Tổng quan nghiên cứu

Sự bùng nổ của lưu lượng truyền thông dữ liệu và sự sụt giảm từ 15% đến 20% doanh thu trung bình trên mỗi thuê bao đối với các dịch vụ thoại truyền thống đã đặt các nhà khai thác viễn thông trước sức ép cạnh tranh gay gắt. Vấn đề nghiên cứu cốt lõi xuất phát từ thực trạng phân tách hạ tầng mạng viễn thông thành hai mảng độc lập: mạng cố định sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian và mạng di động tế bào. Việc vận hành song song hai cơ sở hạ tầng riêng biệt khiến chi phí đầu tư và chi phí vận hành tăng cao hơn 30%, đồng thời làm chậm tiến độ đưa các dịch vụ giá trị gia tăng mới ra thị trường.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu toàn diện xu thế hội tụ giữa mạng cố định và mạng di động, phân tích các chuẩn hóa quốc tế tiên tiến như phân hệ mạng lõi đa phương tiện trên nền giao thức Internet, từ đó đề xuất mô hình cấu trúc và lộ trình chuyển đổi mạng khả thi cho Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hiện trạng hạ tầng mạng viễn thông tại Việt Nam trong giai đoạn năm 2008, mở rộng phân tích định hướng phát triển trong giai đoạn 5 đến 10 năm tiếp theo.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình được chứng minh qua khả năng tối ưu hóa tới 25% chi phí đầu tư hạ tầng mạng truyền tải, rút ngắn chu kỳ triển khai gói cước dịch vụ tích hợp từ 6 tháng xuống dưới 4 tuần, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh cho các doanh nghiệp viễn thông trong nước trong kỷ nguyên số hóa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết mạng thế hệ sau theo các khuyến nghị tiêu chuẩn của Liên minh Viễn thông Quốc tế và khung kiến trúc phân hệ mạng lõi đa phương tiện do Tổ chức Dự án Đối tác Thế hệ thứ 3 cùng Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu ban hành. Hệ thống lý thuyết phân lớp chức năng mạng thế hệ sau bao gồm 4 tầng cốt lõi: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền tải và lớp truy nhập, được vận hành đồng bộ dưới sự giám sát của lớp quản lý chuyên biệt.

Bên cạnh đó, mô hình động lực hội tụ được luận giải dựa trên 4 trụ cột cơ bản: Chi phí, Vùng phủ sóng, Dung lượng và Tiện ích trải nghiệm. Các khái niệm kỹ thuật nền tảng được làm rõ bao gồm: chuyển mạch mềm Softswitch, cổng điều khiển truyền thông đa phương tiện Media Gateway Controller, phân hệ tài nguyên kết nối mạng và phân hệ điều khiển chấp nhận kết nối tài nguyên. Nghiên cứu cũng phân tích sâu sự chuyển dịch không gian địa chỉ từ giao thức mạng phiên bản 4 với độ dài 32-bit sang phiên bản 6 với độ dài 128-bit nhằm đáp ứng nhu cầu kết nối đầu cuối đa phương tiện khổng lồ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp từ hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế của các nhóm nghiên cứu thuộc Liên minh Viễn thông Quốc tế, các bộ tiêu chuẩn của Nhóm Kỹ sư Internet, cùng tài liệu thiết kế giải pháp hội tụ cố định và di động từ 4 tập đoàn công nghệ viễn thông hàng đầu thế giới bao gồm Alcatel, Ericsson, Siemens và Nortel. Về dữ liệu thực nghiệm, tác giả tiến hành thu thập và khảo sát cấu hình thực tế tại 3 trung tâm mạng truyền dẫn liên tỉnh và mạng chuyển mạch di động của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam.

Phương pháp nghiên cứu chính bao gồm phương pháp phân tích so sánh kỹ thuật kiến trúc mạng và phương pháp phân tích phân tầng chức năng đối với 12 phân hệ nghiệp vụ viễn thông. Phương pháp mô hình hóa kịch bản được lựa chọn làm công cụ phân tích chủ đạo vì tính khoa học và độ an toàn cao, cho phép đánh giá chính xác tính tương thích giữa công nghệ chuyển mạch kênh truyền thống với công nghệ chuyển mạch gói mà không gây gián đoạn chất lượng dịch vụ của hàng triệu thuê bao đang hoạt động trên hệ thống. Quá trình thu thập, phân tích và hoàn thiện mô hình được thực hiện trong khung thời gian 12 tháng tại Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu khẳng định mô hình phân hệ mạng lõi đa phương tiện trên nền giao thức Internet là kiến trúc tối ưu nhất để thực hiện hội tụ mạng. Việc tách biệt lớp điều khiển phiên cuộc gọi khỏi hạ tầng truyền tải giúp giảm tới 40% chi phí tích hợp dịch vụ mới và tăng tốc độ xử lý báo hiệu phiên đa phương tiện nhanh hơn gấp 3 lần so với mô hình chuyển mạch kênh độc lập.

Thứ hai, việc so sánh hiệu năng giải pháp giữa các hãng cho thấy năng lực chuyển mạch gói băng rộng có thể mở rộng vượt bậc. Nền tảng chuyển mạch đa dịch vụ trên cơ sở ghép kênh truyền dẫn quang và công nghệ chuyển nhãn đa giao thức cho phép đáp ứng dung lượng đường trục từ 40 Gbit/s lên tới mức Terabit/s. Đồng thời, cấu hình cổng phương tiện đạt mật độ chuẩn 120 cổng phân chia thời gian trên mỗi khối xử lý tín hiệu số, tối ưu hóa triệt để không gian lắp đặt phần cứng tại các tổng đài.

Thứ ba, việc áp dụng bộ giao thức truyền tải báo hiệu số 7 qua nền tảng gói cùng giao thức điều khiển cổng truyền thông Megaco/H.248 đã duy trì chất lượng thoại với độ trễ truyền gói dưới 150 mili-giây và tỷ lệ suy hao gói tin dưới 1%, đáp ứng hoàn toàn các tiêu chuẩn dịch vụ viễn thông quốc tế khắt khe.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự vượt trội của kiến trúc mạng hội tụ là việc chuẩn hóa các giao diện lập trình ứng dụng mở tại lớp điều khiển, giải phóng nhà khai thác khỏi sự phụ thuộc vào các thiết bị mạng phần cứng độc quyền. So với các mô hình nâng cấp cục bộ từng phần vốn chỉ giúp tiết kiệm khoảng 10% chi phí vận hành, mô hình hội tụ mạng lõi toàn diện giúp cắt giảm hơn 35% chi phí vận hành dài hạn nhờ hợp nhất trung tâm dữ liệu thuê bao chủ và hệ thống ghi bản ghi cước tính cước tập trung.

Các kết quả phân tích kỹ thuật trong luận văn có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua một bảng so sánh cấu trúc phân hệ mạng lõi giữa 3 tổ chức chuẩn hóa quốc tế về các giao diện kết nối báo hiệu, kết hợp cùng một biểu đồ đường mô tả xu hướng suy giảm chi phí vận hành mạng lưới tương quan với tỷ lệ phần trăm chuyển đổi thuê bao từ hạ tầng truyền thống sang nền tảng hội tụ trong chu kỳ 5 năm. Ý nghĩa then chốt của kết quả nghiên cứu là cung cấp một cơ sở khoa học vững chắc giúp các nhà mạng tránh được rủi ro đầu tư trùng lặp hàng triệu USD vào các thiết bị công nghệ cũ.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuyển đổi từng bước hạ tầng mạng lõi chuyển mạch kênh sang mạng chuyển mạch gói trên nền công nghệ chuyển nhãn đa giao thức. Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam cần chủ động thay thế các tổng đài đường trục truyền thống bằng các hệ thống chuyển mạch mềm dung lượng cao, hướng tới mục tiêu hoàn thành chuyển đổi 100% lưu lượng thoại liên tỉnh sang nền tảng gói trong vòng 24 tháng.

Thứ hai, triển khai xây dựng phân hệ mạng lõi đa phương tiện tập trung dùng chung cho cả mạng di động và mạng cố định. Khối kỹ thuật mạng của các nhà mạng thành viên cần tiến hành hợp nhất cơ sở dữ liệu thuê bao vào máy chủ quản lý thuê bao chung, phấn đấu cung cấp các gói dịch vụ đa phương tiện đồng nhất cho trên 10 triệu khách hàng trong lộ trình 3 năm.

Thứ ba, chuẩn hóa và tích hợp phân hệ điều khiển tài nguyên mạng cùng cơ chế kiểm soát chất lượng dịch vụ tại các điểm biên mạng. Đội ngũ kỹ sư vận hành mạng cần triển khai các chính sách phân luồng lưu lượng ưu tiên và định tuyến tự động, đảm bảo tỷ lệ sẵn sàng của hệ thống mạng truy nhập băng rộng đạt mức 99.99%.

Thứ tư, thiết lập môi trường kiến tạo dịch vụ mở dựa trên các giao diện lập trình ứng dụng tiêu chuẩn. Trung tâm phát triển dịch vụ cần đẩy mạnh hợp tác với các nhà cung cấp nội dung số độc lập bên ngoài để đưa ra thị trường ít nhất 15 gói dịch vụ tích hợp thoại, truyền hình, dữ liệu và di động chất lượng cao trong khung thời gian từ 18 đến 36 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm kỹ sư quy hoạch và thiết kế mạng viễn thông có thể khai thác các mô hình cấu trúc phân lớp mạng thế hệ sau, sơ đồ kết nối cổng truyền thông và cấu hình chuyển mạch mềm để ứng dụng trực tiếp vào các dự án hiện đại hóa mạng viễn thông cố định và di động trong thực tế.

Nhóm cán bộ quản lý chiến lược và kinh doanh tại các tập đoàn viễn thông lớn có thể sử dụng các phân tích kinh tế kỹ thuật theo mô hình 4 trụ cột hội tụ để hoạch định chiến lược đầu tư gói cước tích hợp đa dịch vụ, giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư ban đầu và nâng cao chỉ số doanh thu trên từng thuê bao.

Nhóm giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Công nghệ Điện tử - Viễn thông có thể sử dụng luận văn như một học liệu chuyên khảo giá trị về các giao thức mạng tiên tiến như giao thức khởi tạo phiên, giao thức điều khiển cổng phương tiện và cấu trúc phân hệ mạng lõi đa phương tiện chuẩn hóa.

Nhóm chuyên gia phát triển phần mềm và dịch vụ giá trị gia tăng viễn thông có thể tìm hiểu phương thức giao tiếp của máy chủ ứng dụng thông qua các giao diện mở để xây dựng các giải pháp truyền thông đa nền tảng đáp ứng nhu cầu thị trường.

Câu hỏi thường gặp

Hội tụ giữa mạng cố định và di động đem lại lợi ích kinh tế trực tiếp nào cho nhà mạng?

Mô hình hội tụ giúp nhà khai thác cắt giảm từ 25% đến 30% tổng chi phí đầu tư và chi phí vận hành nhờ dùng chung một hạ tầng mạng lõi và hệ thống quản lý thuê bao duy nhất. Trong thực tế, thay vì duy trì 2 hệ thống tính cước riêng biệt, nhà mạng chỉ cần 1 nền tảng ghi bản ghi cước tập trung cho cả 2 dịch vụ.

Vai trò then chốt của phân hệ mạng lõi đa phương tiện trong kiến trúc hội tụ là gì?

Phân hệ mạng lõi đa phương tiện đóng vai trò là trung tâm điều khiển phiên dựa trên giao thức khởi tạo phiên, cho phép cung cấp các dịch vụ thoại, video và dữ liệu độc lập với công nghệ truy nhập. Hệ thống điều khiển phiên giúp người dùng chuyển đổi cuộc gọi mượt mà từ mạng không dây nội bộ sang mạng di động với độ trễ dưới 50 mili-giây.

Mô hình 4C tác động như thế nào đến quyết định chuyển đổi hạ tầng mạng?

Mô hình 4C đại diện cho 4 động lực quyết định gồm Chi phí, Vùng phủ sóng, Dung lượng và Tiện ích trải nghiệm. Việc ứng dụng hội tụ giúp giải tỏa trên 40% dung lượng đỉnh của mạng vô tuyến bằng cách tự động chuyển vùng lưu lượng dữ liệu nặng sang các đường truyền băng rộng cố định hoặc điểm truy nhập cục bộ.

Những giao thức truyền thông nào giữ vai trò quyết định trong việc kết nối liên mạng?

Các giao thức chủ chốt bao gồm giao thức khởi tạo phiên SIP cho điều khiển ứng dụng, giao thức Megaco/H.248 để quản trị các cổng chuyển đổi phương tiện và họ giao thức truyền tải báo hiệu SIGTRAN để chuyển đổi báo hiệu số 7 qua nền tảng mạng gói. Thực tế chứng minh việc áp dụng các giao thức này bảo toàn 100% các tính năng dịch vụ thoại truyền thống.

Lộ trình chuyển đổi mạng hội tụ cần lưu ý những thách thức kỹ thuật gì?

Nhà mạng cần tiến hành chuyển đổi theo lộ trình phân kỳ từ 3 đến 5 năm nhằm bảo vệ nguồn vốn đã đầu tư vào các tổng đài chuyển mạch hiện hữu. Việc bổ sung các thiết bị chuyển mạch mềm trung gian tại các nút mạng trọng yếu là giải pháp then chốt giúp duy trì tính liên tục của mạng lưới trước khi tiến thẳng lên mạng lõi thuần Internet.

Kết luận

  • Luận văn hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý luận về mạng thế hệ sau và chứng minh tính tất yếu của xu thế hội tụ cố định và di động trên thế giới.
  • Công trình phân tích sâu sắc cấu trúc kỹ thuật của phân hệ mạng lõi đa phương tiện trên nền giao thức Internet, khẳng định vai trò hạt nhân của mô hình này trong việc nâng cao hiệu năng mạng lưới và tiết kiệm trên 30% chi phí vận hành.
  • Nghiên cứu so sánh chi tiết các mô hình giải pháp kỹ thuật từ 4 nhà sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu, chỉ ra các ưu thế vượt trội về khả năng mở rộng dung lượng lên mức Terabit/s.
  • Luận văn xây dựng thành công phương án và lộ trình chuyển đổi 4 bước mang tính ứng dụng thực tiễn cao cho Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam.
  • Đề tài mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về việc tối ưu hóa chất lượng dịch vụ trên nền tảng giao thức Internet thế hệ mới phiên bản 6 và nâng cao an toàn an ninh thông tin trong môi trường hội tụ.

Đóng góp chính của luận văn là đã cung cấp một khung tham chiếu công nghệ và kịch bản tiến hóa mạng lưới hoàn chỉnh, tạo tiền đề vững chắc cho việc triển khai hạ tầng viễn thông băng rộng hiện đại tại Việt Nam trong giai đoạn 5 năm tiếp theo. Quý độc giả, các nhà quản lý và kỹ sư viễn thông hãy tham khảo toàn văn công trình nghiên cứu này để áp dụng hiệu quả vào công tác quy hoạch, phát triển và tối ưu hóa hạ tầng mạng thế hệ mới!