Nghiên cứu kỹ thuật mạng cho IP xanh

Vì vậy, đề tài “Mạng IP xanh” được thực hiện nhằm nghiên cứu về các phương pháp tiết kiệm năng lượng trong mạng IP core với mục đích tiết kiệm năng lượng, cải thiện hiệu năng, qua đó đạ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Style Definition: TOC 1: Font: 10 pt, Check

spelling and grammar, All caps, Right: 0 cm, Space Before: 6 pt, After: 6 pt, Line spacing: single, Tab stops: Not at 15 cm

Formatted: Font: Times New Roman, Font

color: Auto

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, nội dung luận văn là kết quả của sự tìm tòi, nghiên cứu, sưu tầm từ nhiều nguồn tài liệu và liên hệ với thực tiễn Các số liệu trong luận văn là trung thực không sao chép từ bất cứ luận văn hoặc đề tài nghiên cứu nào trước đó

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung đã trình bày

Tác giả

NGUYỄN NGỌC LOAN

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay công nghệ thông tin đang ngày càng phát triển mạnh mẽ Nhu cầu

sử dụng các dịch vụ, tiện ích trong mạng ngày càng tăng Để truyền tải thông tin, các thiết bị mạng sẽ cần phải tiêu thụ một lượng lớn năng lượng Do đó, việc giảm thiểu tiêu thụ những năng lượng không cần thiết đã trở thành một mối quan tâm lớn trong mạng

Đã có rất nhiều giải pháp tiết kiệm năng lượng được đưa ra để cải thiện hiệu năng hoạt động của mạng, giảm được những chi phí về năng lượng không cần thiết, thường được gọi là “greening” của các kỹ thuật và giao thức mạng

Vì vậy, đề tài “Mạng IP xanh” được thực hiện nhằm nghiên cứu về các

phương pháp tiết kiệm năng lượng trong mạng IP core với mục đích tiết kiệm năng lượng, cải thiện hiệu năng, qua đó đạt được những lợi ích tiềm năng về kinh tế và tác động đáng mong đợi đến môi trường

Trong quá trình thực hiện đề tài, do hạn chế về nền tảng kiến thức, kinh nghiệm nghiên cứu, cùng với hạn chế về mặt thời gian nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong thầy cô tham gia đóng góp, phê bình để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn cô giáo TS.Trương Thu Hương đã hướng dẫn em

thực hiện luận văn này Cô đã giúp đỡ, tận tình chỉ bảo em trong nghiên cứu và học tập Đồng thời cũng xin cảm ơn chân thành tới các bạn trong nhóm của cô hướng dẫn đã giúp đỡ chia sẽ rất nhiều kiến thức để thực hiện luận văn này Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bố mẹ, anh em, đã là nền tảng,

là người luôn theo sát, chăm sóc động viên cho con trong suốt cuộc đời này Dù bất cứ khi nào, thành quả của con đạt được không thể thiếu công ơn sinh thành và dạy dỗ của gia đình

Hà Nội, tháng 9 năm

2013 Học viên Nguyễn Ngọc Loan

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 19

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG XANH 1

1.1.Tổng quát về mạng xanh 1

1.2.Động cơ thúc đẩy và mục tiêu để nghiên cứu mạng xanh 2

1.2.1.Lý do để nghiên cứu mạng xanh? 2

1.2.2.Tiết kiệm năng lượng ở đâu? 4

1.2.3.Phân loại các phương pháp mạng xanh 5

1.3.Chiến lược mạng xanh 5

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG NGN 9

2.1.Tổng quan về kiến trúc mạng NGN 9

2.1.1.Lớp dịch vụ 10

2.1.2.Lớp vận chuyển 10

2.2.Một số mô hình kiến trúc mạng NGN 10

2.2.1.Kiến trúc mạng NGN của Siemens 10

2.2.2.Kiến trúc mạng NGN của Alcatel 12

2.3.Triển khai mạng NGN ở Việt Nam 13

2.3.1.Lớp truy nhập 14

2.3.2.Lớp chuyển tải 15

2.3.3.Lớp điều khiển 15

2.3.4.Lớp dịch vụ/ứng dụng: 16

CHƯƠNG 3: LƯU LƯỢNG VÀ MÔ HÌNH LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG IP CORE 1918

3.1.Giới thiệu chung về lưu lượng mạng 1918

3.2.Mô hình lưu lượng 2322

3.2.1.Giới thiệu Self – Similarity 2423

3.2.2.Hàm phân bố Heavy-tailed 2524

3.2.3.Kết luận 2827

CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG IP CORE 3029

4.1.Phương pháp tiết kiệm năng lượng sử dụng giao thức định tuyến

GDRP-PS 3029

4.1.1.Giới thiệu chung 3029

4.1.2.Giao thức GDRP-PS 3231

4.1.3.Kết luận 4039

4.2.Phương pháp tiết kiệm năng lượng dựa vào kiểm tra độ tin cậy của gói tin 4140

4.2.1.Giới thiệu chung 4140

4.2.2.Mô hình năng lượng 4241

4.2.3.Tính toán vấn đề 4443

4.2.4.Kết quả thí nghiệm 4544

4.2.5.Kết luận 4746

4.3.Phương pháp Green TE: kỹ thuật lưu lượng tiết kiệm năng lượng 4746

4.3.1.Giới thiệu chung 4847

4.3.2.Ý tưởng cơ bản và các giả định 5049

4.3.3.Mô hình GreenTE 5251

4.3.4.Các vấn đề về triển khai 5756

4.3.5.Đánh giá 5958

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 7069

5.1 Giới thiệu chung về phần mềm OMNET++ 7069

5.1.1 Các thành phần chính của OMNeT++ 7069

5.1.2.Thư viện hỗ trợ INET 7170

5.2 Kịch bản mô phỏng 7170

5.3 Kết quả mô phỏng 7271

5.3.1 Mô phỏng bộ phát lưu lượng 7271

5.3.2 Mô phỏng mạng sử dụng giao thức định tuyến OSPF 7372

5.3 Kết luận 7372

KẾT LUẬN 7573

TÀI LIỆU THAM KHẢO 7674

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng I: Nhu cầu lưu lượng trong giờ cao điểm và không cao điểm 3938

Bảng II: Các thông số tiêu thụ năng lượng bằng Watts, với các thành phần mạng khác nhau 4342

Bảng III: Cấu hình của router Cisco 12000 5150

Bảng IV: Lượng tiêu thụ năng lượng của Router Cisco 12000 5251

Bảng V: Danh sách ký hiệu được sử dụng 5453

Bảng VI: Các mô hình mạng được sử dụng để đánh giá 5958

Bảng VII: Tiêu thụ năng lượng trên các line-card 6160

Bảng VIII: Xu hướng tiết kiệm năng lượng của mạng AT&T với chế độ basic +e2e với 21%MLU của OSPF 6968

Field Code Changed Field Code Changed

Field Code Changed Field Code Changed Field Code Changed Field Code Changed Field Code Changed Field Code Changed

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.0.1: Mức độ tiêu thụ năng lượng của các loại thiết bị mạng khác nhau

vào năm 2002 4

Hình 1.0.2: Tiêu thụ năng lượng là hàm của mức độ sử dụng 7

Hình 1.0.3: Lưu vết tối ưu hóa tại các điểm hoạt động cụ thể 8

Hình 2.0.1: Tổng quan kiến trúc mạng NGN 9

Hình 2.0.2: Giải pháp NGN của Siemens 11

Hình 2.0.3: Mô hình mạng thế hệ sau của Alcatel 12

Hình 2.0.4: Các lớp trong giải pháp SURPASS của SIEMENS 13

Hình 2.0.5: Vị trí các Media Gateway trong mô hình SURPASS của SIEMENS 14

Hình 2.0.6: Mô hình ứng dụng MSAN trong giải pháp của SIEMENS 15

Hình 2.0.7: Softswitch trong mô hình SURPASS của SIEMENS 16

Hình 3.0.1: Thông lượng của mạng trong mối quan hệ với lưu lượng đầu vào 2019

Hình 3.0.2: Phân bố Pareto thường được sử dụng cho VoIP, FTP, HTTP 2625

Hình 3.0.3: Phân bố Weilbul được sử dụng cho lưu lượng FTP 2726

Hình 3.0.4: Phân bố Log-Normal được sử dụng phổ biến trong Call – Center, LAN… 2726

Hình 3.0.5: Phân bố theo kích cỡ của TCP suốt 1h ở một PoP và các phân bố khác nhau thích hợp với dữ liệu 2827

Hình 3.0.6: Phân bố theo Inter – Arrival time của lưu lượng UDP suốt 1h của 1 PoP và phân bố Pareto – Exponential thích hợp với dữ liệu 2827

Hình 4.0.1: Mạng tốc độ cao với các router lõi và router biên 3231

Hình 4.0.2: Hai trạng thái của router tiết kiệm năng lượng 3332

Hình 4.0.3: Topo mạng 8 node 3837

Hình 4.0.4: Router C3 sleep tại giờ không cao điểm 3938

Hình 4.0.5: Router C3 và C4 sleep trong giờ không cao điểm 4039

Hình 4.0.6: Các mô hình khác nhau về tiêu thụ năng lượng trong các thiết bị mạng, được biểu diễn bằng hàm tham số của độ sử dụng của thiết bị 4342

Hình 4.0.7: Mô hình mạng mô phỏng

Hình 4.0.8: Độ sử dụng trung bình và độ sử dụng cao nhất trong mạng Abilene 5049

Hình 4.0.9: Mục tiêu của kỹ thuật lưu lượng khác nhau 5150

Hình 4.0.10: Xu hướng tiết kiệm năng lượng của mạng Abilene vào 05.09.2004 6160

Hình 4.0.11: Xu hướng tiết kiệm năng lượng của mạng G'EANT vào 05.05.2005 6261

Hình 4.0.12: Xu hướng tiết kiệm năng lượng của mạng Sprint và AT&T 6362

Hình 4.0.13: Hàm CDF của MLU trong mạng Abilene vào 05.05.2004 6463

Hình 4.0.14: Hàm CDF của MLU trong mạng G'EANT vào 05.05.2005(k=100) 6463

Hình 4.0.15: Hàm CDF của MLU trong mạng G'EANT vào 05.05.2005(k=100) trước và sau khi cân bằng tải 6564

Hình 4.0.16: Hàm CDF của trễ gói tin trong mạng G'EANT (k=100) 6665

Hình 4.0.17: Hàm CDF của trễ gói tin trong mạng Sprint (k=100) 6665

Hình 4.0.18: Chiều dài hàng đợi cho mạng Abilene với điều kiện lưu lượng khác nhau 6766

Hình 4.0.19: Số lượng đường MPLS của mạng Abilene với basic+nd+lb 6766

Hình 4.0.20: Số lượng đường MPLS của mạng G'EANT với basic+nd+lb 6867

Hình 4.0.21: Xu hướng tiết kiệm năng lượng của mạng G'EANT với các giá trị k khác nhau 6867

Hình 5.0.1: Giao diện IDE của OMNET++ đã được import INET 7170

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên:.……….………Số hiệu sinh viên:……… Khoá:………Khoa: Điện tử-Viễn thông Ngành:………

1 Đầu đề đồ án:

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

4 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):

5 Họ tên giảng viên hướng dẫn:

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

7 Ngày hoàn thành đồ án:

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2013

Cán bộ phản biện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:

Ngành: Khoá:

Giảng viên hướng dẫn:

Cán bộ phản biện:

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Cán bộ phản biện

( Ký,ghi rõ họ và tên)

Formatted: Font: 14 pt, Bold Formatted: Centered, Right: 0.08 cm Formatted: Indent: Left: 0 cm, Right: 0.08

cm, Line spacing: 1.5 lines

Formatted: Font: 10 pt, Bold Formatted: Centered, Right: 0.08 cm, Line

spacing: 1.5 lines

Formatted: Font: 14 pt, Bold Formatted: Indent: Left: 0 cm, Right: 0.08

cm, Line spacing: 1.5 lines

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay công nghệ thông tin đang ngày càng phát triển mạnh mẽ Nhu cầu sử

dụng các dịch vụ, tiện ích trong mạng ngày càng tăng Để truyền tải thông tin, các

thiết bị mạng sẽ cần phải tiêu thụ một lượng lớn năng lượng Do đó, việc giảm

thiểu tiêu thụ những năng lượng không cần thiết đã trở thành một mối quan tâm lớn

trong mạng

Đã có rất nhiều giải pháp tiết kiệm năng lượng được đưa ra để cải thiện hiệu

năng hoạt động của mạng, giảm được những chi phí về năng lượng không cần thiết,

thường được gọi là “greening” của các kỹ thuật và giao thức mạng

Vì vậy, đề tài “Mạng IP xanh” được thực hiện nhằm nghiên cứu về các

phương pháp tiết kiệm năng lượng trong mạng IP core với mục đích tiết kiệm

năng lượng, cải thiện hiệu năng, qua đó đạt được những lợi ích tiềm năng về kinh

tế và tác động đáng mong đợi đến môi trường

Trong quá trình thực hiện đề tài, do hạn chế về nền tảng kiến thức, kinh

nghiệm nghiên cứu, cùng với hạn chế về mặt thời gian nên đồ án không thể tránh

khỏi những thiếu sót Em rất mong thầy cô tham gia đóng góp, phê bình để đồ án

của em được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn cô giáo TS.Trương Thu Hương đã hướng dẫn em

thực hiện luận văn này Cô đã giúp đỡ, tận tình chỉ bảo em trong nghiên cứu và

học tập Đồng thời cũng xin cảm ơn chân thành tới các bạn trong nhóm của cô

hướng dẫn đã giúp đỡ chia sẽ rất nhiều kiến thức để thực hiện luận văn này

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bố mẹ, anh em, đã là nền tảng, là

người luôn theo sát, chăm sóc động viên cho con trong suốt cuộc đời này Dù bất cứ

khi nào, thành quả của con đạt được không thể thiếu công ơn sinh thành và dạy dỗ

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Việc giảm thiểu tiêu thụ những năng lượng không cần thiết đã trở thành một

mối quan tâm lớn trong mạng bởi những lợi ích tiềm năng về kinh tế và những tác

động đáng mong đơi đến môi trường Vấn đề này, được gọi chung là mạng xanh,

liên quan đến nhận thức về năng lượng trong các thiết kế, các thiết bị và các giao

thức mạng

Trong đề tài này, ta thực hiện nghiên cứu một cách rõ ràng hơn về thuộc tính

“xanh” Sau đó, tổng quan hóa về tình hình hiện tại và các công việc liên quan, với

trọng tâm là trên mạng core Chương đầu tiên sẽ trình bày tổng quan về mạng IP

xanh tiết kiệm năng lượng cũng như lý do vì sao cần phải tiết kiệm năng lượng

Chương 2 trình bày tổng quan về kiến trúc mạng NGN Chương 3 mô tả lưu lượng

cũng như các nghiên cứu về mô hình lưu lượng Chương 4 giới thiệu về các phương

pháp tiết kiệm năng lượng đã được nghiên cứu hiện nay Nghiên cứu mô phỏng giải

pháp sẽ được giới thiệu trong chương 5 Chương 6 là kết luận các nghiên cứu đã

được thực hiện trong luận văn

Formatted: Indent: Left: 0 cm Formatted: Font: 14 pt Formatted: Normal, Left, Line spacing: single

ABSTRACT

Reduction of unnecessary energy consumption is becoming a major concern

in network, because of the potential economical benefits and of its expected

environmental impact These issues, usually referred to as “green networking”,

relate to embedding energy-awareness in the design, in the devices and in the

protocols of networks

In this work, we first formulate a more precise definition of the “green”

attribute We then overview the current state of the art and provide at axonomy of

the relevant work, with a special focus on core networking

The first section presents an overview of green IP network as well as why to

save energy Section 2 presents the NGN architecture Section 3 describes the traffic

and the research on traffic models Section 4 introduces the energy-saving methods

have been studied at present Simulation will be introduced in section 5 Section 6 is

the conclusion of research has been done in the thesis

Formatted: Centered

Formatted: Centered

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

TÓM TẮT LUẬN V N 5

MỤC LỤC 7

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP XANH 10

1.1 Giới thiệu chung về IP xanh 10 1.2 Động cơ thúc đẩy và mục tiêu để nghiên cứu tiết kiệm năng lượng 10 1.2.1 Tại sao phải tiết kiệm năng lượng? 10 1.2.2 Tiết kiệm năng lượng ở đâu? 11 1.2.3 Phân loại các phương pháp tiết kiệm năng lượng 13 1.2.4 Định nghĩa về mạng xanh 13 1.3 Chiến lược mạng xanh 14 1.3.1 Hợp nhất tài nguyên 15 1.3.2 Chọn lọc kết nối 15 1.3.3 Ảo hóa 16 1.3.4 Tính toán tỷ lệ 16 CHƯƠNG 2: KI N TR C MẠNG TH HỆ MỚI 19

2.1 Tổng quan về kiến trúc mạng NGN 19 2.2 Một số mô hình kiến trúc mạng NGN 20 2.3 Triển khai mạng NGN ở Việt Nam 26 CHƯƠNG 3: LƯU LƯỢNG VÀ MÔ HÌNH LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG IP CORE 32

3.1 Lưu lượng và điều khiển lưu lượng 32

3.1.1 Giới thiệu chung về lưu lượng 32

3.1.2 Khái niệm về điều khiển luồng(flow control) 33 3.1.3 Khái niệm về chống tắc nghẽn(congestion control) 34 3.2 Mô hình lưu lượng 35

3.2.1 Giới thiệu chung về mô hình lưu lượng 36

Formatted: Font: Bold Formatted: Normal, Left, Line spacing:

Multiple 1.4 li, Tab stops: 15.5 cm, Centered,Leader: … + Not at 8.04 cm

Formatted: Font: 13 pt, Font color: Custom

Color(RGB(54,95,145)), (Asian) Japanese

Formatted: Normal, Left, Line spacing:

Multiple 1.4 li, Tab stops: 15.5 cm, Centered,Leader: …

3.2.2 Sự cần thiết của mô hình lưu lượng 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Đặt vấn đề:

Đề tài nghiên cứu về việc tiêu thụ năng lượng tại các thiết bị trong mạng

internet qua đó tìm ra giải pháp để tiết kiệm năng lượng một cách tối ưu nhất Ta

thảo luận về các tác động của các giao thức mạng khi tiết kiệm năng lượng bằng

cách đặt sleep một số thành phần như các giao tiếp trong mạng, bộ định tuyến và

các bộ chuyển mạch Có thể chỉ ra rằng nó thực sự hợp lý và do đó thảo luận về

những thay đổi cần thực hiện để hỗ trợ việc tắt các thành phần hiệu quả hơn Ảnh

hưởng của việc tiết kiệm năng lượng là rất lớn, đặc biệt trong khi thế giới đang

không ngừng phát triển thì năng lượng là một nguồn tài nguyên quý giá đang ngày

càng khan hiếm, gây khó khăn khi mạng Internet ngày càng phát triển Dưới đây

ta sẽ đi sâu vào phân tích và nghiên cứu đề tài này

Formatted: Line spacing: Multiple 1.4 li, Tab

stops: 15.5 cm, Centered,Leader: …

Formatted: Font: 14 pt Formatted: Normal, None, Line spacing:

Multiple 1.4 li, Tab stops: 15.5 cm, Centered,Leader: …

Formatted: Font: Bold Formatted: Centered Formatted

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG XANH

Chương này sẽ trình bày các khái niệm chung về mạng xanh, mục tiêu, động

cơ thúc đẩy cũng như những chiến lược được thực hiện để có thể đạt được mạng

xanh

1.1 Tổng quát về mạng xanh

Giảm thiểu tiêu thụ năng lượng đã trở thành một vấn đề chính đối với nền

Nếu việc này có ảnh hưởng lớn đối với lĩnh vực thiết kế điện tử thì ngành công

nghệ thông tin và truyền thông trong đó cụ thể hơn là mạng kết nối Internet cũng

có liên quan Trong những năm gần đây, nhiều nỗ lực đưa ra quả thực đã giảm

được những chi phí về năng lượng không cần thiết, thường được gọi là “greening”

của các kỹ thuật và giao thức mạng

Bên cạnh các nghiên cứu liên quan đến năng lượng trong mạng không dây

thì đề tài tập trung vào mạng có dây Thông thường, tiết kiệm năng lượng thường

đi đôi với giảm hiệu năng của mạng Xem xét sự dung hòa giữa hiệu năng mạng

và tiết kiệm năng lượng, xác định được giới hạn tiêu thụ năng lượng mạng là một

thách thức thực sự Tuy nhiên, mặc dù lĩnh vực mạng xanh vẫn còn khá mới mẻ,

cũng đã có một số nghiên cứu được thực hiện, mô tả trong phần 4 của đề tài

Từ cái nhìn tổng thể sâu sắc, mục tiêu của mạng xanh là nhằm mục đích

giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong mạng.Vì vậy, thực hiện sử dụng năng lượng

tái tạo trong lĩnh vực công nghệ thông tin là càng nhiều càng tốt Tuy nhiên, có

cách khác là thiết kế các thành phần điện năng thấp, có thể cung cấp cùng một

mức hiệu năng

Bên cạnh đó, việc thiết kế lại kiến trúc mạng, ví dụ thay đổi vị trí của các

thiết bị mạng về những nơi thích hợp, có thể giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể

với 2 lý do Lý do thứ nhất liên quan đến mất mát khi năng lượng được truyền tải:

nếu các điểm tiêu thụ gần các điểm sản xuất hơn, mất mát sẽ ít hơn Lý do thứ 2

liên quan đến việc làm mát các thiết bị điện tử: điều hòa không khí sẽ tiêu thụ một

năng lượng lớn trong trung tâm dữ liệu và do đó, khí hậu lạnh sẽ làm giảm đi sự

Formatted: Font: 14 pt, Bold Formatted: Font: 14 pt, Bold

Formatted: Font: 13 pt, Expanded by 0.1 pt

phụ thuộc này Canada đã tiến hành nghiên cứu và cải tiến mạng CANARIE theo

hướng này, đặc biệt là sử dụng ảo hóa để phân bổ lại địa bàn dịch vụ dễ dàng hơn

với các nguồn năng lượng có sẵn

Hơn nữa, các công ty công nghệ thông tin lớn như Google đã di chuyển hệ

thống máy chủ của họ về gần sông Columbia để tận dụng lợi thế về năng lượng

được cung cấp bởi nhà máy thủy điện gần đó Nước được sử dụng trong các hệ

thống làm mát, mặc dù nó có thể dẫn đến các vấn đề về môi trường ví dụ như ảnh

hưởng đến sự sống của rong biển nếu nhiệt độ nước tăng quá nhiều Microsoft

cũng đã nghiên cứu một hệ thống làm mát dự phòng trong dự án Intent và

Marlow, bao gồm việc di dời các máy chủ ở không gian mở, vì vậy phân tán nhiệt

dễ dàng hơn

Phân bố lại khu vực địa lý cũng là một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để tiết

kiệm kinh tế Thị trường năng lượng toàn cầu cung cấp một mức giá thay đổi theo

thời gian Mức giá này thậm chí có thể gây ra các tiêu cực khi thặng dư sản xuất

xuất hiện nhưng khách hàng không có nhu cầu Năng lượng không được lưu trữ

hiệu quả, và mặc dù việc phỏng đoán mức tiêu thụ dựa vào dữ liệu lưu trữ khá

chính xác, việc sản xuất thừa là luôn luôn có thể xảy ra Sự thay đổi này có thể

dùng để tính toán với nơi có chi phí năng lượng thấp hơn Các công ty như

Amazon nhận thấy rằng việc định vị lại khu vực địa lý của các dịch vụ sẽ giảm

được chi phí hoạt động liên quan đến các nguồn năng lượng

Xa hơn nữa, các thiết bị vật lý có thể được định vị lại nhằm giảm tiêu thụ

năng lượng toàn cầu Ta có thể tưởng tượng rằng các dịch vụ cũng có thể được đặt

lại các địa điểm tối ưu, và có thể di chuyển khi điều kiện thay đổi theo thời gian

Một thách thức lớn về công nghệ là thực hiện chuyển đổi dịch vụ mà không có bất

kỳ sự gián đoạn nào, bảo lưu lỗi chấp nhận được và bảo mật dữ liệu

Cuối cùng, từ quan điểm kỹ thuật, mạng xanh được xem như là cách để giảm

năng lượng cần thiết trong khi vẫn duy trì được mức hiệu năng tương đương

1.2 Động cơ thúc đẩy và mục tiêu để nghiên cứu mạng xanh

1.2.1 Lý do để nghiên cứu mạng xanh?

Các vấn đề về môi trường gắn liền với khí nhà kính ngày càng gia tăng trong

những năm gần đây Trên thế giới hiện nay có rất nhiều nghiên cứu khác nhau về

ảnh hưởng tàn phá của việc phát thải khí nhà kính và những hậu quả gây ra việc

thay đổi khí hậu Theo báo cáo của Liên minh Châu Âu, việc giảm phát thải khí

nhà kính từ 15-30% là cần thiết trước năm 2020 để giữ cho nhiệt độ toàn cầu tăng

dưới 2o

C

Ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính không chỉ tác động đến môi trường mà

còn ảnh hưởng đến nền kinh tế, gây ra các thiệt hại về tài chính Đặc biệt, dự kiến

giảm 1/3 lượng khí thải có thể tạo ra những lợi ích kinh tế cao hơn so với việc đầu

tư cần thiết để đạt được mục tiêu này Hiện tại, các nhà nghiên cứu cũng đang tìm

kiếm một cơ hội xung quanh ngành công nghiệp xanh, kể cả trong việc phát triển

bền vững lâu dài

Mục tiêu giảm khí nhà kính có liên quan đến nhiều ngành công nghiệp, bao

gồm cả mảng công nghệ thông tin và truyền thông, đặc biệc là ảnh hưởng của

công nghệ trong cuộc sống hàng ngày Thật vậy, khối lượng khí thải CO2 phát ra

trong ngành công nghệ thông tin ước tính chiếm khoảng 2% tổng lượng phát thải

do con người tạo ra Với các nước phát triển như Anh, có thể lên đến 10%

Để đánh giá chính xác con số này thì rất khó, không hoàn toàn chính xác và

không được cập nhật kịp thời Tuy nhiên, những nghiên cứu này đều đồng ý trên

thực tế là ngành công nghệ thông tin là một nguồn tiêu thụ năng lượng và phát thải

khí nhà kính quan trọng Do đó, có thể nghiên cứu tạo ra các thiết bị và giao thức

mạng nhằm nhận thức ra các năng lượng mà chúng tiêu thụ, giúp tạo ra các quyết

định hiệu quả

Như vậy tóm lại, nền công nghiệp hiện tại tiêu thụ quá nhiều năng

lượng.Việc này có ảnh hưởng đến nhiều mặt trong cuộc sống của con người Một

số lý do được tổng kết lại nhằm lý giải tại sao phải tiết kiệm năng lượng như sau:

 Ảnh hưởng tới môi trường sống như : hiện tượng nóng lên của trái đất,

ôi nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính

 Ảnh hưởng về mặt kinh tế: tiêu hao tiền của, nguồn lực…

 Tiết kiệm năng lượng cần thiết trong hầu hết các ngành công nghiệp

trong đó có công nghệ thông tin và truyền thông

Vậy có thể tiết kiệm năng lượng ở đâu? Như thế nào? Câu hỏi này sẽ được lý

giải trong phần tiếp theo

1.2.2 Tiết kiệm năng lượng ở đâu?

Trước khi cố gắng để giảm thiểu việc tiêu thụ năng lượng, hoặc hiểu như thế

nào là thực hiện được việc giảm tiêu thụ năng lượng, thì rất cần thiết để tìm hiểu

xem chúng ta có thể thực hiện tiết kiệm năng lượng ở những đâu Ví dụ như mạng

Internet, có thể được chia phân đoạn thành mạng lõi và vài một vài dạng mạng

truy cập khác Trong những phân đoạn khác nhau, các thiết bị liên quan có hiệu

năng cũng như mức độ tiêu thụ năng lượng là khác nhau.Trong năm 2002, đã có

những nghiên cứu phân tích việc tiêu thụ năng lượng của các loại thiết bị khác

1.0.1Hình 1.0.1, chỉ ra các mạng cục bộ, thông qua các hub và switch, đáp ứng cho

khoảng 80% tiêu thụ internet tổng cộng trong thời gian đó

Hình 1.0.1: Mức độ tiêu thụ năng lượng của các loại thiết bị mạng khác nhau vào

năm 2002

Năm 2005, một nghiên cứu khác tính toán rằng các thẻ giao tiếp mạng NIC

và một số thành phần mạng khác trong đó các thẻ NIC sử dụng gần một nửa tổng

điện năng tiêu thụ Gần đây, các nghiên cứu bắt đầu cho thấy sự gia tăng tiêu thụ

trong mạng lõi, ví dụ như trong năm 2009, Deutsche Telekom dự báo rằng năm

2017, mạng lõi sẽ tiêu thụ năng lượng bằng với mạng truy cập(nghiên cứu cũng đề

nghị tăng 300% công suất tiêu thụ của mạng lõi trong thập kỷ tới)

Không có gì đáng ngạc nhiên khi gần đây ngành công nghệ thông tin phát

triển một các nhanh chóng, làm cho các con số kể trên và việc ước lượng không

còn đúng nữa Các kết quả nhằm đánh giá việc tiêu thụ năng lượng và cần phải

được cập nhật thường xuyên Thêm nữa, việc đánh giá như vậy đòi hỏi sự hợp tác

của các nhà sản xuất thiết bị, các nhà cung cấp dịch vụ Internet và cả chính phủ

1.2.3 Phân loại các phương pháp mạng xanh

Hiện nay có rất nhiều phương pháp được nghiên cứu để tiết kiệm năng

lượng Trong đó, có 4 phương pháp chính như sau [1]:

 Adaptive Link Rate: dựa vào 2 nguyên lí

 Interface Proxying

 Energy – aware Infrastructure

 Energy – aware Applications

1.3 Chiến lược mạng xanh

Thông thường, các hệ thống mạng được thiết kế và phân bố theo nguyên tắc

ngược với mạng xanh, đó là cung cấp và dự phòng Mặt khác, tùy thuộc vào sự

thiếu hụt hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS từ mạng Internet, cung cấp dư thừa được ưu

tiên sử dụng chung Mạng được phân bổ để duy trì lưu lượng tại giờ cao điểm, với

công suất được thêm vào, cho phép đáp ứng được các sự kiện không mong muốn

Kết quả là trong suốt thời gian lưu lượng thấp, mạng đó cũng tiêu thụ năng lượng

Hơn nữa, để cung cấp khả năng phục hồi và bỏ qua những lỗi không quan trọng,

mạng cũng được thiết kế thêm phần dự phòng Thiết bị được thêm vào hạ tầng

mạng với mục đích duy nhất là thay thế khi các thiết bị khác lỗi, cũng tiêu thụ một

số năng lượng Hoạt động này hoàn toàn đi ngược lại với mạng xanh Do đó, sự

thay đổi là cần thiết trong nghiên cứu mạng và phát triển nhằm giới thiệu nhận dạng

năng lượng trong thiết kế mạng mà không ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ cũng

như độ tin cậy mạng

Comment [HT1]: Trích dẫn nguồn tài liệu tham

khảo!

Comment [HT2]: Thêm hình vẽ biểu diễn việc

lưu lượng thay đổi, đường power vẫn là đường nằm ngang vào

Phần này minh họa một vài mô hình chính mà hạ tầng mạng có thể khai thác

để đạt được mục tiêu xanh Ta chia làm 4 lớp giải pháp là hợp nhất tài nguyên, ảo

hóa, chọn lọc kết nối và tính toán tỉ lệ Bốn loại này đại diện cho 4 hướng nghiên

cứu, có thể tìm thấy các ứng dụng chi tiết trong thiết bị và thiết kế giao thức

 Hợp nhẩt tài nguyên: nhóm tất cả các chiến lược phân bổ nhằm giảm tiêu

thụ tổng do các thiết bị sử dụng không đúng mức ở một thời gian nhất định lại với

nhau Với mức lưu lượng trong một mạng đã cho, sau hàng ngày và hàng tuần, có

thể đảm bảo được mạng trong khi tắt đi một số thiết bị mạng đang hoạt động Phân

bổ tài nguyên đã trở thành phương pháp phổ biến, đặc biệt trong trung tâm dữ liệu

và CPU

 Chọc lọc kết nối: phương pháp kết nối chọn lọc cho phép tắt đi những tài

nguyên không dùng đến ở bên rìa của mạng Ví dụ với các nút ở biên có thể idle

(nhàn rỗi) để tránh hỗ trợ công việc kết nối mạng( ví dụ như nhận các lưu lượng

phát sóng không cần thiết,…) Những nhiệm vụ này có thể phải thực hiện trên nút

khác, ví dụ như proxy, trong khi chờ các thiết bị idle, do đó không có sự thay đổi cơ

bản trong giao thức mạng

 Ảo hóa: là một tập các cơ chế cho phép có nhiều hơn một dịch vụ có thể hoạt

động trên cùng một phần cứng, vì vậy cải thiện được độ sử dụng của phần cứng

Một máy tính duy nhất dưới tải cao sẽ tiêu thụ năng lượng ít hơn nhiều những máy

tải nhẹ Ảo hóa có thể được áp dụng cho nhiều loại tài nguyên bao gồm liên kết

mạng, thiết bị lưu trữ, tài nguyên phần mềm,… Một ví dụ điển hình của việc ảo hóa

là chia sẻ các máy chủ trong trung tâm dữ liệu, giảm chi phí phần cứng, cải thiện

quản lý năng lượng, giảm chi phí năng lượng và làm mát, cuối cùng là giảm khí thải

CO2 trong trung tâm dữ liệu Thực tế, ảo hóa đã được triển khai thành công: ví dụ

như dịch vụ bưu điện Mỹ đã ảo hóa máy chủ vật lý 791 và 895 Kỹ hơn, các nhà

nghiên cứu đã khảo sát chi tiết về kỹ thuật ảo hóa từ cái nhìn kỹ thuật máy tính và

cái nhìn về mạng

 Tính toán tỷ lệ: có thể được áp dụng cho toàn bộ hệ thống, giao thức mạng

cũng như cho các thành phần và thiết bị thành viên Để minh họa cho nguyên tắc

này, hìnhError! Reference source not found. 1.2 mô tả mức tiêu thụ năng

lượng khác nhau (hoặc chi phí) trong đó thiết bị biểu diễn hàm mức độ sử dụng của

nó Số liệu về độ sử dụng và năng lượng được chuẩn hóa trong khoảng từ 0 đến 1

Cấu hình khác nhau cho phép thực hiện các biện pháp tối ưu khác nhau Các thiết bị

tiêu thụ năng lượng là không đổi và độc lập với mức độ sử dụng, sẽ cho biết trường

hợp tồi tệ nhất: hoặc là tiêu thụ tối đa năng lượng hoặc tắt và không hoạt động

Hình 1.0.2: Tiêu thụ năng lượng là hàm của mức độ sử dụng

Ngược lại, các thiết bị tiết kiệm năng lượng sẽ thể hiện năng lượng tiêu thụ tỉ

lệ thuận với mức độ sử dụng Trong hai trường hợp, tồn tại một số các khả năng, ví

Các thiết bị đơn bước có 2 chế độ hoạt động trong khi thiết bị đa bước có một

vài ngưỡng hiệu năng Quy mô điện áp động và tốc độ kết nối thích ứng là hai ví dụ

cơ bản của phương pháp tính toán tỷ lệ Quy mô điện áp động giảm trạng thái năng

lượng của CPU như 1 hàm về tải của hệ thống trong khi tốc độ kết nối đáp ứng lại

sử dụng khái niệm giống với giao tiếp mạng, giảm dung lượng và vì vậy, mức độ

tiêu thụ là một hàm của tải trọng

Hình 1.0.3: Lưu vết tối ưu hóa tại các điểm hoạt động cụ thể

Cần lưu ý rằng thách thức trong việc lựa chọn và thực hiện tải trọng cuối trên

kiến trúc phân phối giống như tiêu thụ năng lượng tổng thể phụ thuộc vào mức độ

sử dụng mà tất cả các thiết bị tiết kiệm năng lượng đang hoạt động Ví dụ như

thức tỷ lệ Một cái thích hợp hơn cho thiết bị/giao thức mà hoạt động với mức độ

sử dụng cao hơn và cái khác hiệu quả hơn với các điểm hoạt động thấp hơn Tuy

nhiên, theo nguyên tắc phân bổ tài nguyên, các hệ thống tương lai sẽ hoạt động ở

tải cao hơn Ta sẽ không chỉ thiết kế hệ thống thích ứng dựa trên độ sử dụng khác

nhau mà còn thiết kế để tối ưu hóa cho các cấp độ sử dụng nhiều nhất

Formatted: Centered

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG NGN

Trong chương này chúng ta tập trung đi sâu vào tìm hiểu kiến trúc mạng thế

hệ mới hiện nay qua đó hiểu được vì sao NGN Core là khu vực được lựa chọn để

phân tích, nghiên cứu, áp dụng phương pháp tiết kiệm năng lượng

Mục tiêu của mạng NGN là cung cấp khả năng chuẩn bị, triển khai, và quản lý

tất cả các loại dịch vụ có thể cung cấp được Để đạt được mục tiêu này, cần thực

hiện độc lập và tách biệt, việc chuẩn bị, triển khai cơ sở hạ tầng từ các hạ tầng vận

chuyển Như vậy sự tách biệt được phản ánh trong kiến trúc của NGN như sự phân

2.0.4Hình 2.0.1 dưới đây trình bày phạm vi của kiến trúc quản lý này trong mạng

NGN

Hình 2.0 41 : Tổng quan kiến trúc mạng NGN

Formatted: Font: Bold

Comment [HT3]: HÌnh bị đánh index sai, để tránh

lỗi này tiêp tục tái diễn khi ta chỉnh sửa quyển, cần đánh caption toàn bộ hình, và cross reference để trích dẫn đến index của hình đó

Formatted: Level 1

2.1.11.1.1 Lớp dịch vụ

Lớp dịch vụ của mạng NGN cung cấp các chức năng điều khiển và quản lý các

dịch vụ mạng để chấp nhận các dịch vụ kết cuối và các ứng dụng Các dịch vụ kết

cuối có thể được thực hiện bởi sự lặp lại của lớp đa dịch vụ trong mạng Dịch vụ có

thể liên quan đến thoại, dữ liệu hay ứng dụng video, được bố trí riêng rẽ hoặc kết

hợp trong các ứng dụng đa phương tiện Tham khảo khuyến nghị ITU-T Rec.Y

2011 để biết thêm thông tin chi tiết

Lớp vận chuyển của NGN liên quan tới vận chuyển thông tin giữa các thực hể

ngang hàng Với mục đích vận chuyển động hay sự liên kết tĩnh có thể được thành

lập để điều khiển vận chuyển thông tin giữa các thực thể Sự liên kết có lẽ trong

khoảng thời gian vô cùng ngắn, trung hạn (phút), hoặc dài hạn (giờ, ngày, hoặc dài

hơn) Tham khảo khuyến nghị ITU-T Rec.Y.2011 để biết thêm chi tiết

Với đặc điểm trên của mạng NGN có thể thấy rõ 1 điều rằng, việc gia tăng

dịch vụ, mạng hội tụ, sẽ làm cho việc tiêu thụ năng lượng trên các thiết bị trong

mạng tăng lên, do vậy mà các giải pháp tiết kiệm năng lượng là vô cùng cần thiết để

giúp giảm được năng lượng tiêu thụ, bảo vệ môi trường mà vẫn đảm bảo hiệu năng

của mạng

Hiện nay trên thế giới, các tổ chức viễn thông vẫn còn đang nghiên cứu về

NGN để đưa ra một chuẩn thống nhất chung Tuy nhiên các hãng viễn thông lớn

đều đã đưa ra các giải pháp NGN của riêng mình Đó là các hãng Alcatel, Siemens,

Cisco, Erickson, Commworks, Lucent, Nortel,…Về cơ bản các giải pháp này là

giống nhau nhưng mỗi hãng vẫn có sự khác biệt nhất định tùy thuộc vào quan điểm

xây dựng mạng thế hệ sau

Formatted: Normal, Left

Formatted: Font: 14 pt, Not Italic, (Asian)

Japanese

Giải pháp mạng NGN của Siemens dựa trên cấu trúc phân tán, xóa đi khoảng

cách giữa mạng PSTN và mạng số liệu [2] Các hệ thống đưa ra vẫn dựa trên cấu

trúc phát triển của hệ thống chuyển mạch của Siemens là EWSD, mạng thế hệ mới

có tên là SURPASS được minh họa như hình sau:

Hình 2.0 52 : Giải pháp NGN của Siemens

Phần chính của SURPASS là hệ thống SURPASS hiQ, đây có thể coi là hệ

thống chủ tập trung cho lớp điều khiển của mạng với chức năng như một gateway

mạng để điều khiển các tính năng thoại, kết hợp với khả năng báo hiệu mạnh để kết

nối với nhiều mạng khác nhau Trên hệ thống có khối chuyển đổi báo hiệu số 7 của

mạng PSTN/ISDN sang giao thức điều khiển MGCP Tùy theo chức năng và dung

lượng SURPASS hiQ được chia thành các loại SURPASS hiQ 10, 20 hay

SURPASS hiQ 9100, 9200, 9400

SURPASS hiG là họ hệ thống gateway từ các mạng dịch vụ cấp dưới lên

SURPASS hiQ, hệ thống nằm ở biên mạng đường trục, chịu sự quản lý của

SURPASS hiQ

Formatted: Level 1

SURPASS hiA là hệ thống truy nhập đa dịch vụ nằm ở lớp truy nhập của

NGN, phục vụ truy nhập thoại, xDSL và các dịch vụ số liệu trên một nền duy nhất

SURPASS hiA có thể kết hợp với các tổng đài PSTN EWSD hiện có qua giao diện

V5.2, cũng như với SURPASS hiQ tạo nên mạng thế hệ mới, SURPASS hiA được

phân thành nhiều loại theo các giao diện hỗ trợ (Xdsl, băng rộng, Leased line,

gateway, VoIP/VoATM) thành các loại SURPASS hiA 7100, 7300, 7500

Để quản lý hệ thống của SURPASS, Siemens đưa ra hệ thống quản lý mạng

NetManager Hệ thống quản lý này sử dụng giao thức quản lý SNMP chạy trên nền

JAVA/COBRA, quản lý qua giao diện Web

Alcatel đưa ra mô hình mạng thế hệ sau NGN với 4 lớp: Lớp truy nhập, lớp

truyền tải, lớp trung gian, lớp điều khiển và lớp dịch vụ mạng Minh họa như hình

dưới đây:

Hình 2.0 63 : Mô hình mạng thế hệ sau của Alcatel

Alcatel giới thiệu các chuyển mạch đa dịch vụ, đa phương tiện 1000MM E10

và Alcatel 1000 Softswitch cho giải pháp xây dựng mạng NGN Trong đó họ sản

phẩm 1000 MM E10 là hệ thống cơ sở để xây dựng mạng viễn thông thế hệ mới từ

mạng hiện có Năng lực xử lý của hệ thống 1000 MM E10 lớn hơn so với các hệ

thống E10 trước đây, lên đến 8 triệu BHCA, tốc độ chuyển mạch ATM có thể lên

Formatted: Level 1 Formatted: Line spacing: Multiple 1.3 li

tới 80 Gbit/s Đặc điểm lớn nhất của hệ thống này là chuyển một số chức năng liên

quan đến điều khiển cuộc gọi như chương trình kết nối ATM bán cố định, chương

trình xử lý số liệu cho việc lập kế hoạch đánh số, định tuyến, điểm điều khiển dịch

vụ nội hạt, quản lý kết nối băng rộng… trên các máy chủ UNIX

Hệ thống này có thể sử dụng làm các chức năng sau:

 Gateway trung kế: hỗ trợ kết nối giữa mạng thoại dùng TDM và mạng

chuyển mạch gói Hệ thống này gồm gateway cho mạng thoại qua ATM va

thoại qua IP

 Gateway truy nhập: Hệ thống này thực hiện kết nối đến thuê bao, tập trung

các loại lưu lượng POST, ISDN, ADSL, ATM, IP và chuyển đến mạng

chuyển mạch gói.Hệ thống cũng cung cấp các chức năng xác nhận, cho phép

kết nối, thống kê và các kết cuối băng hẹp cũng như băng rộng

 Tổng đài chuyển mạch gói: Có chức năng kết hợp chuyển mạch và định

tuyến đặt ở phần lõi hay biên của mạng chuyển mạch gói Thiết bị này

chuyển tải thông tin giữa Gateway trung kế và Gateway truy nhập

Mạng NGN do VNPT triển khai:

Với giải pháp SURPASS của Siemens, mạng NGN do VNPT triển khai sẽ có 4

lớp là: lớp truy nhập, lớp chuyển tải, lớp điều khiển và lớp ứng dụng

Switch Switch Switch

Media Gateway

Access Gateway Metro

Optics

IP/Optical Backbone

Residential Customers

Triple Play

Voice, Video, Data

Multi-Service Access

Application/

Video Servers

Business Customers LAN

PBX CPE

Hình 2.0 74 : Các lớp trong giải pháp SURPASS của SIEMENS

Được triển khai gồm một Media Gateway kết nối với mạng PSTN phục vụ cho

dịch vụ VoIP và bộ BRAS kết nối trực tiếp với thiết bị DSLAM-HUB với khả năng

chuyển mạch 10Gb/s, sử dụng công nghệ xDSL, có thể hỗ trợ các kết nối ADSL,

SHDSL Với hạ tầng mạng xDSL này, VNPT đã cung cấp các dịch vụ truy nhập

Internet băng rộng Mega VNN tại nhiều tỉnh/thành phố trên cả nước

Các loại Media Gateway được sử dụng trong mô hình của SIEMENS:

 SURPASS hiG 1050: dung lượng 16 luồng E1/T1 (480/368 kênh VoIP)

 SURPASS hiG 1100: dung lượng16 hoặc 32 luồng E1/T1 (480/384 đến

960/786 kênh VoIP)

 SURPASS hiG 1200: dung lượng 24.000 kênh VoIP

Formatted: Level 1

Hình 2.0 85 : Vị trí các Media Gateway trong mô hình SURPASS của SIEMENS

Ngoài ra, nhằm để cung cấp các dịch vụ mới nhƣ IPTV, Video on Demand

(VOD) và đồng thời vẫn cung cấp một gateway cho mạng lõi NGN, giải pháp

Multiservice Access Node (MSAN) đƣợc sử dụng MSAN cung cấp kết hợp các

dịch vụ trên nền các công nghệ truy nhập khác nhau nhƣ POTS, ISDN, ADSL,

SDSL, SDH, là giao diện cho cả mạng lõi có sẵn và NGN

Trong mô hình SURPASS, các thiết bị MSAN hay SURPASS hiX 56xx cung

cấp các dịch vụ nhƣ Internet tốc độ cao xDSL, VoIP, HDTV hay bất kỳ dịch vụ nào

khác tới khách hàng

Các thiết bị MSAN đƣợc sử dụng trong mô hình của SIEMENS:

 SURPASS hiX 5635: cung cấp tối đa 1080 cổng ADSL2+/VoIP

 SURPASS hiX 5630: cung cấp tối đa 576 cổng ADSL2+/VoIP

 SURPASS hiX 5625: cung cấp tối đa 360 cổng ADSL2+/VoIP

Formatted: Level 1

Hình 2.0 96 : Mô hình ứng dụng MSAN trong giải pháp của SIEMENS

Lớp chuyển tải gồm 3 nút trục quốc gia đặt tại Hà Nội, TP Hồ Chí Minh và

Đà Nẵng và 11 nút vùng đặt tại các tỉnh/thành phố trọng điểm khác với băng thông

các tuyến trục và vùng là (STM-1) 155Mb/s dựa trên truyền dẫn SDH Hiện tại

băng thông tuyến trục đã nâng cấp lên STM-16 (2.5 Gb/s) dựa trên Ring 20Gb/s /

WDM.Ba Router lõi M160 Juniper đặt tại Hà Nội, HCM, Đà Nẵng có khả năng

chuyển mạch là 160Gb/s

Lớp điều khiển gồm hai Softswitch HiQ9200 đặt ở Hà Nội và Hồ Chí Minh

Hệ thống Softswitch bao gồm các chức năng về điều khiển hệ thống mạng, cung

cấp các giao diện mở để dễ dàng cho việc phát triển các ứng dụng dịch vụ, hỗ trợ

nhiều loại giao thức điều khiển khác nhau như MGCP, H.323, Megaco/H.248, SIP,

Hệ thống các Server ứng dụng (tuỳ theo từng loại hình dịch vụ Server ứng dụng

có thể đặt tập trung hoặc phân tán) Bên cạnh đó hệ thống quản lý mạng tập trung

và hệ thống tính cước tập trung góp phần quan trọng trong quản lý, vận hành và

điều hành mạng

Formatted: Level 1

Hình 2.0 107 : Softswitch trong mô hình SURPASS của SIEMENS

các đường truyền nối router lõi với nhau, router lõi với router vùng sẽ được

tăng tới STM-4 và STM-16, tăng cường năng lực các hệ thống ở lớp điều

khiển, các dịch vụ ở lớp ứng dụng và đặc biệt là mở rộng hạ tầng xDSL cho

tất cả các tỉnh còn lại với phạm vi vươn tới mọi huyện thị

 Thực hiện thử nghiệm và thay thế các tổng đài lớp 5 bởi các Gateway của

NGN

 Cung cấp nhiều dịch vụ hơn như IP Centrex, hội nghị Web

Formatted: Level 1

 Ngoài ra, trong chiến lƣợc hình thành tập đoàn với các Tổng công ty vùng,

VNPT sẽ triển khai các mạng NGN nội hạt tại các đô thị lớn nhƣ Hà Nội và

TP Hồ Chí Minh Mạng NGN nội hạt không chỉ kết nối liên mạng với NGN

toàn quốc mà còn khai thác chung hạ tầng IP/MPLS với mạng Metro Internet

cũng sẽ đƣợc xây dựng đồng thời

Formatted: Font: Bold Formatted: Centered

CHƯƠNG 3: LƯU LƯỢNG VÀ MÔ HÌNH LƯU LƯỢNG TRONG

MẠNG IP CORE

Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về lưu lượng, qua đó nghiên cứu về

các mô hình lưu lượng trong mạng NGN core Việc mô hình hóa lưu lượng tốt

cũng là một yêu cầu cơ bản để dự đoán khả năng của mạng được chính xác, tìm ra

được các phương pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả nhất

3.1 Giới thiệu chung về lưu lượng mạng

Trong trao đổi thông tin, khi phía phát truyền dữ liệu đến phía thu thì dữ liệu

đầu tiên được lưu trong bộ đêm phía thu Dữ liệu trong bộ đệm này sau khi được xử

lý và chuyển lên các lớp phía trên thì sẽ được xóa đi, để dành bộ đệm cho các dữ

liệu kế tiếp

Trên thực tế trao đổi thông tin trong mạng, có thể xảy ra tình trạng phía phát

truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn khả năng xử lý của phía thu, dẫn đến bộ đệm của

phía thu sẽ đầy dần và bị tràn Trong trường hợp này, phía thu không thể nhận thêm

các gói dữ liệu từ phía phát dẫn đến việc phía phát phải thực hiện truyền lại dữ liệu,

gây lãng phí băng thông trên đường truyền

Nhằm giảm thiểu việc phải truyền lại thông tin vì mất gói do tràn hàng đợi,

cần có cơ chế thực hiện kiểm soát và điều khiển lưu lượng thông tin đi đến một thiết

bị/mạng Chức năng này được thực hiện bởi kỹ thuật điều khiển luồng và kiểm soát

tắc nghẽn

 Thông lượng: là tốc độ chuyển thông tin của mạng tính theo gói/s [3]

 Lưu lượng: là tốc độ thông tin đi đến mạng (bao gồm cả thông tin mới và

thông tin được truyền lại) [3]

Trong trường hợp lý tưởng, mạng sẽ thực hiện chuyển tất cả các gói đi vào

mạng trong trường hợp tốc độ đến của các gói này nhỏ hơn khả năng trung chuyển

của mạng (lưu lượng nhỏ hơn thông lượng) Khi lưu lượng thông tin đến vượt quá

thông lượng của mạng, trong trường hợp lý tưởng thì mạng phải có khả năng

Comment [HT4]: Em lấy định nghĩa này ở đâu

ra? Trích dẫn !

chuyển các gói với tốc độ bằng thông lượng của mạng (theo đường lý tưởng trên

hình vẽ) Trong trường hợp thực tế, nếu hệ thống mạng không được kiểm soát và có

các cơ chế điều khiển, mạng sẽ thực hiện chuyển tất cả các gói tin khi lưu lượng

nhỏ hơn một ngưỡng nào đó Khi lưu lượng vượt quá giá trị ngưỡng thì thông lượng

bắt đầu giảm Lưu lượng đến càng nhiều thì thông lượng càng giảm Trong một số

trường hợp dẫn đến tình trạng deadlock nghĩa là mạng hầu như không chuyển được

gói tin nào nữa

Hình 3.0 111 : Thông lượng của mạng trong mối quan hệ với lưu lượng đầu vào

Trong trường hợp có thực hiện điều khiển luồng và điều khiển tắc nghẽn, hệ

thống mạng sẽ được kiểm soát và có khả năng hoạt động tốt ngay cả khi có trường

hợp quá tải xảy ra (lưu lượng đi vào mạng lớn hơn thông lượng của mạng) Tuy

nhiên, do việc thực hiện điều khiển luồng và tắc nghẽn đòi hỏi phải có các thông tin

điều khiển nên thông lượng thực tế (trong trường hợp mạng chưa quá tải) sẽ nhỏ

hơn trường hợp lý tưởng, thậm chí nhỏ hơn so với trường hợp không có điều khiển

Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, cho phép quản lý QoS, hỗ trợ cho một

phạm vị rộng các dịch vụ, ứng dụng và cơ chế dựa trên các bộ dịch vụ ( gồm các

dịch vụ theo thời gian thực/ streaming/ phi thời gian thực và các dịch vụ đa

phương tiện)… Mạng NGN sẽ thực hiện không chỉ các dịch vụ “ đàm thoại “

truyền thống mà còn các dịch vụ giao dịch ( như mua hàng), các dịch vụ streaming

( như xem video theo yêu cầu hay IPTV), và các dịch vụ tương tác thời gian thực (

Formatted: Level 1

ví dụ như hội nghị truyền hình) Do đó mà việc phân tích lưu lượng là vô cùng

quan trọng cho việc quản lí hiệu năng mạng, hỗ trợ xây dựng mô phỏng mạng

giống với mạng thực tế nhằm giảm chi phí so với việc đánh giá trực tiếp trên

mạng thực

Mục đích trước tiên của phân tích lưu lượng liên tục là thường xuyên thực

hiện các mức sử dụng trên các phần khác nhau của mạng Nó bao gồm giám sát

hành vi người sử dụng và theo dõi quản lí mạng như thế nào dựa vào tải lưu lượng ở

các thời điểm khác nhau Bằng việc nhận diện các đường truyền bottle –neck và các

đường truyền với mức sử dụng thấp giúp cho các bộ hoạt động mạng có thể cân

bằng lưu lượng, ví dụ tạo đường trường dự phòng, làm cho hoạt động tổng thể

mạng có thể hoạt động hiệu quả hơn Sự phân tích lưu lượng cũng đưa ra các cách

nhận dạng trạng thái lỗi ở vị trí nào đó trong mạng và quan trọng nhất là theo dõi

tác động của lỗi như thế nào đến thông tin giữa các người dùng

Việc phân tích lưu lượng sẽ cung cấp các thông tin như tải trọng trung bình,

các yêu cầu về băng thông cho các ứng dụng khác nhau, và rất nhiều các chi tiết

khác Mô hình lưu lượng cho phép các nhà thiết kế mạng đưa ra giả định về mạng

lưới được thiết kế dựa trên kinh nghiệm trong quá khứ và cũng cho phép dự đoán về

hiệu năng cho các yêu cầu trong tương lai Nghiên cứu các mô hình lưu lượng trong

mạng NGN là nhằm có thể cung cấp QoS cho tất cả các loại lưu lượng của các loại

dịch vụ mới trong mạng NGN

Trong các mạng NGN vốn là một mạng thống nhất hỗ trợ nhiều loại lưu

lượng dịch vụ khác nhau, các ứng dụng của mạng IP đa dịch vụ có thể được phân

loai theo loại lưu lượng như sau:

Thời

gian

IP telephony, video conference

RSVP, RTP,