)客戶不滿足于通過SQL基于統(tǒng)計對數(shù)據(jù)的分析和挖掘，促使傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法開始實現(xiàn)分布化，但主要還是針對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)挖掘。隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)和分布式技術(shù)的碰撞，演化出了新一代的計算框架，如TensorFlow等，計算能力的提升，并結(jié)合大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，使機(jī)器學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)在結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大威力，開始應(yīng)用于人臉識別、車輛識別、智能客服、無人駕駛等領(lǐng)域；同時，對傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法產(chǎn)生了巨大沖擊，一定程度上減少了對特征工程與業(yè)務(wù)領(lǐng)域知識的依賴，降低了機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)入門檻，使人工智能技術(shù)得以普及。另一方面，可視化的拖拽頁面、豐富的行業(yè)模板、高效率的交互式體驗，極大地降低了數(shù)據(jù)分析人員的使用門檻，讓人工智能技術(shù)進(jìn)一步走入企業(yè)的生產(chǎn)應(yīng)用。
大數(shù)據(jù)、人工智能與云技術(shù)的融合
隨著企業(yè)內(nèi)部對于數(shù)據(jù)資源的應(yīng)用不再僅僅局限于IT部門，越來越多的內(nèi)部項目組與分支機(jī)構(gòu)加入大數(shù)據(jù)平臺的使用中，加之?dāng)?shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，如何解決基礎(chǔ)平臺的資源隔離問題、管理分配問題、編排調(diào)度問題；如何將企業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用需要的基礎(chǔ)服務(wù)能力做更好地抽象，降低應(yīng)用所需的基礎(chǔ)服務(wù)的環(huán)境搭建、開發(fā)、測試部署周期，提升IT支撐效能；如何更好地管理眾多的基于大數(shù)據(jù)與人工智能開發(fā)的應(yīng)用等等成為企業(yè)急需解決的問題。
在大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展的早期，僅僅是在計算框架MapReduce中提供簡單的作業(yè)調(diào)度算法，隨著資源管理的需求，在Hadoop 2.0時代，Yarn作為單獨組件負(fù)責(zé)分布式計算框架的資源管理。但是，一方面，Yarn僅僅能夠管理調(diào)度計算框架的資源；另一方面，資源的管理粒度較為粗放，不能做到有效的資源隔離，越來越不能滿足企業(yè)客戶的需求。
云計算技術(shù)作為資源隔離封裝虛擬化，以及管理調(diào)度的技術(shù)，本應(yīng)應(yīng)用于解決上述問題。但是，在Docker容器技術(shù)被廣泛接受之前，云計算虛擬化技術(shù)主要基于虛擬機(jī)封裝資源，并在其之上加載操作系統(tǒng)，資源利用率低，早期有廠商嘗試將大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建在基于虛擬機(jī)技術(shù)的云化方案上，由于資源利用和穩(wěn)定性問題，在私有云上的嘗試鮮有成功案例。在公有云方面，借助公有云較為強(qiáng)大的基礎(chǔ)平臺硬件與運維支持能力，有一些非核心業(yè)務(wù)的應(yīng)用嘗試。
隨著Docker、Kubernetes等容器技術(shù)的發(fā)展，與微服務(wù)等技術(shù)概念的形成，大數(shù)據(jù)與人工智能基礎(chǔ)平臺開始基于容器云構(gòu)建底層資源管理與調(diào)度平臺。容器云就像一個分布式的操作系統(tǒng)，將集群中的各類硬件資源進(jìn)行封裝、管理以及調(diào)度，將封裝的資源作為容器承載大數(shù)據(jù)的相關(guān)組件進(jìn)程，再將這些容器進(jìn)行編排，組成一個個的大數(shù)據(jù)和人工智能的基礎(chǔ)服務(wù)，如分布式文件系統(tǒng)HDFS、NoSQL數(shù)據(jù)庫Hbase、分布式分析型數(shù)據(jù)庫Inceptor、分布式流處理平臺Slipstream、分布式機(jī)器學(xué)習(xí)組件Sophon等。由這些基礎(chǔ)服務(wù)編排構(gòu)建公共能力服務(wù)層，提供如數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)集市、圖數(shù)據(jù)庫、全文搜索數(shù)據(jù)庫、流處理服務(wù)、NoSQL數(shù)據(jù)庫、機(jī)器學(xué)習(xí)平臺服務(wù)、定制圖像識別服務(wù)等，為企業(yè)打造全新的數(shù)據(jù)處理核心系統(tǒng)?；谶@一核心系統(tǒng)服務(wù)于各類企業(yè)的不同部門。通過資源隔離技術(shù)，通過對每個租戶的資源分配和權(quán)限管理，滿足業(yè)務(wù)分析人員的個性化分析需求，專注于業(yè)務(wù)邏輯的開發(fā)和數(shù)據(jù)的分析挖掘。
技術(shù)融合的應(yīng)用
中國郵政大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)以Transwarp Data Hub（以下簡稱TDH）與Transwarp Operating System（以下簡稱TOS）作為基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng)，搭建的新一代邏輯數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)集市，完全取代了Teradata和Oracle.
總體架構(gòu)與實現(xiàn)
中國郵政大數(shù)據(jù)平臺服務(wù)于量收、郵務(wù)、名址等系統(tǒng)，同時運用容器云TOS實現(xiàn)創(chuàng)新多租戶的數(shù)據(jù)分析挖掘環(huán)境。建立從業(yè)務(wù)層到管理層到?jīng)Q策層的智能分析體系，模擬量化風(fēng)險和收益，實現(xiàn)對郵政各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、管理、統(tǒng)計和分析等功能，給各級管理人員提供各類準(zhǔn)確的統(tǒng)計分析預(yù)測數(shù)據(jù)，使其能夠及時掌握全面的經(jīng)營狀況，為宏觀決策提供支持；為省分公司基層業(yè)務(wù)人員提供詳盡的數(shù)據(jù)，供其對各自的工作目標(biāo)、當(dāng)前和歷史狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的把握，對業(yè)務(wù)活動進(jìn)行有效支撐，滿足郵政經(jīng)營分析管理及決策支持。
中國郵政大數(shù)據(jù)平臺以五大基礎(chǔ)服務(wù)集群域為基礎(chǔ)，分別是數(shù)據(jù)湖集群域、企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫集群域、省分服務(wù)集群域、機(jī)器學(xué)習(xí)實驗室集群域、開發(fā)/測試/培訓(xùn)集群域。
（1）數(shù)據(jù)湖集群域：基于TDH平臺搭建的數(shù)據(jù)湖，主要承擔(dān)多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)歸集，數(shù)據(jù)湖內(nèi)包括：原始數(shù)據(jù)池、清洗加工數(shù)據(jù)池、整合加工數(shù)據(jù)池等。
（2）企業(yè)數(shù)倉集群域：基于TDH搭架的數(shù)據(jù)倉庫集群，基于大數(shù)據(jù)創(chuàng)新搭架邏輯數(shù)據(jù)倉庫，用于遷移改造原有基于Teradata搭架的數(shù)據(jù)倉庫，數(shù)據(jù)集市和基于Oracle搭建的報刊集市的郵政量收管理系統(tǒng)。
（3）省分服務(wù)集群域：基于TOS搭建容器化多租戶數(shù)據(jù)分析平臺云。為省、市分公司開發(fā)人員和業(yè)務(wù)人員提供省分多租戶的平臺環(huán)境，集團(tuán)分發(fā)數(shù)據(jù)與自有數(shù)據(jù)存儲計算，自有應(yīng)用的開發(fā)與管理，獨立租戶使用運行。
（4）機(jī)器學(xué)習(xí)實驗室集群域：基于TOS搭建的容器化多租戶大數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)平臺，為集團(tuán)數(shù)據(jù)中心分析師提供多租戶的開發(fā)實驗環(huán)境平臺，進(jìn)行數(shù)據(jù)探查、業(yè)務(wù)建模、算法研究、應(yīng)用開發(fā)、成果推廣等。
（5）開發(fā)/測試/培訓(xùn)集群域：為應(yīng)用開發(fā)人員、系統(tǒng)測試人員、培訓(xùn)師、學(xué)員提供多租戶的大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)平臺，為開發(fā)商及內(nèi)部單位提供開發(fā)測試培訓(xùn)服務(wù)。
以此為基礎(chǔ)，達(dá)到了數(shù)據(jù)管理、服務(wù)管理、運維管控、安全管控四個維度的統(tǒng)一。在風(fēng)險管控、決策支持、服務(wù)支撐、流程優(yōu)化、品牌創(chuàng)新、交叉營銷六大應(yīng)用領(lǐng)域展開應(yīng)用。實現(xiàn)了租戶管理、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)探索、數(shù)據(jù)展現(xiàn)六大平臺功能。
數(shù)據(jù)湖和數(shù)據(jù)倉庫基于TDH構(gòu)建，將包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、實時流數(shù)據(jù)、合作單位數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等不同數(shù)據(jù)源，通過ESB接入、ETL工具、Kafka、Sqoop、文本上傳、人工接入等方式，統(tǒng)一匯聚進(jìn)入數(shù)據(jù)湖。加工后獲得的數(shù)據(jù)資產(chǎn)發(fā)布到數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄，通過數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄的構(gòu)建TDH與TOS用戶間數(shù)據(jù)交互體系。便于用戶快速檢索數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集成、融合、安全、共享。數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄包括：元數(shù)據(jù)、主數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)輪廓、數(shù)據(jù)生命周期等。此外，企業(yè)用戶通過大數(shù)據(jù)門戶按需申請租戶存儲計算資源、數(shù)據(jù)資源、審批流程通過后，集群資源管理員按需快速部署集群，自動化將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)湖加載入數(shù)據(jù)分析集群或省分集群對應(yīng)的租戶空間，供數(shù)據(jù)開發(fā)人員使用。數(shù)據(jù)開發(fā)人員會將數(shù)據(jù)應(yīng)用成果固化到數(shù)據(jù)湖內(nèi)，對外提供數(shù)據(jù)服務(wù)。
數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)集市的完整遷移
中國郵政大數(shù)據(jù)平臺是全球首個采用Hadoop（TDH）技術(shù)完全取代Teradata和Oracle的混合架構(gòu)搭建新一代邏輯數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)集市的系統(tǒng)。
原量收系統(tǒng)使用Teradata的數(shù)據(jù)倉庫和Oracle的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)使用空間目前已接近30TB，現(xiàn)有使用用戶約5萬人，提供近約900張報表的靈活查詢，單日報表查詢頻次最高能達(dá)到40萬次，月初高峰查詢需支持約2000計算查詢并發(fā)。
通過項目前期大量調(diào)研準(zhǔn)備工作，制定了切實可行的項目實施方案。量收管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)、ESB、BI工具、ETL工具、調(diào)度工具、門戶等都保持不變，僅將原量收系統(tǒng)的數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)集市，使用大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行完全替換，降低了整個遷移風(fēng)險。
整個遷移過程中，包括環(huán)境部署、模型遷移改造、接口遷移改造、數(shù)據(jù)遷移、ETL遷移改造、報表遷移改造、數(shù)據(jù)核對、性能優(yōu)化、業(yè)務(wù)應(yīng)用遷移、風(fēng)險控制，系統(tǒng)測試等。例如模型遷移改造，不改變原有業(yè)務(wù)邏輯，只需對接口層模型，基礎(chǔ)層模型、匯總層模型進(jìn)行輕度改造。對于模型改造來說，系統(tǒng)基礎(chǔ)層模型結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，關(guān)聯(lián)度相對較高，原系統(tǒng)使用Teradata數(shù)據(jù)庫。TDH全面兼容Teradata的數(shù)據(jù)類型與SQL方言，降低了遷移成本。同時遷移完成后，性能大幅提升，見圖2.▲圖2 遷移前后數(shù)據(jù)集市業(yè)務(wù)場景500并發(fā)測試性能對比
基于容器云的大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)平臺的全面應(yīng)用
基于TOS實現(xiàn)的多租戶新模式，將大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)平臺組件完全容器化實現(xiàn)，并在TOS提供能力服務(wù)。集團(tuán)統(tǒng)一部署企業(yè)內(nèi)部云平臺，對郵政各個租戶（集團(tuán)、省分、市局等）動態(tài)分配存儲、計算、網(wǎng)絡(luò)等資源，并實現(xiàn)完整的資源隔離，使得各個租戶數(shù)據(jù)分析人員和業(yè)務(wù)人員獲得相對獨立的資源環(huán)境，賦能業(yè)務(wù)創(chuàng)新，同時可動態(tài)調(diào)配資源，實現(xiàn)資源的共享優(yōu)勢。
集團(tuán)、省分、市局各級人員通過多租戶平臺，實現(xiàn)資源發(fā)布、申請，使用及應(yīng)用開發(fā)、成果推廣。通過項目立項申請審批后，省分項目組人員在租戶空間內(nèi)，接入訪問數(shù)據(jù)資源，使用平臺服務(wù)資源，大數(shù)據(jù)分析工具及機(jī)器學(xué)習(xí)挖掘工具展開數(shù)據(jù)分析挖掘工作，具體開展數(shù)據(jù)處理、模型開發(fā)、算法應(yīng)用、應(yīng)用發(fā)布等，在審批驗收之后，將成果推廣到數(shù)據(jù)湖上部署對全集團(tuán)提供數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)。
通過TOS+TDH搭架厚平臺、薄應(yīng)用的微服務(wù)架構(gòu)，實現(xiàn)租戶之間的異構(gòu)性、獨立測試與部署、資源按需伸縮、高性能計算能力、租戶間錯誤問題隔離、團(tuán)隊全功能化。實現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)化管理。面對集團(tuán)數(shù)據(jù)多樣、海量、跨板塊、跨專業(yè)的需求，集團(tuán)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面梳理，創(chuàng)新集成各版塊、專業(yè)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄便于快速檢索獲取資產(chǎn)，管控治理資產(chǎn)，讓數(shù)據(jù)即資產(chǎn)從理論階段上升到實現(xiàn)階段。
隨著企業(yè)數(shù)據(jù)處理與服務(wù)需求的不斷發(fā)展，由大數(shù)據(jù)的匯聚，分布式技術(shù)釋放計算能力開始，技術(shù)不斷延伸發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能與云計算的邊界越來越模糊，三者技術(shù)的發(fā)展不斷互相影響與融合，這是發(fā)展與需求產(chǎn)生的自然趨勢。在“后大數(shù)據(jù)時代”，基礎(chǔ)大數(shù)據(jù)與人工智能云平臺的形成與落地會越來越多，真正實現(xiàn)科技賦能業(yè)務(wù)，為企業(yè)提升效率與發(fā)展提供更強(qiáng)的心臟。同時，未來可以看到，企業(yè)可能會將其基于基礎(chǔ)能力平臺的應(yīng)用體系也上架到平臺的應(yīng)用市場中，充分利用云平臺的優(yōu)勢能力，資源共享，統(tǒng)一管理。
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