Tổng quan nghiên cứu

Trong kỷ nguyên chuyển đổi số viễn thông, việc quản lý mạng lưới phức hợp bao gồm nhiều chủng loại thiết bị và nhà cung cấp luôn là thách thức hàng đầu đối với các nhà mạng. Tại VNPT Lâm Đồng, cơ sở hạ tầng viễn thông phát triển mạnh mẽ với hàng nghìn phần tử mạng, phục vụ từ dịch vụ chuyển mạch thoại cố định truyền thống, mạng di động Vinaphone (2G, 3G, 4G), hệ thống truyền dẫn quang SDH/DWDM đến mạng truy nhập băng rộng Man-E và xDSL. Tuy nhiên, trước khi nghiên cứu được triển khai, trung tâm vận hành và bảo dưỡng mạng lưới chỉ sở hữu các hệ thống quản lý mạng cục bộ riêng lẻ. Có từ 5 đến 10 hệ thống phần mềm quản lý mạng độc lập hoạt động song song trên các màn hình riêng biệt, gây phân mảnh dữ liệu và khiến công tác giám sát sự cố phụ thuộc chủ yếu vào báo cáo nhân công thủ công với độ trễ từ 15 đến 30 phút.

Xuất phát từ thực tiễn cấp bách đó, đề tài nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán tích hợp, chuẩn hóa và tự động hóa công tác giám sát điều hành thông qua việc thiết kế và triển khai mạng quản lý viễn thông theo chuẩn quốc tế tại VNPT Lâm Đồng. Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng một hệ thống máy chủ quản trị trung tâm kết hợp với phân hệ thu thập cảnh báo đa giao thức, có khả năng đồng bộ dữ liệu tức thời từ hơn 2.000 phần tử mạng phân tán trên toàn địa bàn tỉnh Lâm Đồng trong giai đoạn từ năm 2015 đến năm 2019. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa chiến lược khi giúp cắt giảm trên 60% thời gian phát hiện và xử lý sự cố, tự động hóa 100% quy trình điều hành cảnh báo qua tin nhắn SMS và cung cấp nguồn dữ liệu chuẩn xác phục vụ việc đánh giá hiệu quả công việc theo thẻ điểm cân bằng cho toàn bộ các đơn vị kỹ thuật trực thuộc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng chuỗi khuyến nghị M.3000 của Liên minh Viễn thông Quốc tế về kiến trúc mạng quản lý viễn thông và mô hình kết nối các hệ thống mở OSI. Khung lý thuyết này phân định rõ các khối chức năng quản trị mạng toàn diện, bao gồm quản lý cấu hình, quản lý lỗi và xử lý sự cố mạng lưới, quản lý hiệu năng lưu lượng, quản lý tính cước dịch vụ và quản lý an toàn an ninh hệ thống.

Về mặt kiến trúc vật lý, hệ thống triển khai mô hình đa tầng với 5 thành phần cốt lõi:

  • Hệ điều hành trung tâm đảm nhiệm chức năng xử lý logic nghiệp vụ và lưu trữ dữ liệu.
  • Các phần tử mạng bao gồm toàn bộ thiết bị chuyển mạch, truyền dẫn, mạng truy nhập và vô tuyến.
  • Thiết bị trung gian thực hiện chuyển đổi giao thức và chuẩn hóa khuôn dạng dữ liệu.
  • Khối chức năng tiếp hợp đóng vai trò cầu nối chuyển đổi các giao diện phi chuẩn sang giao diện chuẩn.
  • Trạm làm việc cung cấp giao diện tương tác trực quan người máy.

Hệ thống ứng dụng chuẩn giao tiếp mạng quản trị viễn thông với các giao diện định danh gồm giao diện Q3 hỗ trợ tập dịch vụ giao thức phức tạp kết nối trực tiếp đến hệ điều hành, giao diện Qx cho các thiết bị trung gian, giao diện X phục vụ liên kết giữa các mạng quản lý khác nhau và giao diện F kết nối người dùng qua mạng truyền số liệu DCN.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết viễn thông chuẩn hóa và thực nghiệm phát triển phần mềm ứng dụng thực tế. Dữ liệu đầu vào của đề tài được thu thập từ hơn 2.000 phần tử mạng và thiết bị trạm thực tế tại Lâm Đồng. Cỡ mẫu nghiên cứu bao phủ toàn bộ 100% các nút mạng đang vận hành trên địa bàn, bao gồm 8 hệ thống phần mềm quản lý mạng của các hãng công nghệ lớn như Huawei T2000, Alcatel RM1354, Fujitsu Netsmart 1500, Nortel OMEA, hệ thống tổng đài số TDM và toàn bộ thiết bị định tuyến IP, chuyển mạch Switch Layer 2 và DSLAM. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp quan sát toàn thể thay vì chọn mẫu ngẫu nhiên nhằm loại bỏ hoàn toàn các điểm mù giám sát trong toàn mạng lưới.

Hệ thống phân tích và quản trị cơ sở dữ liệu được xây dựng trên nền tảng Oracle 11G, triển khai trên máy chủ chuyên dụng IBM cấu hình vi xử lý 2.4 GHz, bộ nhớ trong RAM 16GB, dung lượng lưu trữ 100GB, hoạt động trên hệ điều hành Windows Server 2012 và nền tảng lập trình Microsoft .NET Framework 4.5. Quá trình thu thập và phân tích dữ liệu thực tế diễn ra liên tục từ tháng 9 năm 2015 đến tháng 5 năm 2019, đảm bảo kiểm chứng tính ổn định và khả năng tương thích của các phân hệ phần mềm trong điều kiện tải cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình triển khai thực tế tại VNPT Lâm Đồng đã ghi nhận 4 phát hiện kỹ thuật mang tính đột phá:

Thứ nhất, nghiên cứu đã chuẩn hóa thành công 5 phương thức kết nối thu thập dữ liệu cảnh báo tự động thông qua hệ thống thu nhận trung gian:

  • Kết nối cổng vật lý nối tiếp RS-232 tốc độ 9600 bps và cáp dài dưới 15m đối với tổng đài EWSD.
  • Kết nối tự động qua giao thức WebService trích xuất dữ liệu từ cổng thông tin điều hành mạng vô tuyến Vinaphone.
  • Kết nối trực tiếp vào cơ sở dữ liệu quan hệ của các hệ thống quản lý mạng qua các câu lệnh truy vấn cấu trúc SQL tiêu chuẩn.
  • Bắt các bản tin bẫy SNMP Trap qua cổng UDP 162 kết hợp kiểm tra trạng thái ICMP với chu kỳ quét lặp lại 60 giây và thời gian chờ 1200ms cho các thiết bị mạng IP.
  • Giám sát tín hiệu cảnh báo ngoài từ hệ thống phụ trợ nhà trạm.

Thứ hai, nghiên cứu xác lập thuật toán chu kỳ lấy dữ liệu động tối ưu: chu kỳ quét được cấu hình ở mức 30 giây cho hệ thống có dưới 1.000 thiết bị, 35 giây cho hệ thống đến 2.000 thiết bị và cộng thêm 5 giây cho mỗi 1.000 thiết bị gia tăng tiếp theo. Cơ chế này giúp giảm độ trễ thu thập thông tin xuống dưới 45 giây so với thời gian hàng chục phút khi ghi nhận thủ công trước đây.

Thứ ba, cấu trúc cơ sở dữ liệu trung tâm được thiết kế hoàn chỉnh gồm 18 bảng dữ liệu quan hệ, tiêu biểu như bảng cảnh báo tức thời, bảng mã cảnh báo quy chuẩn, bảng thông tin thiết bị và bảng nhật ký gửi nhận tin nhắn. Hệ thống phân loại cảnh báo chuẩn hóa theo 5 cấp độ nghiêm trọng từ đặc biệt nghiêm trọng, nghiêm trọng, cảnh báo mức trung bình, cảnh báo nhỏ đến mức chưa xác định.

Thứ tư, thuật toán xử lý dữ liệu song song 4 luồng đồng thời cho phép phân tích mã lỗi, định vị trạm, xác định đơn vị phụ trách và gửi tin nhắn cảnh báo SMS tức thời đến điện thoại của kỹ sư hiện trường trong vòng chưa đầy 10 giây kể từ khi sự cố phát sinh.

Thảo luận kết quả

Thành công của mô hình mạng quản lý viễn thông xuất phát từ việc giải quyết triệt để rào cản độc quyền giao thức giữa các nhà sản xuất thiết bị khác nhau. Trong thực tế, các giải pháp tích hợp phần mềm từ nhà cung cấp nước ngoài thường đòi hỏi chi phí bản quyền lên tới hàng trăm nghìn USD cho mỗi giao diện kết nối. Giải pháp tự chủ công nghệ của đề tài đã tiết kiệm hơn 80% chi phí đầu tư ban đầu mà vẫn đảm bảo tính linh hoạt tối đa trong việc mở rộng mạng lưới.

Hệ thống cho phép hiển thị dữ liệu trực quan thông qua biểu đồ phân tích lưu lượng IP thời gian thực, biểu đồ giám sát phụ tải mạng truyền dẫn và bảng thống kê phân loại nguyên nhân sự cố theo thời gian. Đặc biệt, bảng đối soát thời gian vận hành máy phát điện tại các trạm viễn thông khi mất điện lưới đã giúp loại bỏ hoàn toàn các sai lệch số liệu, nâng cao tính minh bạch trong quản lý chi phí nhiên liệu vận hành với độ chính xác đạt gần 100%.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả vận hành thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm tối ưu hóa công tác quản trị viễn thông:

  • Mở rộng triển khai đồng bộ mô hình máy chủ quản lý viễn thông và hệ thống phân hệ thu thập dữ liệu đến 63 viễn thông tỉnh, thành phố trực thuộc Tập đoàn VNPT trong lộ trình từ 12 đến 18 tháng, do Ban Khai thác Mạng và Tập đoàn VNPT chủ trì thực hiện.
  • Nâng cấp phần cứng máy chủ trung tâm và chuyển đổi kiến trúc cơ sở dữ liệu sang mô hình phân tán có khả năng dự phòng nóng, đảm bảo xử lý mượt mà khối lượng dữ liệu khổng lồ với mục tiêu duy trì độ trễ phản hồi dưới 15 giây khi số lượng phần tử mạng vượt ngưỡng 10.000 thiết bị.
  • Phát triển bổ sung các phân hệ đo kiểm tự động chất lượng dịch vụ và giám sát chuyên sâu suy hao cáp quang thời gian thực, giao cho Trung tâm Vận hành và Bảo dưỡng mạng lưới triển khai hoàn thành trong 6 tháng tiếp theo.
  • Tích hợp sâu cổng thông tin cảnh báo di động với hệ thống đánh giá thẻ điểm cân bằng BSC và các nền tảng ứng dụng thông minh trên điện thoại, do Phòng Kỹ thuật Viễn thông phối hợp cùng Trung tâm Công nghệ Thông tin hoàn thiện trong vòng 3 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là nguồn tài liệu khoa học và thực tiễn giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Kỹ sư viễn thông và chuyên viên giám sát mạng tại các trung tâm vận hành bảo dưỡng mạng lưới viễn thông của các nhà mạng lớn: Ứng dụng trực tiếp các phương pháp cấu hình bẫy SNMP, giao tiếp cổng nối tiếp RS-232 và thuật toán trích xuất dữ liệu đa giao thức vào việc quản trị thiết bị.
  • Cán bộ quản lý kỹ thuật và giám đốc công nghệ tại các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ viễn thông, Internet: Tham khảo mô hình kiến trúc tập trung nhằm tối ưu hóa chi phí đầu tư phần mềm quản lý, rút ngắn thời gian xử lý sự cố và chuẩn hóa quy trình điều hành kỹ thuật.
  • Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông, Công nghệ Thông tin, Điện tử - Viễn thông: Khai thác làm học liệu nghiên cứu chuyên sâu về ứng dụng thực tế của chuỗi tiêu chuẩn ITU-T M.3000 và thiết kế hệ thống phần mềm nhúng, phần mềm giám sát công nghiệp.
  • Doanh nghiệp tích hợp hệ thống và phát triển phần mềm công nghiệp, IoT: Sử dụng các mô hình xử lý dữ liệu song song và kết nối thiết bị trường làm tài liệu tham khảo cho các bài toán tự động hóa SCADA diện rộng.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống mạng quản lý viễn thông xử lý sự cố từ nhiều hãng thiết bị khác nhau như thế nào? Hệ thống sử dụng các phân hệ thu thập cảnh báo trung gian để chuyển đổi các định dạng dữ liệu phi chuẩn từ hơn 8 hãng công nghệ như Huawei, Alcatel, Cisco, Siemens thành dữ liệu chuẩn hóa, sau đó lưu trữ tập trung tại cơ sở dữ liệu Oracle 11G để phân loại và xử lý theo cùng một quy tắc chung.

Chu kỳ thu thập dữ liệu của hệ thống được tối ưu hóa theo nguyên tắc nào? Chu kỳ quét dữ liệu được thiết lập tự động dựa trên quy mô phần tử mạng, cụ thể là 30 giây đối với mạng dưới 1.000 thiết bị, 35 giây cho mạng 2.000 thiết bị và tăng dần 5 giây cho mỗi 1.000 thiết bị tăng thêm, giúp cân bằng hoàn hảo giữa độ trễ cảnh báo và tải xử lý của máy chủ.

Các tổng đài điện thoại cố định thế hệ cũ không có phần mềm quản lý mạng được tích hợp ra sao? Hệ thống kết nối trực tiếp với tổng đài EWSD qua cổng giao tiếp vật lý RS-232 với tốc độ truyền 9600 bps và độ dài cáp tối đa 15m, liên tục ghi nhận các dòng nhật ký văn bản phát sinh từ cổng phần cứng để phân tích bóc tách mã lỗi tự động.

Cơ sở dữ liệu Oracle 11G giải quyết nguy cơ quá tải và tràn bộ nhớ dữ liệu cảnh báo như thế nào? Máy chủ được trang bị cấu hình vi xử lý 2.4 GHz, RAM 16GB, đồng thời áp dụng cơ chế tự động tách biệt bảng cảnh báo hiện tại và bảng cảnh báo lịch sử kết hợp tùy chọn tắt ghi nhận nhật ký thô khi hệ thống đã đi vào vận hành ổn định.

Dữ liệu từ hệ thống quản lý mạng đóng góp gì cho công tác đánh giá thẻ điểm cân bằng BSC tại đơn vị? Toàn bộ thời gian xử lý sự cố, số lượng lỗi phát sinh và độ chính xác trong công tác vận hành máy phát điện đều được ghi nhận tự động và trung thực, tạo nguồn dữ liệu minh bạch tuyệt đối để lãnh đạo VNPT Lâm Đồng chấm điểm KPI định kỳ cho các phòng ban kỹ thuật.

Kết luận

  • Luận văn đã giải quyết triệt để bài toán tích hợp giám sát mạng viễn thông đa nhà cung cấp thông qua việc triển khai thành công mạng quản lý viễn thông theo chuẩn ITU-T M.3000 tại VNPT Lâm Đồng.
  • Xây dựng hoàn chỉnh hệ thống thu thập dữ liệu đa kênh gồm 5 phương thức kết nối hiện đại và thiết kế cơ sở dữ liệu quan hệ 18 bảng chuẩn hóa trên nền tảng Oracle 11G.
  • Rút ngắn thời gian phát hiện và thông báo sự cố từ 15-30 phút xuống dưới 45 giây, tự động hóa 100% quy trình nhắn tin điều hành SMS đến nhân viên xử lý hiện trường.
  • Tạo nền tảng số liệu khách quan, chuẩn xác phục vụ đánh giá thẻ điểm cân bằng BSC và tối ưu hóa chi phí vận hành mạng lưới toàn diện.
  • Định hướng phát triển tiếp theo tập trung vào việc mở rộng các phân hệ đo kiểm chất lượng dịch vụ QoS và nhân rộng giải pháp trên quy mô toàn quốc.

Quý độc giả, kỹ sư viễn thông và các nhà nghiên cứu quan tâm đến giải pháp quản trị mạng lưới có thể tham khảo toàn văn công trình nghiên cứu để áp dụng hiệu quả vào thực tiễn quản lý hạ tầng viễn thông hiện đại.