Luận văn Nghiên cứu nền tảng phân phối và một số giải pháp mạng cung cấp dịch vụ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRƯƠNG VIẾT LỢI NGHIÊN CỨU NỀN TẢNG PHÂN PHỐI VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP MẠNG CUNG CẤP DỊCH VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HÀ NỘI – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRƯƠNG VIẾT LỢI NGHIÊN CỨU NỀN TẢNG PHÂN PHỐI VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP MẠNG CUNG CẤP DỊCH VỤ NGÀNH: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60 52 02 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐINH VĂN DŨNG HÀ NỘI – 2014 1 LỜI CAM ĐOAN Trong quá trình làm luận văn thạc sỹ đề tài “Nghiên cứu nền tảng phân phối và một số giải pháp mạng cung cấp dịch vụ”, tôi đã đọc và tham khảo rất nhiều loại tài liệu khác nhau từ sách giáo trình, sách chuyên khảo cho đến các bài báo đã được đăng tải trong và ngoài nước. Tôi xin cam đoan những gì tôi viết dưới đây là hoàn toàn chính thống không bịa đặt, những kết quả mô phỏng, thực nghiệm đã đạt được trong luận văn không sao chép từ bất cứ tài liệu nào dưới mọi hình thức. Những kết quả đó là những gì tôi đã nghiên cứu, tích lũy trong suốt thời gian làm luận văn. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có dấu hiệu sao chép kết quả từ các tài liệu khác. Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2014 Học viên Trương Viết Lợi 2 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu và hoàn thiện luận văn em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình và chu đáo của các thầy cô giáo trong Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại Học Công Nghệ và các thầy cô, cán bộ trong Viện Công nghệ thông tin, Đại học Quốc gia Hà Nội. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Đinh Văn Dũng người đã trực tiếp hướng dẫn em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn, với tất cả lòng nhiệt tình, chu đáo, ân cần cùng với thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc và thẳng thắn của một nhà khoa học uy tín, mẫu mực. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các anh chị và các bạn đã có những góp ý kịp thời và bổ ích, giúp đỡ em trong suốt quá trình em nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này. Một lần nữa em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành đễn tất cả mọi sự giúp đỡ em trong thời gian vừa qua. Em xin kính chúc các thầy cô, các anh chị và các bạn mạnh khỏe và hạnh phúc. Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2014 Học viên Trương Viết Lợi 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................................... 1 LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................. 2 MỤC LỤC .................................................................................................................................. 3 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... 5 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................................................. 6 DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................................ 7 LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 8 Chương 1: MẠNG CUNG CẤP DỊCH VỤ VÀ CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU ........... 9 1.1 Tổng quan nền tảng phân phối dịch vụ SDP ........................................................................ 9 1.1.1 Giới thiệu nền tảng phân phối dịch vụ........................................................................... 9 1.1.2 Các thành phần của SDP ............................................................................................. 10 1.1.3 Kết cấu nền tảng phân phối dịch vụ ............................................................................ 11 1.2 Mạng hướng dịch vụ SON .................................................................................................. 12 1.2.1 Giới thiệu mạng hướng dịch vụ ................................................................................... 12 1.2.2 Lợi ích .......................................................................................................................... 13 1.2.3 Chức năng .................................................................................................................... 14 1.3 Các vấn đề cần nghiên cứu ................................................................................................. 16 1.3.1 Xây dựng các thiết bị SON .......................................................................................... 16 1.3.2 Kết nối các thiết bị SON .............................................................................................. 18 1.4 Kết luận chương ................................................................................................................. 18 Chương 2: SO SÁNH CÁC GIẢI PHÁP MẠNG CUNG CẤP DỊCH VỤ ............................. 20 2.1 Kiến trúc IMS cho mạng thông tin di động ........................................................................ 20 2.2 Kiến trúc SOA cho doanh nghiệp ....................................................................................... 21 2.3 Giải pháp WEB 2.0 cho người dùng Internet ..................................................................... 22 2.4 Giải pháp SON ................................................................................................................... 23 2.5 Kết luận chương ................................................................................................................. 24 Chương 3: ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CỦA CÁC HÃNG VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM ............................................................................................................................... 29 3.1 Giải pháp IMS của các hãng và ứng dụng ở Việt Nam ...................................................... 29 3.1.1 Alcatel - Lucent ........................................................................................................... 29 3.1.2 Huawei ......................................................................................................................... 30 3.1.3 Ericsson ....................................................................................................................... 31 3.2 Giải pháp SOA cho doanh nghiệp ...................................................................................... 32 4 3.2.1 Oracle........................................................................................................................... 32 3.2.2 Cisco ............................................................................................................................ 33 3.3 Giải pháp Web 2.0 .............................................................................................................. 34 3.3.1 Các công nghệ xây dựng ứng dụng web 2.0 ................................................................ 34 3.3.2 Web 2.0 tại Việt Nam .................................................................................................. 35 3.4 Kết luận chương ................................................................................................................. 35 Chương 4: MÔ PHỎNG NỀN TẢNG PHÂN PHỐI DỊCH VỤ .............................................. 36 4.1 Kiến trúc nền tảng phân phối dịch vụ ................................................................................. 36 4.1.1 Tổng quan .................................................................................................................... 36 4.1.2 Các phương pháp luận tích hợp trong nền tảng ........................................................... 36 4.2 Phân tích kếu cấu nền tảng phân phối dịch vụ ................................................................... 37 4.3 Topo mạng dùng trong mô phỏng ...................................................................................... 38 4.4 Các trường hợp mô phỏng .................................................................................................. 40 4.4.1 Độ ưu tiên dịch vụ ngang nhau ................................................................................ 40 4.4.2 Độ ưu tiên dịch vụ khác nhau .................................................................................. 46 4.5 Kết luận chương ................................................................................................................. 50 TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................................................. 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 53 Phụ lục 1: Tìm ma trận tất cả đường đi của mạng mô phỏng ................................................... 55 Phụ lục 2: Hàm lồi và CVX ...................................................................................................... 60 5 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt AJAX Asynchronous JavaScript and XML JavaScript và XML bất đồng bộ API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng IM Instant Messaging Tin nhắn tức thời IMS IP Multimedia Subsystem Hệ thống con đa phương tiện IP IPTV Internet Protocol Television Ti vi giao thức internet NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp OSS Operations support system Hệ thống hỗ trợ vận hành BSS Business support system Hệ thống hỗ trợ kinh doanh QoS Quality of Serice Chất lượng dịch vụ SDP Service Delivery Platform Nền tảng phân phối dịch vụ SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn SOA Service-Oriented Architecture Kiến trúc hướng dịch vụ SON Service-Oriented Network Mạng hướng dịch vụ XML Extensible Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng WS Web Service Dịch vụ Web 6 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Kiến trúc SDP tổng quát .................................................................................. 9 Hình 1.2: Kết cấu SDP biểu diễn các lớp và miền ........................................................ 12 Hình 1.3: Ví dụ chức năng giảm tải .............................................................................. 14 Hình 1.4: Ví dụ tổng hợp dịch vụ .................................................................................. 15 Hình 1.5: Ví dụ định tuyến thông minh ......................................................................... 16 Hình 1.6: So sánh tiếp cận phần mềm và thiết bị .......................................................... 17 Hình 3. 1: Mô hình giải pháp của Alcatel [4] ............................................................... 29 Hình 3. 2: Mô hình mạng IMS đầy đủ của Huawei [2] ................................................ 31 Hình 3. 3: Sơ đồ tổng quan giải pháp IMS của Ericsson [13, p. 106] .......................... 32 Hình 3. 4: Mô hình kiến trúc SOA Suite. [15] .............................................................. 33 Hình 3. 5: Kết cấu kiến trúc SONA của Cisco [9] ........................................................ 33 Hình 4. 1: Topo mạng hướng dịch vụ với nhiều nhà cung cấp ..................................... 36 Hình 4. 2: Topo mạng hướng dịch vụ sử dụng trong mô phỏng ................................... 39 Hình 4. 3: Thông lượng Dịch vụ theo Đường đi tại thời điểm t1 .................................. 43 Hình 4. 4: Thông lượng Dịch vụ theo Đường đi tại thời điểm t2 .................................. 44 Hình 4. 5: Thông lượng Dịch vụ theo Đường đi tại thời điểm t3 .................................. 45 Hình 4. 6: Thông lượng Dịch vụ theo Đường đi tại thời điểm t4 .................................. 46 Hình 4. 7: Thông lượng Dịch vụ theo Đường đi tại thời điểm t1 ................................. 47 Hình 4. 8: Thông lượng Dịch vụ theo Đường đi tại thời điểm t2 ................................. 48 Hình 4. 9: Thông lượng Dịch vụ theo Đường đi tại thời điểm t3 ................................. 49 Hình 4. 10: Thông lượng Dịch vụ theo Đường đi tại thời điểm t4 ............................... 50 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1: So sánh các hệ thống sẵn có ......................................................................... 24 Bảng 4. 1: Tốc độ yêu cầu tại các thời điểm khác nhau ................................................ 41 Bảng 4. 2: Thông lượng các nút thời điểm t1 (hai dịch vụ có độ ưu tiên như nhau) .... 43 Bảng 4. 3: Thông lượng các nút thời điểm t2 (hai dịch vụ có độ ưu tiên như nhau) .... 44 Bảng 4. 4: Thông lượng các nút thời điểm t3 (hai dịch vụ có độ ưu tiên như nhau) .... 45 Bảng 4. 5: Thông lượng các nút thời điểm t4 (hai dịch vụ có độ ưu tiên như nhau) .... 46 Bảng 4. 6: Thông lượng các nút thời điểm t1 (độ ưu tiên dịch vụ khác nhau).............. 47 Bảng 4. 7: Thông lượng các nút thời điểm t2 (độ ưu tiên dịch vụ khác nhau).............. 48 Bảng 4. 8: Thông lượng các nút thời điểm t3 (độ ưu tiên dịch vụ khác nhau).............. 48 Bảng 4. 9: Thông lượng các nút thời điểm t4 (độ ưu tiên dịch vụ khác nhau).............. 50 8 LỜI MỞ ĐẦU Trong khoảng 20 năm trở lại đây, nền kinh tế toàn cầu nói chung và kinh tế Việt Nam nói riêng đã và đang chứng kiến những bước chuyển mình mạnh mẽ bởi ảnh hưởng rộng khắp của mạng và công nghệ thông tin. Thương trường kết nối toàn cầu, nơi mà thông tin là phương tiện giao dịch tạo ra một sự chuyển dịch mạnh mẽ trong nền kinh tế. Năm 2013, CNTT đóng góp trực tiếp gần 8% vào GDP Việt Nam, đồng thời có tác động lan tỏa góp phần làm biến đổi sâu sắc không chỉ đời sống kinh tế mà hầu khắp mọi mặt của xã hội. Cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin thì sự bùng nổ về các dịch vụ tiện ích trên mạng viễn thông và internet là tất yếu, đặc biệt đối với thị trường đầy tiềm năng như Việt Nam. Vậy dịch vụ là gì? Dịch vụ là khúc dữ liệu phần mềm hoặc các phần được cấu trúc có thể liên kết với các cấu phần phần mềm khác một cách dễ dàng. Ý tưởng đằng sau các phần mềm này thật đơn giản: Công nghệ nên được diễn tả thành từng đoạn dữ liệu mà người kinh doanh có thể hiểu được hơn là một phần mềm ứng dụng ít người hiểu như ERP hoặc CRM. Từ đó ra đời khái niệm mạng hướng dịch vụ (SON). Đó là xu thế của mạng viễn thông, công nghệ thông tin hiện đại. Với ưu điểm linh hoạt khi mở rộng, kết nối và có thể tái sử dụng dịch vụ. Luận văn: “Nghiên cứu nền tảng phân phối và một số giải pháp mạng cung cấp dịch vụ” sẽ đi sâu tìm hiểu nền tảng phân phối dịch vụ trong môi trường mạng hướng dịch vụ, các lợi ích, chức năng, yêu cầu, thách thức trong quá trình xây dựng, triển khai và giới thiệu một số giải pháp mạng của một số hãng công nghệ nổi tiếng trên thế giới. Nội dung luận văn được chia thành bốn (04) chương như sau: Chương 1. Mạng cung cấp dịch vụ và các vấn đề cần nghiên cứu. Chương 2. So sánh các giải pháp mạng cung cấp dịch vụ. Chương 3. Đánh giá các giải pháp công nghệ của các hãng và ứng dụng ở Việt Nam. Chương 4. Mô phỏng nền tảng phân phối dịch vụ. 9 Chương 1: MẠNG CUNG CẤP DỊCH VỤ VÀ CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nền tảng phân phối dịch vụ SDP 1.1.1 Giới thiệu nền tảng phân phối dịch vụ Nền tảng phân phối dịch vụ SDP (Service Delivery Platform) là một khái niệm không có định nghĩa chuẩn. Tuy nhiên, thông thường SDP được hiểu như là một nền tảng dựa trên công nghệ thông tin (IT) mà công ty viễn thông sử dụng để cung cấp các dịch vụ đa dạng cho khách hàng [11]. Hay SDP là tập hợp các thành phần cung cấp kiến trúc phân phối dịch vụ (như tạo ra dịch vụ, điều khiển phiên và các giao thức) cho một loại dịch vụ nào đó. Cả mạng cố định và di động đều có thể sử dụng một nền tảng phân phối dịch vụ SDP để cung cấp dịch vụ. Các dịch vụ này bao gồm dịch vụ viễn thông truyền thống như điện thoại và các dịch vụ dữ liệu tiên tiến như các ứng dụng IT. Từ định nghĩa này, [11] đưa ra các yêu cầu tối thiểu cho SDP đó là:  Hướng dịch vụ bởi vì nó quản lý việc tạo ra, dự liệu, thực thi và tính cước các dịch vụ.  Hỗ trợ phân phối dịch vụ trong mạng và phương thức độc lập thiết bị, bởi trừu tượng hóa cơ sở hạ tầng mạng bên dưới.  Cung cấp một điểm chuẩn hóa cho các nhà phát triển tìm ra và sử dụng các khả năng về dịch vụ và nội dung đa dạng.  Cung cấp cho các nhà phát triển bên ngoài và doanh nghiệp sử dụng IT truy nhập mở và bảo mật tới khả năng của các công ty viễn thông. Hiện tại, SDP không có kiến trúc chuẩn hóa. Tuy nhiên, một kiến trúc SDP tổng quát được đưa ra như trong Hình 1.1. Hình 1.1: Kiến trúc SDP tổng quát 10 Kiến trúc ở trên chỉ ra các công nghệ đã chuẩn hóa với các giao diện tương ứng. Ví dụ, các chuẩn đã có phù hợp với các giao diện theo chiều dọc nhưng vẫn đang thiếu các chuẩn cho các giao diện theo chiều ngang. Kiến trúc SDP nhận ra các nền tảng dịch vụ đã phân phối. Những nền tảng này trừu tượng hóa và đơn giản hóa các tài nguyên và chức năng mạng viễn thông như khả năng dịch vụ. Các nền tảng và khả năng của chúng là:  Nền tảng trừu tượng mạng chứa các bộ khả năng dịch vụ mạng cung cấp một điểm truy nhập chung tới các tài nguyên và khả năng mạng không đồng nhất.  Nền tảng phân phối nội dung chứa các bộ khả năng dịch vụ nội dung cung cấp và phân phối nội dung tới khách hàng. Chúng ta xem nội dung như một tài nguyên mạng, được cung cấp bởi công ty viễn thông hay nhà cung cấp bên ngoài.  Nền tảng quản lý gồm các bộ khả năng dịch vụ quản lý trừu tượng hóa chức năng OSS/BSS của công ty viễn thông.  Nền tảng thực thi dịch vụ gồm các ứng dụng mạng viễn thông cung cấp dịch vụ tới khách hàng. Các dịch vụ này bao gồm thoại, dữ liệu hay các dịch vụ dựa trên đa phương tiện. Các dịch vụ viễn thông sử dụng các dich vụ mạng, nội dung và quản lý. Chúng ta xem các ứng dụng viễn thông này như tập hợp các khả năng dịch vụ vì chúng thể hiện giao diện với các nền tảng khác.  Nền tảng hướng dịch vụ chứa các khả năng dịch vụ cung cấp các thực thể bên ngoài truy nhập đơn giản tới tất cả các khả năng dịch vụ của các nền tảng. Hình 1.1 chỉ ra các giao diện khả năng dịch vụ đưa ra bởi các nền tảng tương ứng. Các giao diện này được ánh xạ theo chuẩn giao diện lập trình ứng dụng API. API thực hiện các giao diện bởi nền tảng hướng dịch vụ. Tuy nhiên, Parlay API cũng thực hiện các giao diện bởi nền tảng trừu tượng mạng, nền tảng thực thi dịch vụ và nền tảng phân phối nội dung. Trong Hình 1.1, API dựa trên giao diện không chuẩn hóa được minh họa bởi X. Điều này cho thấy vẫn còn thiếu API dựa trên chuẩn sử dụng để tích hợp các khả năng, như các chức năng OSS/BSS vào SDP. 1.1.2 Các thành phần của SDP  Môi trường thực thi dịch vụ  Môi trường kiến tạo dịch vụ  Môi trường triển khai dịch vụ  Môi trường quản lý dịch vụ Môi trường thực thi dịch vụ Môi trường thực thi dịch vụ hỗ trợ để thực thi nền tảng phân phối dịch vụ và các dịch vụ giá trị gia tăng. Nó bao gồm các dịch vụ sau:  Dịch vụ điều khiển  Soạn thảo dịch vụ  Các dịch vụ tích hợp 11 Môi trường kiến tạo dịch vụ Môi trường kiến tạo dịch vụ cung cấp một môi trường phát triển cho các nhà phát triển phần mềm để tạo ra các dịch vụ mới và mở rộng các dịch vụ đã có. Nó làm đơn giản hóa việc tạo ra và giảm thời gian tới thị trường của dịch vụ mới. Môi trường kiến tạo dịch vụ bao gồm:  Thư mục dịch vụ  Môi trường phát triển tích hợp (IDE)  Kit phát triển phần mềm (SDK) Môi trường triển khai dịch vụ Để phát triển nhanh chóng các dịch vụ mới dưới nền tảng phân phối dịch vụ là rất quan trọng, và cũng quan trọng để các nhà mạng quản lý việc triển khai các dịch vụ mới trong mạng lõi hoặc mạng triển khai nội dung. Môi trường triển khai cung cấp các chức năng sau:  Các công cụ triển khai  Hỗ trợ mạng triển khai nội dung