BÁO CÁO ĐỀ TÀI Nghiên cứu mạng hệ (NwGN)

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện BÁO CÁO ĐỀ TÀI Nghiên cứu mạng hệ (NwGN) Tóm tắt Mã số: 65-11-KHKT-RD Nhóm thực hiện: TS Nguyễn Chiến Trinh TS Nguyễn Tiến Ban TS Lê Nhật Thăng TS Vũ Văn Thỏa TS Đặng Thế Ngọc ThS Phạm Đình Chung ThS Phạm Anh Thư CN Nguyễn Anh Đức HÀ NỘI – 2011 Mục lục Các hạn chế mạng thời Các yêu cầu cho mạng hệ Định nghĩa vai trò cấu trúc mạng NwGN Các dự án phát triển mạng NwGN Đề xuất vấn đề cần nghiên cứu 10 5.1 Các hướng nghiên cứu về sử dụng, kiến trúc, hạ tầng mạng 10 5.2 Các xu hướng vấn đề công nghệ .15 Các công nghệ nền tảng mạng NwGN 17 6.1 Các công nghệ truyền tải quang hệ .18 6.2 Công nghệ chuyển mạch quang đệm quang .19 6.3 SDR Vô tuyến thông minh 22 6.4 Truyền thông lượng tử .25 6.5 Mạng cảm biến 26 6.6 Đồng thời gian 27 6.7 Bảo toàn lượng mạng truyền thông hệ .28 6.8 Kết luận 29 Mục tiêu xây dựng môi trường thử nghiệm mạng NwGN 31 Cấu trúc chức môi trường thử nghiệm mạng NwGN 33 8.1 Các thành phần chức 35 8.2 Clearinghouse 36 8.3 Các tổ chức nghiên cứu, bao gồm nhóm nghiên cứu cơng cụ điều khiển thử nghiệm 38 8.4 Dịch vụ hỗ trợ thử nghiệm 39 8.5 Thuê bao cuối .39 8.6 Quản lý vận hành môi trường thử nghiệm mạng NwGN 40 8.7 Các định nghĩa 41 Đề xuất xây dựng môi trường thử nghiệm mạng NwGN Việt nam 44 9.1 Giai đoạn – Xây dựng hạ tầng thành phần, tổ hợp 45 9.2 Giai đoạn – Xây dựng môi trường thử nghiệm .50 9.3 Một số khuyến nghị 55 Giới thiệu: Xã hội tương lai bao hàm mơi trường máy tính đặc trưng hệ thống tính tốn mạng gắn chặt lồng vào sâu rộng, đem lại lợi ích xã hội tồn cầu, khơng dừng lại trạng thái thời máy tính mạng phát triển chủ yếu số lượng Mạng Internet thời, không thiết kế cho dạng xã hội mạng thông tin này, giải dịch chuyển xã hội này, khơng có khả tiếp tục đáp ứng yêu cầu người tương lai Để thực hóa xã hội mạng thông tin tương lai 2-3 chục năm nữa, phải thiết lập mạng hệ (New Generation Network - NwGN) trước mạng thời tiến tới giới hạn Mạng NwGN phải tích hợp giới điện tốn mạng thực tiễn với khơng gian ảo Các hạn chế mạng thời Mất tính suốt Internet thường cho sử dụng rộng rãi NAT, số lượng địa IP không đáp ứng đủ Tuy nhiên, khơng phải vấn đề Nhiều phần Internet lỗi thời Khi giao thức đưa cố gắng hoạt động với giao thức tồn với giao thức vừa đưa khác mà tương tác chúng thường không biết, giao thức có thể trở nên khơng tương thích với giao thức trước hoạt động hiệu quả với Để ngăn chặn hạn chế Internet mối liên hệ giao thức cần phải đánh giá lại giao thức phải thiết kế lại mà không liên quan đến sử dụng trước Điều khơng xuất phân lớp thấp, mà ảnh hưởng đến phân lớp cao Ví dụ, SIP, sử dụng để phù hợp định dạng phương tiện truyền thông người sử dụng cuối NGN, sử dụng để dự trữ tài nguyên nhà cung cấp mạng Tuy nhiên, phân lớp thấp thiết kế phù hợp phân lớp cao có thể dễ dàng thiết kế hơn, số trường hợp giao thức không cịn cần thiết Ví dụ, SIP khơng cần sử dụng người sử dụng nhà kinh doanh tài nguyên phân phối cách hợp lý phân lớp thấp (lớp truyền tải) Hình – Các vấn đề kiến trúc mạng Internet Các yêu cầu cho mạng hệ Những công nghệ mạng hệ dự đoán phát triển từ năm 2015 yêu cầu để giải vấn đề mang tính đa xã hội, với quy tắc quan trọng về thông tin tương lai xã hội hóa mạng Các yêu cầu mạng vấn đề xem xét cho mạng tương lai bao gồm: • • • • Mạng trục Peta-bps, FTTH 10Gbps, e-Science 100 tỉ thiết bị, triệu trạm broadscast Các nguyên tắc cạnh tranh hướng người sử dụng Các dịch vụ thiết yếu (y tế, sức khỏe, giao thông, khẩn cấp, …) đạt 99,99% độ • • • • tin cậy An tồn (tính riêng tư, dịch vụ tài giao dịch, dịch vụ cứu hộ, …) Xã hội hợp lưu, ứng dụng rộng rãi cho người khuyết tật, người già Giám sát mơi trường tồn cầu xã hội lồi người Tích hợp trùn thơng quảng bá • Địn bẩy kinh tế (mơ hình business-cost) • Xã hội thân thiện mơi trường bền vững • Phát huy khả người, truyền thông tổng hợp Để đạt yêu cầu xã hội này, mục tiêu tham gia đóng góp vào phát triển loài người thiết kế kiến trúc mạng hệ dựa nguyên lý sau: (1) Dung lượng lớn: Dung lượng tốc độ tăng yêu cầu nhằm thỏa mãn nhu cầu lưu lượng tương lai, nhu cầu lưu lượng dự đoán tăng gấp khoảng 1000 lần 13 năm so với nhu cầu (2) Tính quy mơ: Các thiết bị kết nối tới mạng phong phú, từ server chất lượng cao đến cảm biến đơn chức Mặc dù lưu lượng tạo thiết bị nhỏ, số lượng thiết bị lại lớn, ảnh hưởng đến số lượng địa trạng thái mạng (3) Tính mở: Mạng phải mở có khả hỗ trợ nguyên lý cạnh tranh phù hợp (4) Tính bền vững: Sự khả dụng cao quan trọng mạng đáng tin cậy dịch vụ quan trọng chăm sóc sức khỏe, điều khiển đèn giao thông, dịch vụ giao thông vận tải khác, bản tin cấp cứu (5) Tính an tồn: Kiến trúc phải nhận thực tất cả kết nối hữu tuyến vơ tuyến Kiến trúc phải thiết kế để có thể đảm bảo an toàn bền vững theo điều kiện tai họa (6) Tính phân tập: Mạng phải thiết kế đánh giá dựa yêu cầu truyền thông đa dạng mà không xem xét ứng dụng cụ thể khuynh hướng sử dụng (7) Tính khả dụng khắp mơi: Để phát triển rộng rãi, cần xây dựng xã hội hướng tái tạo Một mạng giám sát tổng thể mơi trường tồn cầu từ quan điểm khác không thể thiếu để đạt mục tiêu (8) Sự tích hợp tính đơn giản: Việc thiết kế phải đơn giản hóa cách tích hợp thành phần chung, khơng việc đóng gói chức khác Tính đơn giản làm tăng độ tin cậy làm thuận lợi cho việc mở rộng (9) Mơ hình mạng: Để mạng thơng tin tiếp tục trở thành nền tảng xã hội, kiến trúc mạng phải có thiết kế bao gồm mơ hình kinh doanh, tính kinh tế phù hợp cung cấp cho nhà cung cấp dịch vụ công ty kinh doanh nền công nghiệp truyền thông (10) Sự tiết kiệm nguồn: Khi chất lượng mạng tăng lên, tiêu thụ nguồn tăng lên, thiết bị router yêu cầu nguồn cung cấp tiết kiệm Xã hội dựa mạng thông tin tương lai phải trở nên thân thiện (11) Tính mở rộng: Mạng phải có khả trì Nói khác đi, mạng phải đủ linh hoạt để có thể mở rộng nhu cầu xã hội phát triển Định nghĩa vai trò cấu trúc mạng NwGN Một kiến trúc mạng tập nguyên tắc thiết kế cách trừu tượng Những nguyên tắc trở thành tiêu chí cho việc đưa định đối mặt với lựa chọn số nhiều thiết kế khác Nói theo cách khác, kiến trúc mạng hỗn hợp khoa học kỹ thuật Mặc dù có thể đánh giá mạng cụ thể đáp ứng yêu cầu định hay khơng được; khơng có phương pháp chung cho việc thiết kế mạng mà thỏa mãn u cầu Vì vậy, kiến trúc mạng có mục tiêu để giúp trình thiết kế cho yêu cầu đáp ứng tốt hay kết quả thu ổn định Đó khái niệm thỏa mãn yêu cầu người sử dụng lẫn thành phần cơng nghệ Một kiến trúc mạng tuyệt vời có khoảng trống yêu cầu người sử dụng phát triển công nghệ để mang lại mạng tối ưu hóa ổn định Hình - Vai trị kiến trúc mạng Q trình nghiên cứu khai phá, sáng tạo mạng NwGN phải bao gồm q trình nghiên cứu về cơng nghệ, lựa chọn tích hợp cơng nghệ theo nguyên lý thiết kế, từ đề xuất phương án kiến trúc thủ tục, giao thức Q trình thiết kế kiến trúc ln thử nghiệm, đánh giá thông qua mô testbed (môi trường thử nghiệm) cải tiến, sửa đổi thông qua feedback thử nghiệm Hình - Quá trình nghiên cứu phát triển kiến trúc mạng Các dự án phát triển mạng NwGN Chúng ta phải có tầm nhìn cho mạng tương lai Mặc dù khó dự đốn điều có 10 15 năm tiếp tương lai; có phải mạng theo định hướng xã hội lý tưởng, nghiên cứu phát triển cần tiến hành trực tiếp với mạng thực Mạng ý tưởng tương lai mà khơng liên quan đến mạng sử dụng ngày chí cả thiết bị hệ thống Mạng hệ không thể thực hoạt động giống tham khảo cho nghiên cứu phát triển mạng tương lai Có lo ngại việc nghiên cứu phát triển thực dựa cơng nghệ có, đường thực trình phát triển cho mạng xã hội phản ánh lợi ích hợp tác cơng ty tối ưu hóa bị giảm xuống tối ưu cục Ngoài ra, khoảng cách lớn có thể xảy nghiên cứu phát triển dựa công nghệ công nghệ mạng giới hạn mạng internet hiên đạt ngưỡng Tuy nhiên, tin tưởng kiện thực với ý tưởng giải pháp tương lai về mạng dự án nghiên cứu phát triển mạng có thể xác định thực bước Có nhiều dự án nghiên cứu phát triển mạng kết thúc việc kế thừa cải tiến về cơng nghệ việc mở rộng mạng Internet Đó xu hướng mạnh mẽ để thực việc phát triển với mạng internet tại, thừa hưởng phát triển dựa theo sáng tạo Song ý tưởng dự án nghiên cứu phát triển mạng với nền tảng hoàn toàn, với ý tưởng không bị phụ thuộc vào khái niệm internet Hình - Xác định phát triển mạng hệ Các dự án bắt đầu nước khác để giải bản vấn đề gặp phải internet để tiến hành nghiên cứu, phát triển việc thiết kế mạng internet tương lai thay cho mạng Những dự án sử dụng cách gọi tên khác mạng internet tương lai hay mạng hệ mới, song mục đich nghiên cứu bao gồm kế hoạch dài hạn với “ thiết kế từ đầu” hay “ nền tảng trắng” Ở Mỹ, dự án NewArch bắt đầu vào năm 2000 hội thảo FDNA ( hướng phát triển kiến trúc mạng tương lai) tổ chức SIGCOMM, liên kết với dự án NSF với tên FIND GENI Ở châu Âu, Euro-NGI dự án truyền thông tự động bắt đầu năm 2003, dự án Nghiên cứu Thử nghiệm Internet tương lai lên kế hoạch (FIRE) Chương trình Khung Cơ sở lần thứ VII (FP7) Ở Nhật, chương trình chiến lược UNS bắt đầu năm 2005 Bộ nội vụ truyền thông, về mạng hệ dựa sáng tạo hoàn toàn về khái niệm cách sử dụng công nghệ mạng quang để mở rộng IP Nó bắt đầu với kiến trúc mạng tích hợp tạo với quan điểm lâu dài tương lai Viện quốc gia về thông tin truyền thông (NICT) tiến hành nghiên cứu phát triển mạng tương lai Tổ chức mở Trung tâm nghiên cứu mạng hệ mới, chủ yếu nghiên cứu về kiến trúc mạng Hình – Các dự án nghiên cứu kiến trúc mạng từ nền tảng trắng Dự án AKARI năm 2006 Thiết kế bản nghiên cứu năm đầu tiên, cải tiến, phát triển năm AKARI xác định danh sách yêu cầu xã hội nguyên lý thiết kế để hỡ trợ chúng Nó đưa cơng nghệ thiết kế bản tương lai nguyên lý thiết kế liên quan Đề xuất vấn đề cần nghiên cứu Các xu hướng nghiên cứu thách thức mạng NwGN hướng tới mạng tương lai nơi lúc, tương tác tập trung hướng người sử dụng có thể chia thành lĩnh vực sau: 5.1 Các hướng nghiên cứu về sử dụng, kiến trúc, hạ tầng mạng Các lĩnh vực nghiên cứu mạng NwGN có thể phân chia sau: • Chủn mạch gói quang đường thơng tin quang: Khả sử dụng cơng nghệ chủn mạch gói quang sử dụng dung lượng lớn công nghệ quang phương pháp yêu cầu tích hợp nguyên lý chuyển mạch có yêu cầu khác để cung cấp dịch vụ khác 10 dụng, lát thành phần, cổng thông tin cho tìm kiếm tài ngun, cổng thơng tin để quản lý sách tồn GENI, dịch vụ cần thiết cho hoạt động quản lý Chúng nhóm lại với dự án GENI cần phải cung cấp tập hợp khả để khởi động sở hạ tầng và, nói chung, không bao hàm trường hợp khác chức tương tự Ví dụ, có thể có nhiều dịch vụ khám phá tài nguyên Có nhiều clearinghouses, chúng liên hiệp Một ứng dụng “liên hiệp” giao diện clearinghouse Thành phần Là khối xây dựng bản kiến trúc Ví dụ, thành phần có thể tương ứng với máy tính, định tuyến tùy biến, điểm truy cập có thể lập trình Một thành phần đóng gói tập tài nguyên, bao gồm cả tài nguyên vật lý (ví dụ , CPU, nhớ, đĩa, băng thông ), tài ngun lơ gic (ví dụ , mơ tả tập tin, số cổng), tài nguyên tổng hợp (ví dụ , tuyến chuyển tiếp gói nhanh) Chức sở GENI bao gồm chủ sở hữu phận nền mạng, chịu trách hữu/ quản lý nhiệm về hành vi bên ngồi có thể nhìn thấy thiết bị họ, thiết lập sách mức cao cho phần bề mặt sử dụng Một quan quản lý (MA) chịu trách nhiệm số tập hợp thành phần, tổ hợp, dịch vụ: cung cấp ổn định hoạt động cho thành phần, đảm bảo thành phần hoạt động theo sách sử dụng chấp nhận, thực mong muốn phân bổ tài nguyên chủ sở hữu thành phần (Lưu ý quan quản lý có khả trở thành chủ sở hữu nhà khai thác, số trường hợp, MA tương ứng với tổ chức nhất, chủ sở hữu nhà điều hành Trong trường hợp khác, chủ sở hữu điều hành riêng biệt, với chủ sở hữu thiết lập "thỏa thuận quản lý" với nhà điều 42 hành.) Cổng thông tin Cổng thông tin biểu thị giao diện - đồ họa, chương trình, cả hai - định nghĩa "điểm truy nhập" mà qua người dùng truy cập GENI Cổng thơng tin có khả thực kết hợp dịch vụ Cộng đồng người sử dụng khác có thể xác định cổng thông tin phù hợp với nhu cầu cộng đồng, với mỡi cổng thơng tin xác định mơ hình khác cho slice, hỗ trợ phương thức thử nghiệm khác Ví dụ, cổng thơng tin có thể tạo lập lịch slice thay mặt cho nhà nghiên cứu chạy thí nghiệm kiểm sốt ngắn hạn, người khác có thể u cầu tài nguyên cần thiết chạy dịch vụ dài hạn Tuy nhiên, cổng thơng tin khác có thể thiết kế riêng cho nhà khai thác có trách nhiệm để giữ cho thành phần GENI hoạt động Tài nguyên Tài nguyên khái niệm trừu tượng tính có thể chia sẻ thành phần phân bổ người quản lý thành phần mô tả RSpec Tài nguyên phân chia cho tính tốn, đo lường, trùn thơng, lưu trữ.Tài nguyên có thể chứa thiết bị vật lý phân phối qua thiết bị , phụ thuộc vào bản chất thành phần Lớp nền GENI cung cấp tập hợp phương tiện vật lý (ví dụ thiết bị định tuyến, vi xử lý, liên kết, thiết bị không dây), mà gọi nền Thiết kế nền có liên quan với việc đảm bảo tài nguyên vật lý, bố trí, cấu trúc liên kết kết nối đủ để hỗ trợ mục tiêu nghiên cứu GENI Giao diện Mặt phảng Mơ tả đo Cấu hình cho hạ tầng đo lường; quản lý thu thập liệu lường Mặt phẳng điều Tìm kiếm tài nguyên, dự trữ, phát hành; kiểm sốt lát (ví dụ, 43 khiển bắt đầu thử nghiệm hủy bỏ), sửa lỗi Mặt phẳng thử Luồng liệu thử nghiệm, gỡ rối, điều khiển thử nghiệm nghiệm Mặt phẳng điều Dữ liệu trạng thái hoạt động; điều khiển slice đặc quyền thành khiển quản lý phần/ tổ hợp; báo cáo kiện mạng Tham gia chọn Kết nối mạng GENI không GENI thông qua, ví dụ, IP, đường lựa hầm IP, giao thức kết nối (có dây khơng dây) trùn thống Các thử nghiệm GENI có thể chạy trên GENI (như dịch vụ thử nghiệm truy cập người sử dụng Internet) người sử dụng cuối có thể lựa chọn tham gia chạy mã thử nghiệm hệ thống cuối họ Đề xuất xây dựng môi trường thử nghiệm mạng NwGN Việt nam Việc xây dựng mơi trường thử nghiệm đầy đủ hồn thiện, mang tính tổng quát đáp ứng lĩnh vực nghiên cứu chưa thực tế Việt nam, đầu tư kinh phí q lớn Khơng để xây dựng dự án cần nguồn nhân lực khoa học, công nghệ (các Trường Đại học, Viện nghiên cứu) lớn, cần có phối hợp, liên kết chặt chẽ trợ giúp Chính phủ, Bộ Tổ chức khoa học giới Dự án GENI với hỗ trợ NSF nhằm phát triển phương tiện toàn cầu chia sẻ cho nghiên cứu phát triển mạng dịch vụ NwGN, đòi hỏi mức đầu tư xấp xỉ 370M USD, với thời gian dự kiến năm (các ý tưởng thiết kế ban đầu năm 2005, nhiên dự án thực muộn hơn, từ 2008) Từ nhận định trên, Việt nam nay, trước hết đề xuất việc xây dựng Lab, Testbed qui mô nhỏ, độc lập, tập trung vào công nghệ tiên tiến có khả ứng dụng rộng rãi, có thể sử dụng thời điểm tại, có khả phát triển lâu dài tương lai Các Lab, Testbed độc lập này, có thể liên kết với nhau, nhằm tận dụng hạ tầng tài nguyên nhau, hỗ trợ lẫn mục tiêu nghiên cứu chung về kiến trúc công nghệ mạng NwGN Trên sở Lab, mạng thử 44 nghiệm, hạ tầng sở có sẵn (đóng vai trị tổ hợp, thành phần môi trường thử nghiệm) có thể tiến tới xây dựng mơi trường thử nghiệm GENI Để tận dụng nguồn lực tài nguyên sở nghiên cứu giới, cần thiết liên hợp GENI Việt nam với GENI toàn cầu, sở thỏa thuận sách, giao diện chung Ngoài ra, để tận dụng khả điều kiện Việt nam, nên trọng đầu tư xây dựng công cụ thử nghiệm ảo, chủ yếu dựa việc xây dựng phần mềm mô phỏng, giảm thiểu đầu tư trang thiết bị phần cứng Song song với việc xây dựng môi trường thử nghiệm riêng mình, có thể tham gia vào dự án nghiên cứu về GENI giới, đề xuất tham gia sử dụng môi trường thử nghiệm GENI có xây dựng tư cách thành viên/ tổ chức nghiên cứu 9.1 Giai đoạn – Xây dựng hạ tầng thành phần, tổ hợp Giai đoạn có thể bắt đầu từ bây giờ, tiến hành không hạn chế về thời gian Do công nghệ mạng ln ln phát triển, nên việc xây dựng phịng thí nghiệm, thành phần mơi trường thử nghiệm trình liên tục 1) Các hướng dẫn xây dựng Lab, Testbed Các hệ thống thử nghiệm cho mạng hệ có thể kiểm tra tất cả truyền dẫn chuyển đổi công nghệ, giao thức mạng ứng dụng Để đạt điều này, nên theo hướng dẫn sau đây: Sử dụng kết quả từ nghiên cứu phát triển Nghiên cứu phát triển mục tiêu mạng hệ tất cả phân lớp từ lớp vật lý đến lớp ứng dụng Vì vậy, mạng thử nghiệm tồn phải xây dựng sử dụng cơng nghệ trùn dẫn có thiết bị chuyển mạch nên mở rộng để hỗ trợ kiểm tra công nghệ giao thức lớp liên kết lớp cao có nút mạng, nút người sử dụng, hệ thống điều khiển mạng nên tảng ứng dụng Tương tự vậy, công nghệ lớp thấp bao gồm lớp vật lý công nghệ mạng quang phát triển công nghệ không dây tốc độ cao nên kết hợp 45 với kiểm tra môi trường thử nghiệm mới, điều bước cung cấp nền tảng cho việc kiểm tra công nghệ giao thức phân lớp cao yêu cầu kiến trúc mạng hệ Đảm bảo tính linh hoạt - Vì kiến trúc mạng hệ tập giao thức cho lớp chưa xác định, giao thức, phương pháp kiến trúc đa dạng có thể tồn mà khơng có tập giao thức tập hợp theo số tiêu chuẩn mạng tương lai, thử nghiệm phải có mức đọ linh hoạt để hỗ trợ giao thức, phương pháp kiến trúc khác Nói cách khác, phần cứng phần mềm thử nghiệm phái có mức độ linh hoạt cao để hỗ trợ phương pháp chưa rõ kết hợp phương pháp có thể tồn tương lai Các lập trình thiết bị định tuyến chủ đề nghiên cứu phát triển dự án nhằm - đáp ứng mục tiêu về mạng hệ tương lai Cụ thể hơn, điều giống với khái niệm vơ tuyến phần mềm, cấu hình phần cứng phần mềm mà có thể hỡ trợ nhiều phương pháp truyền khác - nhau, nhiều giao thức mạng ứng dụng mong muốn Các thành phần mạng thử nghiệm thơng thường mạng có dây tốc độ cao Ngược lại, thử nghiệm mạng hệ nên bao gồm mạng đa dạng khác chẳng hạn mạng không dây, mạng gia đình mạng cảm biến Ngồi ra, hữu ích mơi trường cung cấp cho mạng không dây cho phép kiểm tra trùn thơng có di chủn tốc độ cao diễn Với mạng gia đình, mạng khơng dây nhà, mạng điện tử tiêu dùng (thiết bị gia dụng mạng) mạng truy cập nhà nên có thể thống cung cấp hình thức thực tế Khả thử nghiệm dịch vụ ứng dụng đa dạng mạng liên kết thống với với mạng cảm - biến nhà điều mong muốn Đối với truyền thông di động không dây, việc cung cấp môi trường xem xét giá trị chức sau: 46 + Không gian cột sắt mái nhà cao tầng với trạm sở khơng dây có thể cài đặt mạch có dây cho kết nối trạm sở không dây vào mạng + Các nút định tuyến không dây cài đặt cho vật thể di chuyển (như taxi, xe buýt tàu điện hỏa) + Truy cập tới mạng không dây phổ biến Cung cấp công nghệ Cho phép nghiên cứu thực tế nhằm đạt cải tiến thêm, công nghệ có nên đưa vào thử nghiệm cho chúng có thể tự truy cập sử dụng kiểm tra thay đổi sở Cung cấp mơi trường nghiên cứu an tồn Vì nghiên cứu bản cần tiến hành điều kiện bảo mật, nên sách cần thiết cho thử nghiệm sử dụng mà việc nghiên cứu không bị tiết lộ nội dung ngồi Kích hoạt tính hữu ích hiệu quả ý tưởng chứng minh Như đề cập trước đó, phương pháp truyền, điều khiển mạng ứng dụng phải có khả kiểm tra Ngồi ra, để cho thấy phương pháp, điều khiển ứng dụng hữu ích, mơi trường u cầu phái có thể cho phép chúng thử nghiệm liên kết, nơi mà nhiều loại lưu lượng qua kiểm tra lưu lượng khác Bằng chứng về khả hoạt động dịch vụ thực tế Ví dụ, hệ thống ứng dụng mà sử dụng mạng Internet nay, khả hoạt động phải đảm bảo cả tắc nghẽn xảy Lưu lượng phải truyền theo điều kiện khác để kiểm tra nút định tuyến Để thực điều này, thử nghiệm phải hỗ trợ loại ghép kênh khác lưu lượng tạo ứng dụng thực thiết bị lưu lượng Kích hoạt kiến trúc thơng thường chia sẻ 47 Một thiết kế bao quát nền tảng phát triển thành phần công nghệ phát triển giao thức Điều quan trọng để trì độc lập việc nghiên cứu, tham khảo chức phổ biến mạng Ngoài ra, cách tiếp cận từ quan trọng để tạo môi trường cho phép phận thông thường thu thập chia sẻ với nghiên cứu khác để thử nghiệm chức tổng thể kiến trúc 2) Thiết kế hệ thống thử nghiệm sử dụng công nghệ ảo hóa mạng Cơng nghệ ảo hóa mạng hiệu quả đáp ứng yêu cầu Phần đưa thiết kế định tuyến ảo, cơng nghệ ảo hóa mạng Trong mạng thử nghiệm bao gồm định tuyến ảo, VM (máy ảo) giao cho thực nghiệm Vì định tuyến ảo cần thiết để xây dựng mạng ảo, máy ảo với mỗi mục tiêu thử nghiệm chuẩn bị nhiều định tuyến vật lý Cụ thể hơn, sử dụng định tuyến ảo cho phép loại thử nghiệm sau đây: - Bằng cách thực trừu tượng tài nguyên nút lớp liên kết liệu, giao thức khác kiến trúc có thể thực phân lớp cao Tương tự vậy, cơng nghệ có phân lớp cao có thể thực Với thiết bị định tuyến ảo, người sử dụng (người dùng thử nghiệm) có thể thực thực nghiệm tự giới thiệu phương pháp truyền thông họ phân lớp cao - Bằng cách cô lập tài nguyên nút tài nguyên mạng thực nghiệm thực hiện, hoạt động kiểm tra có thể thực dịch vụ thực tế mà không ảnh hưởng đến thực nghiệm khác hay lưu lượng sử dụng Mặt khác, việc tắc nghẽn có thể tạo cho thực nghiệm cụ thể Khi tài nguyên bị cô lập, nội dung truyền thông thực nghiệm chạy máy ảo biết mỡi người sử dụng máy ảo Vì vậy, nội dung thực nghiệm nhiều việc chưa biết nhiều thực nghiệm tồn 48 Để đưa định tuyến ảo thực nghiệm, nút thực nghiệm phải có tính sau: (1) Độ phức tạp lớp trừu tượng Các lớp trừu tượng hóa (ảo hóa) phải có khả tự thiết lập mỡi máy ảo VM Ví dụ, phải phương tiện cho phép thử nghiệm công nghệ L2 L3 thực thời điểm (trên máy ảo riêng biệt) định tuyến vật lý (2) Lập sơ đồ công nghệ ghép kênh phân lớp thấp Một sách bản đồ phải xác định công nghệ ghép kênh L2/L1 tài nguyên mạng bị cô lập ảo hóa mạng phân lớp cao Ví dụ, yêu cầu QoS yêu cầu tài nguyên mạng đưa định tuyến không dây, phương tiện xác định phương pháp truyền thông mà sư dụng công nghệ L1 để lập bản đồ với phân lớp cao máy ảo nhằm thỏa mãn yêu cầu Đồng thời, máy ảo phải có đủ tính linh hoạt để cho phép công nghệ lớp thấp khác hỗ trợ (3) Quản lý tài nguyên Một chế quản lý tài nguyên thống cần thiết cho nguồn tài nguyên nút tài nguyên mạng tồn thử nghiệm, Vì nhiều thử nghiệm thực đồng thời, cạnh tranh nguồn tài nguyên cần thiết có thể xảy thử nghiệm Vấn để xếp tối ưu định tuyến ảo phải xử lý để xác định định tuyến vật lý mà định tuyến ảo cấu hình để thực thực nghiệm Để thực điều này, phải xác định phương pháp thu tài nguyên mở rộng sử dụng để trừu tượng tài nguyên mạng thực thể Công nghệ giám sát lập kế hoạch sử dụng tài nguyên cần thiết (4) Kết nối bên 49 Nếu nhiều thực nghiệm mạng hệ tồn tại, việc kết nối chúng yêu cầu bản Để thực nghiệm chứa tài nguyên nhau, phải có hợp tác nguồn tài nguyên việc quản lý sử dụng mỗi thực nghiệm, giao diện mạng (NNI) phải xác định công nghệ phân phối hoạt động phải thiết lập 9.2 Giai đoạn – Xây dựng môi trường thử nghiệm Trên sở nguồn lực xây dựng Lab, Testbed, mạng thử nghiệm tai trường đại học, Viện nghiên cứu, tiến tới xây dựng môi trường thử nghiệm, nghiên cứu thống Mơi trường tích hợp sở thực nghiệm độc lập kết nối qua giao diện chuẩn hoạt động sở hạ tầng nền nhất, hệ thống vận hành quản lý thống Kiến trúc hệ thống mơi trường thử nghiệm mục tiêu trình bày phần Giai đoạn có thể bắt đầu sau 2-3 năm sở sau: - Q trình xây dựng mơi trường thử nghiệm nên bắt đầu thành phần/ tổ hợp, Lab, testbed xây dựng hoàn thiện tương đối đầy đủ Các thành phần/ tổ hợp, tạo nên hạ tầng cho GENI Hơn nữa, tài nguyên mạng tương đối đa dạng đầy đủ, việc kết hợp chúng có ý nghĩa - Sau 2-3 năm nữa, phần lớn môi trường thử nghiệm giới vào hoạt động, có thể học hỏi, tiếp thu kinh nghiệm, thiết kế, kiến thức,… lĩnh vực này, nhằm tạo môi trường thử nghiệm phù hợp với điều kiện Việt nam - Trên sở môi trường GENI tồn cầu mơi trường thử nghiệm khác, có thể xây dựng phương án liên hợp với mơi trường Qua có thể tính tốn xây dựng phương án phù hợp, tối đa tận dụng nguồn tài nguyên giới, giảm thiểu chi phí xây dựng GENI Việt nam Các nguyên lý thiết kế GENI hệ thống phân tán phức tạp bao gồm cơng nghệ mạng tính tốn rộng lớn, tập dịch vụ phần mềm Xây dựng GENI cơng việc khó khăn, 50 quan trọng phương tiện phải xây dựng theo tiến độ thời gian phạm vi đầu tư cho phép Chúng ta xác định số nguyên lý thiết kế kỹ thuật cho quan trọng: • Bắt đầu kiến trúc hệ thống: Việc chia nhỏ hệ thống thành khối xây dựng thành phần phức tạp rủi ro phụ thuộc lẫn thành phần không quản lý lớn Thành công Internet phần lớn kiến trúc cho phép thành phần phát triển độc lập lẫn Kiến trúc GENI phải thiết kế nguyên lý vậy, công nghệ độc lập có thể đưa vào khung quản lý không phụ thuộc lẫn nhau, dịch vụ phân bố độc lập phát triển khơng có kết hợp chặt chẽ với Giải pháp kỹ thuật quan trọng để tạo khả quản lý q trình xây dựng • Xây dựng hiểu rõ: Vì phần mềm nhân tạo, có xu hướng thêm thắt đặc tính; xác định đặc tính mà hệ thống phải dàng so với làm cho chúng làm việc với Điều có thể dẫn đến hệ thống trở nên phức tạp làm việc Do đó, việc tổng hợp yếu tố phát triển • Xây dựng dần dần, xem xét kinh nghiệm phản hồi: Xuất phát từ kết quả nghiên cứu khoa học máy tính, xây dựng phần mềm phần cứng, rẻ xử lý lỗi giai đoạn sớm Cách tốt cho phép hệ thống hoạt động sau có thể, đạt kinh nghiệm với hệ thống, bước phát triển hệ thống dựa đạt từ chúng • Thiết kế giao thức phần mềm mở: Động lực việc xây dựng hệ thống phần mềm lớn người sử dụng phương tiện – cộng đồng nghiên cứu khoa học máy tính – họ khả thiết lập phát triển hệ thống, cho họ công cụ đắn Điều tự xây dựng hệ thống cho bản thân Chúng ta dự định xây dựng hệ thống tiếp tục phát triển sau dự án kết thúc Các thành cơng khoa học máy tính tiếp tục phát huy, 51 chúng tiếp tục phát triển người sử dụng, sau đưa ban đầu • Kế thừa từ phần mềm có: Một số khía cạnh GENI phát triển mới, hi vọng có số phần mềm có sử dụng Điều quan trọng tận dụng ưu phần mềm này, mở rộng có thể, cho phép hỡ trợ hệ thống • Kế thừa từ hạ tầng có: Trong GENI cung cấp môi trường cho thực nghiệm khái niệm mạng chưa trải nghiệm Internet thời, GENI phải có khả kế thừa Internet thời cấu “khởi động” GENI không kiến trúc theo giả thiết Internet – để giải pháp cho giao thức có thể thay thời – không thể bỏ qua việc sử dụng Chiến lược cho GENI phụ thuộc vào kiến trúc hay khả mạng tương lai Một điều quan trọng phải xem xét chi phí vận hành để quản lý, trì phương tiện GENI sau hoàn thành xây dựng Triển khai xây dựng GENI Để thực triển khai GENI, mức thấp cần xây dựng nền mạng bao gồm tập đa dạng thiết bị mạng, đường kết nối truyền thông, mạng truy nhập Mỗi thử nghiệm GENI chạy số nhỏ tài nguyên nền GENI Tài nguyên nền giới hạn cho thử nghiệm lát Mỗi lát bao gồm nhiều nút (bao gồm vi xử lý vật lý lẫn máy ảo ghép phần cứng chia sẻ) kết nối link (bao gồm cả vật lý lẫn ảo), trải số dạng mạng (bao gồm mạng cố định, không dây, mạng cảm ứng) Phương tiện GENI bao gồm cả khung quản lý chung, phân bổ tài nguyên cho lát, đảm bảo lát không can thiệp lẫn nhau, giúp nhà nghiên cứu quản lý thực nghiệm họ Khung quản lý hỗ trợ cả hai mơ hình sử dụng khác lát Trong mơ hình đầu tiên, nhà nghiên cứu với thử nghiệm ngắn yêu cầu lát từ tài nguyên GENI 52 cho thời gian giới hạn, chạy thử nghiệm họ, giải phóng tài nguyên cho nhà nghiên cứu khác Trong mơ hình thứ hai, nhà nghiên cứu triển khai đánh giá thử nghiệm dài, hỗ trợ cộng đồng khách hàng thực tế yêu cầu tài nguyên GENI cho thời gian không xác định Nền mạng vật lý Nền mạng vật lý cấu thành từ thành phần Mặc dù thành phần đơn không thể hoạt động đơn lẻ, tập thành phần chọn GENI dự kiến cho phép tạo mạng ảo bao hàm nhu cầu cộng đồng nghiên cứu GENI Tập thành phần khối xây dựng phát triển qua thời gian công nghệ yêu cầu nghiên cứu, GENI có thể xác định thành phần ban đầu như: • Các cluster biên có khả lập trình: cung cấp tài ngun tính tốn cần thiết để xây dựng dịch vụ ứng dụng diện rộng, để triển khai thành phần mạng • Các nút mạng lõi có khả lập trình: triển khai chức xử lý liệu lõi cho lưu lượng lớn tơc độ cao • Các nút mạng biên có khả lập trình: triển khai chức chuyển tiếp liệu biên mạng truy nhập lõi tốc độ • Các nút mạng khơng dây có khả lập trình: triển khai proxy tính chuyển tiếp mạng lõi cố định mạng không dây • Thiết bị khách hàng di động: chạy ứng dụng cho phép truy nhập người sử dụng cuối vào dịch vụ thử nghiệm có sẵn nền khơng dây/ có dây tích hợp • Phương tiện sợi quang: cung cấp kết nối nút mạng lõi GENI, tạo thành mạng lõi quốc gia Ngồi cịn có loạt công nghệ thành phần, nhằm kết nối vị trí biên GENI với mạng lõi, lõi GENI với Internet tại: 53 • Các điểm trao đổi Internet kết nối mạng trục GENI với Internet • Mạng khơng dây Mesh dựa 802.11 cung cấp hỗ trợ thử nghiệm thực tế cho nghiên cứu mạng mesh ad-hoc dựa hệ vô tuyến băng hẹp • Mạng khơng dây 3G/ WiMax cung cấp truy nhập mở cho vô tuyến 3G/ WiMax, với vơ tuyến dải hẹp 802.11 cho mơ hình dịch vụ lai ghép • Mạng vơ tuyến thơng minh hỗ trợ phát triển thử nghiệm khẳng định cho phân bổ phổ, truy nhập, mơ hình thỏa thuận • Mạng cảm ứng có khả hỡ trợ nghiên cứu cả về giao thức thời ứng dụng chi tiết mạng cảm ứng • Lưới mơ hỡ trợ thử nghiệm kiểm soát cách cho phép nhà nghiên cứu đưa sử dụng cách nhân tạo lưu lượng điều kiện mạng khung thử nghiệm Khung quản lý chung Phần bản thứ hai GENI khung quản lý chung, kết hợp thành phần khối xây dựng vào tạo nên công cụ khoa học thống – phương tiện chung có khả hỡ trợ nghiên cứu Khung quản lý, chủ yếu thực phần mềm, có nhiệm vụ nhúng lát vào nền GENI, điều khiển lát cho nhà thử nghiệm Một thuộc tính quan trọng khung quản lý hỗ trợ điều khiển phân tán Các khối xây dựng riêng thường tự trị tự quản lý, chúng có thể bao hàm vào lát giao diện xác định Tập khối xây dựng – mạng khơng dây hồn chỉnh, mạng vùng tai vị trí biên, kết hợp thành phần tạo thành mạng trục – có thể gắn với thành tổ hợp quản lý độc lập Tương tự, tổ chức bên phân bố tài nguyên chúng liên hợp với GENI, giữ quyền tự điều khiển thành phần họ Khung cho phép dịch vụ quản lý đa dạng, phát triển độc lập với nhau, với dịch vụ cung cấp khả cho sở người sử 54 dụng cụ thể Tất cả yếu tố quản lý độc lập đưa cho nhà nghiên cứu thực thể logic nhất, thơng qua sử dụng giao diện web Chìa khóa cho khung quản lý phân biệt rõ ràng lõi bền vững tối thiểu từ dịch vụ quản lý bậc cao có khả mở rộng Lõi tối thiểu GMC tạo nên kiến trúc GENI hẹp Nó kết nối logic đa dạng không thay đổi thành phần khối xây dựng với dịch vụ quản lý Đó dịch vụ phụ trợ người sử dụng, nhúng lát vào nền, điều khiển thử nghiệm chúng hoạt động Giảm rào chắn cho nhà nghiên cứu truy cập sử dụng nền vật lý GENI mục tiêu chủ yếu dịch vụ quản lý 9.3 Một số khuyến nghị • Chú trọng xây dựng mơi trường mô mở, linh hoạt phục vụ nghiên cứu mạng NwGN Các mơi trường ảo có thể đảm bảo phục vụ, hỗ trợ nghiên cứu nhiều lĩnh vực về kiến trúc mạng dựa hạ tầng truyền dẫn mạng ảo, giao thức, giao diện, kịch bản mạng có khả lập trình • Dựa hạ tầng mạng xây dựng ảo, có thể thực nghiên cứu, tạo lập, thử nghiệm, kiểm tra dịch vụ ứng dụng mới, thông qua giao diện ứng dụng mềm dẻo • Cần thiết xây dựng số phịng thí nghiệm cơng nghệ tiến tiến, trọng phát triển, chiếm lĩnh phần lớn ứng dụng dịch vụ tương lai: công nghệ truyền dẫn chuyển mạch quang, phịng thí nghiệm thơng tin di động cơng nghệ cảm ứng (sensor) Đây cơng nghệ có tiềm năng, có nhiều ứng dụng thực tiễn thời điểm Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu về dịch vụ tương lai (về dung lượng, số lượng, quản lý, an toàn, kiến trúc, …), nghiên cứu nâng cấp, cải tiến, nền công nghệ phát triển mạnh mẽ thu hút quan tâm giới khoa học công nghệ • Đẩy mạnh trọng việc liên kết, chia sẻ thông tin, hợp tác nghiên cứu với tổ chức khoa học (Viện, Trường Đại học) giới Nhằm chia sẻ 55 nguồn tài nguyên về kiến thức, hạ tầng môi trường thử nghiệm (Lab, Testbed) Nếu có thể, tham gia dự án về nghiên cứu phát triển mạng NwGN, cơng nghệ liên quan Đăng kí tham gia sử dụng mơi trường thử nghiệm giới • Liên hợp môi trường thử nghiệm GENI Việt nam với môi trường thử nghiệm toàn cầu giao diện chuẩn thỏa thuận sách về hợp tác, khai thác, quản lý,… Việc liên hợp với GENI toàn cầu giúp cho khai thác nguồn tài nguyên giới, đẩy mạnh hợp tác đóng góp Việt nam q trình nghiên cứu chung 56