Tổng quan nghiên cứu

Hạ tầng công nghệ thông tin tại các cơ quan quản lý nhà nước đóng vai trò huyết mạch trong việc vận hành bộ máy hành chính và cung cấp dịch vụ công trực tuyến. Tại Bộ Kế hoạch và Đầu tư, quy mô tổ chức gồm 33 đơn vị trực thuộc với hơn 1.000 cán bộ công chức, phân bổ trên 3 trụ sở chính gồm số 6B Hoàng Diệu, 68 Phan Đình Phùng và 65 Văn Miếu tại Hà Nội. Toàn bộ hệ thống kỹ thuật duy trì vận hành hơn 1.500 thiết bị đầu cuối, 69 thiết bị chuyển mạch mạng ngoài trung tâm dữ liệu và 21 thiết bị phát sóng không dây tập trung. Tuy nhiên, đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật trực tiếp của Trung tâm Tin học chỉ có 07 cán bộ trên tổng số 30 nhân sự của toàn đơn vị.

Khối lượng công việc kỹ thuật ghi nhận áp lực rất lớn khi hàng năm đội ngũ phải tiếp nhận và xử lý trên 1.000 sự cố thường xuyên. Riêng năm 2012, hệ thống ghi nhận tổng cộng 1.709 vụ việc, bao gồm 1.620 sự cố kỹ thuật định kỳ, 52 sự cố phát sinh ngoài dự kiến và 37 trường hợp cần thay thế linh kiện phần cứng. Phương thức quản lý truyền thống dựa trên sổ sách và văn bản hành chính bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng, làm chậm trễ tiến độ xử lý và gây thất thoát thông tin cấu hình tài sản.

Nghiên cứu được triển khai nhằm mục tiêu phân tích, thiết kế hệ thống quản lý thiết bị và sự cố tin học toàn diện theo phương pháp hướng đối tượng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào quy trình vận hành CNTT tại Bộ Kế hoạch và Đầu tư giai đoạn 2011–2015 theo Quyết định số 2094/QĐ-BKH và Nghị định số 64/2007/NĐ-CP của Chính phủ. Kết quả nghiên cứu hướng đến việc tự động hóa 100% quy trình tiếp nhận, giảm thời gian tra cứu lịch sử thiết bị từ hàng giờ xuống dưới 30 giây, đồng thời nâng cao năng suất xử lý của chuyên viên kỹ thuật lên ước tính 40%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Đề tài áp dụng phương pháp phân tích và thiết kế hướng đối tượng (Object-Oriented Analysis and Design - OOAD) kết hợp quy trình phát triển phần mềm thống nhất (USDP). Cách tiếp cận này tổ chức hệ thống thành các thực thể độc lập, che giấu dữ liệu thông qua cơ chế bao gói và tăng tính tái sử dụng nhờ cơ chế kế thừa. Kiến trúc hệ thống được mô hình hóa trực quan thông qua Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất (UML) theo 5 khung nhìn cốt lõi: khung nhìn ca sử dụng, khung nhìn thiết kế, khung nhìn tiến trình, khung nhìn thành phần và khung nhìn triển khai vật lý.

Hệ thống tích hợp lý thuyết mẫu thiết kế (Design Patterns) của nhóm tác giả Erich Gamma với 23 mẫu chuẩn thuộc 3 nhóm chính: mẫu kiến tạo, mẫu cấu trúc và mẫu hành vi. Phương pháp phân tích thiết kế hướng mẫu (POAD) được vận dụng để chuẩn hóa các giao diện kết nối giữa các phân hệ con. Các khái niệm nền tảng bao gồm Lớp (Class), Đối tượng (Object), Đóng gói (Encapsulation), Quan hệ kết hợp (Association), Quan hệ phụ thuộc (Dependency) và Đa hình (Polymorphism) được triển khai xuyên suốt nhằm tạo nên cấu trúc phần mềm có độ kết nối lỏng và độ gắn kết nội tại cao.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp khảo sát toàn diện (census sampling) trên toàn bộ hạ tầng phần cứng gồm 1.500 thiết bị máy tính, máy in, máy quét và 90 thiết bị mạng phân tán tại 3 cơ sở làm việc của Bộ. Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ nhật ký tiếp nhận của 1.709 sự cố kỹ thuật phát sinh trong năm 2012, kết hợp phỏng vấn sâu 07 cán bộ kỹ thuật trực tiếp và 30 cán bộ chuyên môn thuộc Trung tâm Tin học.

Phương pháp phân tích được thực hiện thông qua kỹ thuật mô hình hóa ca sử dụng (Use Case Analysis), biểu đồ trình tự (Sequence Diagram), biểu đồ cộng tác (Collaboration Diagram), biểu đồ hoạt động (Activity Diagram) và biểu đồ lớp chi tiết (Class Diagram). Lý do lựa chọn phương pháp này là khả năng chuyển đổi liền mạch từ ngôn ngữ nghiệp vụ thực tế sang mô hình dữ liệu quan hệ trên hệ quản trị SQL Server, khắc phục triệt để sự phân mảnh dữ liệu của phương pháp hướng cấu trúc truyền thống. Timeline nghiên cứu được thực hiện đồng bộ từ giai đoạn khảo sát hiện trạng quý I/2012 đến hoàn thiện tài liệu thiết kế và thử nghiệm cài đặt trong năm 2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát và phân tích hiện trạng đã chỉ ra ba phát hiện quan trọng trong công tác quản lý hạ tầng CNTT:

Thứ nhất, tồn tại sự mất cân đối nghiêm trọng giữa nguồn lực nhân sự và khối lượng thiết bị. Với tỷ lệ 01 cán bộ kỹ thuật phải đảm trách quản lý hơn 214 thiết bị đầu cuối và xử lý trung bình 244 sự cố mỗi năm, việc quản lý thủ công dẫn đến tình trạng quá tải cục bộ.

Thứ hai, cơ cấu sự cố kỹ thuật có sự phân hóa rõ rệt. Trong tổng số 1.709 sự cố năm 2012, các sự cố thông thường chiếm tỷ trọng áp đảo 94,8% (1.620 vụ việc), sự cố phát sinh chiếm 3,0% (52 vụ việc) và sự cố nghiêm trọng cần thay thế linh kiện chiếm 2,2% (37 vụ việc). Điều này đòi hỏi hệ thống phải có cơ chế phân luồng tự động theo 3 cấp độ: bình thường, nghiêm trọng và rất nghiêm trọng.

Thứ ba, nghiên cứu đã xây dựng thành công bộ kiến trúc phần mềm gồm 7 phân hệ chức năng hoàn chỉnh: Quản lý người dùng và phân quyền, Quản lý danh mục, Quản lý thiết bị, Quản lý nhập xuất linh kiện, Quản lý sự cố tin học, Tra cứu hồ sơ và Kết xuất báo cáo thống kê. Toàn bộ hệ thống được đặc tả chi tiết thông qua hơn 20 ca sử dụng, 22 biểu đồ kỹ thuật và các biểu đồ lớp cài đặt.

Thảo luận kết quả

Sự cố tin học tại đơn vị phát sinh chủ yếu do quy mô hạ tầng mở rộng nhanh chóng với 3 cơ sở độc lập nhưng thiếu hệ thống cơ sở dữ liệu định danh tập trung. Khi xảy ra sự cố phần cứng, cán bộ kỹ thuật mất từ 45 đến 60 phút để xác định nguồn gốc đầu tư, vị trí lắp đặt và lịch sử thay thế linh kiện của thiết bị.

Dữ liệu phân bố sự cố kỹ thuật có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua biểu đồ tròn (Pie chart) thể hiện tỷ lệ 3 nhóm sự cố, kết hợp biểu đồ cột phân nhóm (Clustered Column chart) để so sánh thời gian phản hồi kỹ thuật trước và sau khi áp dụng phần mềm.

So với các mô hình quản lý cấu trúc hướng chức năng, việc áp dụng mô hình hướng đối tượng kết hợp mẫu thiết kế Façade và Observer giúp giảm thiểu trên 60% mức độ phụ thuộc giữa các khối chương trình. Hệ thống cho phép bổ sung danh mục thiết bị mới hoặc thay đổi quy trình tiếp nhận mà không cần biên dịch lại toàn bộ mã nguồn, đảm bảo tính sẵn sàng cao và an toàn bảo mật dữ liệu theo tiêu chuẩn chữ ký số và phân quyền đa cấp của Bộ Kế hoạch và Đầu tư.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thiết kế kiến trúc, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và tổ chức có tính khả thi cao:

Thứ nhất, chuẩn hóa và mã hóa toàn bộ 1.500 hồ sơ thiết bị CNTT vào cơ sở dữ liệu tập trung. Đơn vị chủ trì là Phòng Quản lý và vận hành mạng, tiến hành gán mã định danh duy nhất cho từng máy tính, máy in và thiết bị mạng trong thời gian 06 tháng, đảm bảo truy xuất chính xác 100% lịch sử sửa chữa và thay thế linh kiện.

Thứ hai, tự động hóa quy trình phân luồng tiếp nhận 6 nhóm sự cố tin học (máy tính, mạng nội bộ, ứng dụng phần mềm, dịch vụ trực tuyến, thư điện tử và hạ tầng máy chủ). Mục tiêu đặt ra là cắt giảm 50% thời gian phản hồi kỹ thuật đối với các sự cố nghiêm trọng. Giải pháp do Tổ Hỗ trợ kỹ thuật triển khai trong quý II/2014.

Thứ ba, triển khai cài đặt phần mềm trên hạ tầng máy chủ cơ sở dữ liệu SQL Server kết hợp máy trạm tại 3 trụ sở thông qua mạng WAN của Bộ. Trung tâm Tin học chịu trách nhiệm quản trị, duy trì chỉ số sẵn sàng của hệ thống đạt mức tối thiểu 99,5% trong vòng 12 tháng kể từ ngày nghiệm thu.

Thứ tư, tổ chức 05 khóa đào tạo nghiệp vụ cho toàn bộ 30 cán bộ thuộc Trung tâm Tin học và tập huấn hướng dẫn gửi yêu cầu hỗ trợ trực tuyến cho cán bộ tại 33 Cục, Vụ trực thuộc. Kế hoạch đào tạo hoàn thành trong vòng 03 tháng nhằm đồng bộ hóa thói quen sử dụng phần mềm trong toàn cơ quan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

Nhóm học viên cao học và sinh viên ngành Công nghệ phần mềm: Tiếp cận tài liệu tham khảo chuẩn mực về quy trình chuyển đổi từ yêu cầu nghiệp vụ thực tế sang hệ thống mô hình hóa UML đầy đủ, từ biểu đồ Use Case, Activity đến Deployment Diagram.

Nhóm kỹ sư phân tích nghiệp vụ (BA) và Kiến trúc sư phần mềm (Software Architect): Vận dụng phương pháp phân tích thiết kế hướng mẫu (POAD) và 23 mẫu thiết kế chuẩn của GoF vào các bài toán quản lý tài sản, điều phối nguồn lực doanh nghiệp.

Nhóm cán bộ quản lý CNTT và Giám đốc CNTT (CIO) tại các cơ quan bộ ngành: Nắm bắt mô hình tổ chức hạ tầng kỹ thuật, phương pháp định lượng rủi ro sự cố và giải pháp số hóa quy trình hỗ trợ kỹ thuật theo quy định pháp lý nhà nước.

Nhóm lập trình viên phát triển giải pháp quản trị nội bộ: Tham khảo thiết kế chi tiết 7 phân hệ phần mềm, cấu trúc bảng cơ sở dữ liệu SQL Server và giao diện biểu mẫu chuẩn Unicode phục vụ xây dựng các phần mềm Helpdesk chuyên nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp hướng đối tượng mang lại ưu thế vượt trội nào so với phương pháp hướng cấu trúc? Phương pháp hướng đối tượng xem hệ thống là tập hợp các thực thể độc lập có khả năng tương tác qua thông điệp. Điều này giúp đóng gói dữ liệu an toàn, tăng khả năng tái sử dụng mã nguồn và giảm thiểu lỗi phát sinh khi hệ thống mở rộng quy mô từ 1.500 lên hàng nghìn thiết bị.

Hệ thống phân loại sự cố tin học theo các tiêu chí cụ thể nào? Hệ thống phân loại sự cố thành 6 nhóm nghiệp vụ chính gồm sự cố máy tính, mạng, ứng dụng, dịch vụ online, thư điện tử và hệ thống máy chủ; đồng thời chia thành 3 cấp độ nghiêm trọng từ bình thường, nghiêm trọng đến rất nghiêm trọng để tối ưu hóa thứ tự ưu tiên xử lý.

Mẫu thiết kế (Design Patterns) đóng vai trò gì trong kiến trúc phần mềm này? Mẫu thiết kế cung cấp các giải pháp kiến trúc mẫu mực giúp giải quyết triệt để các bài toán kết nối giao diện và khởi tạo đối tượng. Việc áp dụng giúp hệ thống phân tách độc lập các tầng giao diện, xử lý nghiệp vụ và truy xuất cơ sở dữ liệu SQL Server.

Làm thế nào để hệ thống giải quyết bài toán thiếu hụt nhân lực kỹ thuật tại đơn vị? Hệ thống tự động hóa khâu phân loại, tra cứu hồ sơ và phân bổ công việc cho 07 cán bộ kỹ thuật. Việc lưu trữ số hóa tập trung giúp chuyên viên nắm bắt ngay cấu hình và lịch sử hỏng hóc, giảm thời gian xử lý thủ công và nâng cao 40% năng suất làm việc.

Hệ thống đáp ứng các yêu cầu bảo mật và an toàn thông tin như thế nào? Phần mềm tích hợp cơ chế phân quyền người dùng đa cấp theo vai trò chuyên môn, hỗ trợ chuẩn font Unicode thống nhất và tương thích hoàn toàn với hạ tầng xác thực chữ ký số, tường lửa và hệ thống bảo mật tập trung của Bộ Kế hoạch và Đầu tư.

Kết luận

  • Xây dựng thành công mô hình phân tích thiết kế hướng đối tượng cho hệ thống quản lý hơn 1.500 thiết bị và điều phối xử lý trên 1.700 sự cố tin học hàng năm.
  • Chuẩn hóa toàn diện 7 phân hệ nghiệp vụ CNTT thông qua hệ thống biểu đồ ca sử dụng, biểu đồ tương tác và biểu đồ lớp chi tiết của ngôn ngữ UML.
  • Vận dụng hiệu quả 23 mẫu thiết kế chuẩn và phương pháp thiết kế hướng mẫu (POAD), đảm bảo tính module hóa và khả năng mở rộng linh hoạt cho phần mềm.
  • Giải quyết triệt để bài toán quá tải nghiệp vụ của đội ngũ 07 chuyên viên kỹ thuật thông qua cơ chế tự động hóa quy trình quản lý hồ sơ và phân luồng sự cố.
  • Thiết lập kiến trúc cơ sở dữ liệu quan hệ tối ưu trên nền tảng SQL Server, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn bảo mật, an toàn thông tin theo Nghị định số 64/2007/NĐ-CP.

Kế hoạch phát triển tiếp theo tập trung vào việc hoàn thiện mã nguồn chương trình, thử nghiệm diện rộng tại 3 trụ sở của Bộ trong vòng 06 đến 12 tháng tới. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư phần mềm có thể khai thác trực tiếp khung phân tích thiết kế của luận văn này để phát triển và triển khai các hệ thống quản trị dịch vụ CNTT (ITSM) hiện đại cho khối cơ quan hành chính nhà nước.