Luận Văn Thạc Sĩ Về Mô Hình Tối Ưu Truyền Tải Lưu Lượng Qua Mạng Điện Thoại Quốc Tế

• Tác giả: Buøi Vaên Taøi
• Người hướng dẫn: THAÏC SÓ CAO HAØO THI
• Trường học: Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Quản Trị Doanh Nghiệp
• Đề tài: Mô Hình Tối Ưu Truyền Tải Lưu Lượng Qua Mạng Điện Thoại Quốc Tế
• Loại tài liệu: luận án cao học
• Năm xuất bản: 2001
• Địa điểm: TP. Hoà Chí Minh

I. Giới thiệu

Mô hình tối ưu truyền tải lưu lượng qua mạng điện thoại quốc tế là một vấn đề quan trọng trong việc quản lý và vận hành mạng viễn thông. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mạng và nhu cầu gia tăng về dịch vụ truyền thông đã dẫn đến việc cần thiết phải tối ưu hóa quy trình truyền tải lưu lượng. Mô hình tối ưu không chỉ giúp giảm chi phí mà còn nâng cao chất lượng dịch vụ. Các yếu tố như chất lượng dịch vụ, hiệu suất mạng, và quản lý lưu lượng đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các mô hình này. Theo nghiên cứu, việc áp dụng các mô hình tối ưu có thể giúp cải thiện đáng kể hiệu suất truyền tải lưu lượng qua mạng điện thoại quốc tế.

1.1 Cơ sở hình thành đề tài

Đề tài này được hình thành từ thực tiễn quản lý mạng điện thoại quốc tế, nơi mà việc tối ưu hóa lưu lượng là rất cần thiết. Mạng điện thoại quốc tế hiện nay đang đối mặt với nhiều thách thức như tăng trưởng lưu lượng, yêu cầu về chất lượng dịch vụ cao hơn và chi phí vận hành ngày càng lớn. Do đó, việc nghiên cứu các mô hình tối ưu là cần thiết để đảm bảo mạng có thể hoạt động hiệu quả và đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Truyền tải lưu lượng qua mạng điện thoại quốc tế không chỉ ảnh hưởng đến doanh thu của các nhà mạng mà còn đến trải nghiệm của người dùng.

II. Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết của mô hình tối ưu truyền tải lưu lượng bao gồm nhiều khái niệm chính như mạng điện thoại, công nghệ mạng, và các phương pháp tối ưu hóa. Việc hiểu rõ các khái niệm này giúp xây dựng nền tảng vững chắc cho việc phát triển mô hình. Mạng điện thoại hiện đại yêu cầu các phương pháp quản lý lưu lượng hiệu quả để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng. Các phương pháp như truyền thông, giải pháp mạng, và tối ưu hóa lưu lượng đều có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của mạng. Nghiên cứu cho thấy rằng, việc áp dụng các mô hình lý thuyết vào thực tiễn có thể giúp cải thiện đáng kể hiệu suất mạng và giảm thiểu chi phí.

2.1 Các khái niệm cơ bản

Các khái niệm cơ bản về lưu lượng và mạng điện thoại bao gồm lưu lượng truyền tải, yêu cầu dịch vụ, và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Lưu lượng truyền tải được định nghĩa là số lượng cuộc gọi hoặc dữ liệu được truyền tải qua mạng trong một khoảng thời gian nhất định. Chất lượng dịch vụ là một yếu tố quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm của người sử dụng. Để đảm bảo chất lượng dịch vụ, cần có các phương pháp quản lý lưu lượng hiệu quả, bao gồm việc phân tích và dự đoán lưu lượng trong tương lai. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng điện thoại quốc tế.

III. Mô hình tối ưu hóa

Mô hình tối ưu hóa lưu lượng qua mạng điện thoại quốc tế được phát triển dựa trên các phương pháp toán học và thống kê. Các mô hình này giúp xác định cấu trúc tối ưu cho mạng, từ đó giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu suất. Việc sử dụng các mô hình như mô hình ARIMA và mô hình Erlang giúp dự đoán lưu lượng và tối ưu hóa việc phân bổ tài nguyên mạng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc áp dụng mô hình tối ưu hóa có thể giúp giảm chi phí truyền tải lưu lượng một cách đáng kể, đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ ở mức cao nhất.

3.1 Phân tích mô hình

Phân tích mô hình tối ưu hóa lưu lượng đòi hỏi phải xem xét nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm chi phí thuê kênh, lưu lượng dự kiến, và các biến quyết định. Việc áp dụng các mô hình tối ưu hóa như mô hình quy hoạch phi tuyến cho phép xác định cấu trúc tối ưu cho mạng. Nghiên cứu cho thấy rằng, với mỗi kịch bản khác nhau, các mô hình này có thể đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc quản lý lưu lượng. Sự linh hoạt của các mô hình này giúp các nhà quản lý mạng có thể điều chỉnh và tối ưu hóa lưu lượng một cách hiệu quả.

IV. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả từ việc áp dụng mô hình tối ưu hóa lưu lượng cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất mạng và giảm thiểu chi phí. Các ứng dụng thực tiễn của mô hình này bao gồm việc tối ưu hóa quy trình truyền tải lưu lượng, giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn, và nâng cao chất lượng dịch vụ cho người sử dụng. Các nhà mạng có thể sử dụng các kết quả này để cải thiện dịch vụ của mình, từ đó tăng cường sự hài lòng của khách hàng và tăng trưởng doanh thu. Việc áp dụng mô hình tối ưu hóa không chỉ có lợi cho các nhà mạng mà còn cho cả người tiêu dùng.

4.1 Đánh giá kết quả

Đánh giá kết quả từ việc áp dụng mô hình tối ưu hóa cho thấy rằng, chi phí truyền tải lưu lượng đã giảm đáng kể, trong khi chất lượng dịch vụ vẫn được duy trì ở mức cao. Các nhà mạng đã có thể tối ưu hóa quy trình vận hành của mình, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu lãng phí. Kết quả này không chỉ có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn giúp cải thiện trải nghiệm của người dùng. Việc áp dụng các mô hình tối ưu hóa là một bước đi quan trọng trong việc phát triển mạng điện thoại quốc tế bền vững.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh hội nhập kinh tế và phát triển công nghệ thông tin toàn cầu, ngành Bưu chính - Viễn thông Việt Nam đã có những bước tiến vượt bậc, đặc biệt trong lĩnh vực mạng viễn thông quốc tế. Theo báo cáo của ngành, sản lượng dịch vụ điện thoại quốc tế qua các trung tâm viễn thông quốc tế tại Việt Nam đạt khoảng 270 triệu phút trong năm 2001, trong đó Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 2 (ITC2) chiếm tới 70%. Dịch vụ gọi điện thoại quốc tế vẫn là kênh liên lạc chủ đạo, đóng góp lớn vào tổng doanh thu ngành. Tuy nhiên, việc quản lý và vận hành mạng điện thoại quốc tế đòi hỏi phải tối ưu hóa lưu lượng truyền tải nhằm giảm chi phí thuê kênh và chi phí chuyển tiếp lưu lượng tràn, đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ với mức độ từ chối cuộc gọi không vượt quá 1%.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình truyền tải tối ưu lưu lượng qua mạng điện thoại quốc tế, nhằm xác định số lượng kênh trung kế cần thiết để truyền tải lưu lượng đi các nước sao cho tổng chi phí truyền tải (bao gồm chi phí thuê kênh và chi phí chuyển tiếp lưu lượng tràn) là thấp nhất, đồng thời đảm bảo mức độ phục vụ (GoS) đạt 99%. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mạng điện thoại quốc tế phục vụ các tỉnh phía Nam Việt Nam, với dữ liệu thu thập và phân tích trong năm 2001 tại Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 2. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ công tác hoạch định và vận hành mạng viễn thông quốc tế, giúp khai thác hiệu quả tài nguyên mạng, giảm thiểu chi phí và nâng cao chất lượng dịch vụ cho khách hàng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết lưu lượng viễn thông (Teletraffic Theory): Giúp mô hình hóa và phân tích lưu lượng cuộc gọi trong mạng điện thoại, bao gồm các khái niệm về lưu lượng yêu cầu, lưu lượng truyền tải, lưu lượng tràn và mức độ phục vụ (GoS). Công thức Erlang B được sử dụng để tính toán xác suất từ chối cuộc gọi trong hệ thống kênh hữu hạn.

• Quá trình Poisson và mô hình Erlang: Quá trình Poisson được áp dụng để mô tả sự xuất hiện ngẫu nhiên của các cuộc gọi đến trong mạng, với giả định tính độc lập và phân bố thời gian giữa các cuộc gọi theo hàm mũ. Mô hình Erlang B dùng để xác định số kênh cần thiết nhằm đảm bảo mức độ phục vụ yêu cầu.

• Mô hình lưu lượng tràn và phương pháp Wilkinson (ERT): Khi lưu lượng vượt quá khả năng phục vụ của nhóm kênh, lưu lượng tràn được chuyển sang nhóm kênh khác. Phương pháp Wilkinson được sử dụng để tính toán số kênh cần thiết cho nhóm lưu lượng tràn, dựa trên các đặc tính trung bình và phương sai của lưu lượng.

• Mô hình chuỗi thời gian ARIMA (Box-Jenkins): Áp dụng để dự báo lưu lượng điện thoại quốc tế theo tháng, giúp xây dựng mô hình dự báo lưu lượng chính xác, từ đó hỗ trợ việc hoạch định số kênh tối ưu.

• Bài toán tối ưu chi phí trong mạng định tuyến thay thế: Mục tiêu là tìm cấu trúc mạng tối ưu sao cho tổng chi phí thuê kênh và chi phí chuyển tiếp lưu lượng tràn là thấp nhất, đảm bảo chất lượng dịch vụ.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu lưu lượng điện thoại quốc tế được thu thập từ Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 2, bao gồm số liệu lưu lượng theo tháng, phân bố lưu lượng theo giờ và ngày trong tuần, cũng như các thông số kỹ thuật về mạng và chi phí thuê kênh.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp quan sát và khảo sát để hiểu rõ hoạt động và đặc tính lưu lượng mạng hiện tại. Phân tích số liệu lưu lượng theo chuỗi thời gian, áp dụng mô hình ARIMA để dự báo lưu lượng trong các tháng tiếp theo. Tính toán số kênh trung kế cần thiết dựa trên công thức Erlang B và phương pháp Wilkinson cho lưu lượng tràn.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2001, với việc thu thập dữ liệu hàng tháng, phân tích và xây dựng mô hình dự báo lưu lượng, sau đó phát triển mô hình tối ưu truyền tải lưu lượng và phần mềm tính toán số kênh tối ưu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phân bố lưu lượng và đặc tính lưu lượng: Lưu lượng điện thoại quốc tế có sự biến đổi theo chu kỳ 24 giờ và 7 ngày trong tuần, với giờ cao điểm tập trung vào khoảng 9-10 giờ sáng và ngày cao điểm là các ngày làm việc trong tuần. Mức độ phục vụ (GoS) được duy trì ở mức 1%, đảm bảo chất lượng dịch vụ.

2. Dự báo lưu lượng theo tháng: Mô hình ARIMA(0,1,1) được lựa chọn là mô hình phù hợp nhất để dự báo lưu lượng điện thoại quốc tế trong 12 hướng đi, với sai số trung bình tuyệt đối (MAD) và sai số căn bậc hai trung bình (RMSE) thấp, cho phép dự báo chính xác lưu lượng trong các tháng tiếp theo.

3. Tính toán số kênh tối ưu: Áp dụng công thức Erlang B và phương pháp Wilkinson cho nhóm lưu lượng tràn, mô hình tính toán số kênh tối ưu cho các hướng đi qua Australia và USA cho thấy tổng chi phí truyền tải lưu lượng có thể giảm được khoảng 10,335 USD trong tháng 3 năm 2001 so với phương án không tối ưu.

4. Phần mềm hỗ trợ tính toán: Phần mềm OND được phát triển để hỗ trợ tính toán số kênh tối ưu, giúp các chuyên gia vận hành mạng có thể nhanh chóng xác định cấu trúc kênh phù hợp với lưu lượng dự báo, giảm thiểu chi phí và đảm bảo chất lượng dịch vụ.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng mô hình dự báo lưu lượng ARIMA kết hợp với mô hình tối ưu số kênh dựa trên lý thuyết Erlang và phương pháp Wilkinson là hiệu quả trong việc quản lý lưu lượng mạng điện thoại quốc tế. Việc phân chia lưu lượng thành các nhóm có định tuyến tràn riêng biệt giúp giảm thiểu chi phí chuyển tiếp lưu lượng tràn, đồng thời đảm bảo mức độ phục vụ theo tiêu chuẩn ITU-T.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, mô hình này phù hợp với đặc thù lưu lượng biến động theo thời gian và không gian địa lý, đồng thời đáp ứng yêu cầu kinh tế trong vận hành mạng. Việc xây dựng phần mềm tính toán số kênh tối ưu cũng là một đóng góp quan trọng, giúp tự động hóa quá trình hoạch định mạng, giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả quản lý.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố lưu lượng theo giờ và ngày, bảng dự báo lưu lượng theo tháng, bảng tính toán số kênh tối ưu và biểu đồ so sánh chi phí truyền tải trước và sau tối ưu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình dự báo ARIMA định kỳ: Động từ hành động: triển khai; Target metric: độ chính xác dự báo lưu lượng; Timeline: hàng tháng; Chủ thể thực hiện: Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 2. Việc dự báo lưu lượng theo tháng giúp cập nhật kịp thời biến động lưu lượng, hỗ trợ hoạch định mạng chính xác.

2. Tối ưu hóa số kênh trung kế theo mô hình Erlang và Wilkinson: Động từ hành động: tính toán và điều chỉnh; Target metric: giảm chi phí thuê kênh và chi phí chuyển tiếp lưu lượng tràn; Timeline: hàng quý; Chủ thể thực hiện: bộ phận kỹ thuật vận hành mạng. Điều chỉnh số kênh phù hợp với lưu lượng thực tế giúp giảm thiểu chi phí vận hành.

3. Phát triển và nâng cấp phần mềm tính toán số kênh tối ưu: Động từ hành động: phát triển; Target metric: thời gian tính toán và độ chính xác; Timeline: 6 tháng; Chủ thể thực hiện: phòng Tin học và kỹ thuật. Phần mềm hỗ trợ tự động hóa giúp tăng hiệu quả và giảm sai sót trong hoạch định mạng.

4. Đào tạo nhân viên vận hành về mô hình và phần mềm mới: Động từ hành động: đào tạo; Target metric: năng lực vận hành và quản lý mạng; Timeline: 3 tháng; Chủ thể thực hiện: phòng Đào tạo và phát triển nguồn nhân lực. Nâng cao năng lực nhân viên giúp vận hành mạng hiệu quả và ứng phó kịp thời với biến động lưu lượng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý mạng viễn thông: Giúp hiểu rõ về mô hình tối ưu lưu lượng và chi phí, hỗ trợ ra quyết định hoạch định mạng hiệu quả.

2. Kỹ sư vận hành và thiết kế mạng: Cung cấp kiến thức về lý thuyết lưu lượng, mô hình dự báo và tính toán số kênh, áp dụng vào thực tế vận hành.

3. Nhà nghiên cứu trong lĩnh vực viễn thông: Là tài liệu tham khảo về ứng dụng mô hình ARIMA và lý thuyết Erlang trong quản lý lưu lượng mạng điện thoại quốc tế.

4. Sinh viên chuyên ngành Quản trị doanh nghiệp và Viễn thông: Giúp nâng cao hiểu biết về quản lý mạng viễn thông, mô hình toán học và ứng dụng thực tiễn trong ngành.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình ARIMA được sử dụng như thế nào trong dự báo lưu lượng?
   Mô hình ARIMA (0,1,1) được áp dụng để dự báo lưu lượng điện thoại quốc tế theo chuỗi thời gian hàng tháng, giúp xác định xu hướng và biến động lưu lượng chính xác, từ đó hỗ trợ hoạch định số kênh cần thiết.

2. Công thức Erlang B có vai trò gì trong tính toán số kênh?
   Erlang B dùng để tính xác suất từ chối cuộc gọi trong hệ thống kênh hữu hạn, từ đó xác định số kênh trung kế cần thiết để đảm bảo mức độ phục vụ (GoS) theo yêu cầu, thường là 1%.

3. Phương pháp Wilkinson giúp giải quyết vấn đề gì?
   Phương pháp Wilkinson được sử dụng để tính toán số kênh cho nhóm lưu lượng tràn, khi lưu lượng vượt quá khả năng phục vụ của nhóm kênh chính, giúp tối ưu hóa chi phí và giảm thiểu lưu lượng bị từ chối.

4. Làm thế nào để cân bằng giữa chi phí thuê kênh và chi phí chuyển tiếp lưu lượng tràn?
   Bằng cách xác định số kênh tối ưu sao cho tổng chi phí thuê kênh và chi phí chuyển tiếp lưu lượng tràn là thấp nhất, đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ, mô hình tối ưu truyền tải lưu lượng giúp cân bằng hiệu quả giữa hai loại chi phí này.

5. Phần mềm OND có những tính năng gì nổi bật?
   Phần mềm OND hỗ trợ tính toán số kênh tối ưu dựa trên dữ liệu lưu lượng dự báo, áp dụng công thức Erlang và phương pháp Wilkinson, giúp tự động hóa quá trình hoạch định mạng, giảm thời gian và sai sót trong tính toán.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình truyền tải tối ưu lưu lượng qua mạng điện thoại quốc tế, dựa trên lý thuyết lưu lượng, mô hình ARIMA và bài toán tối ưu chi phí.
• Mô hình giúp giảm tổng chi phí truyền tải lưu lượng khoảng 10,335 USD trong một tháng, đồng thời đảm bảo mức độ phục vụ cuộc gọi không vượt quá 1%.
• Phần mềm OND được phát triển hỗ trợ tính toán số kênh tối ưu, nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành mạng.
• Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, hỗ trợ công tác hoạch định và vận hành mạng viễn thông quốc tế tại Việt Nam.
• Đề xuất triển khai áp dụng mô hình và phần mềm trong thực tế, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho các nhóm lưu lượng khác và nâng cao độ chính xác dự báo.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị quản lý mạng cần phối hợp triển khai mô hình và phần mềm, đồng thời tổ chức đào tạo nhân viên để nâng cao năng lực vận hành mạng hiệu quả.