Ứng dụng của SDN

24 Kết luận chương 2

3.1.3. Ứng dụng của SDN

Với những lợi ch mà SDN đem l i, SDN có th tri n khai trong ph m vi các doanh nghiệp hoặc trong cả các nhà cung cấp h tầng và dịch vụ viễn thông đ giải quyết các yêu cầu của các nhà cung cấp t i mỗi phân khúc thị trường.

Áp dụng trong Trung tâm dữ liệu (DC): Việc ảo hóa các thực th m ng của kiến trúc SDN cho phép việc mở rộng trong DC di cư tự động các máy

45

ảo, tích hợp chặt chẽ hơn với kho lưu trữ, s dụng server t t hơn s dụng năng lượng thấp hơn và t i ưu ăng thông

Áp dụng đ i với dịch vụ Cloud: Khi được s dụng đ hỗ trợ một môi trường đ m m y ri ng hoặc tích hợp, SDN cho phép các tài nguyên m ng được cấp ph t theo phương thức linh ho t cao, cho phép dự phòng nhanh các dịch vụ đ m m y và handoff linh ho t hơn với các nhà cung cấp đ m m y bên ngoài. Với các công cụ đ quản lý an toàn các m ng ảo của mình, các doanh nghiệp và c c đơn vị kinh doanh sẽ tin vào các dịch vụ đ m m y hơn. 3.2. Chức năng ảo hóa mạng (NFV)

Thực tế trong lĩnh vực viễn thông cho thấy rằng s lượng và chủng lo i thiết bị phần cứng chuyên dụng của nhà cung cấp thiết bị càng ngày càng nhiều Đ tri n khai một dịch vụ mới thông thường phải tuân thủ theo các ước như trang ị thêm thiết bị, chuẩn bị cơ sở h tầng, nguồn điện đ lắp đặt các thiết bị này. Công việc chuẩn bị cơ sở h tầng, tích hợp hệ th ng, tri n khai các thiết bị viễn thông trên m ng lưới ngày càng khó khăn Th m vào đó v ng đời các thiết bị phần cứng chuyên dụng thường kết thúc nhanh chóng. V ng đời phần cứng càng trở nên ngắn hơn khi c c cải tiến được áp dụng dẫn tới làm giảm lợi tức đầu tư khi tri n khai dịch vụ.

Chức năng ảo hóa m ng (NFV hướng tới mục tiêu giải quyết những vấn đề trên bằng cách ứng dụng công nghệ ảo hóa IT đ hợp nhất nhiều chủng lo i thiết bị m ng vào các máy chủ switch và storage dung lượng cao tiêu chuẩn công nghiệp. Các chức năng m ng được tri n khai bởi các phần mềm có th ch y trên nhiều chủng lo i phần cứng máy chủ đồng thời có th được di chuy n, khởi t o ở các vị trí khác nhau trong m ng theo yêu cầu mà không cần phải lắp đặt thiết bị mới.

46

Hình 3.2 mô tả mô hình hệ th ng m ng truyền th ng và hệ th ng m ng với NFV.

Trong hệ th ng m ng truyền th ng, nếu nhà cung cấp dịch vụ mu n mở rộng ph m vi khách hàng, hay tri n khai, mở rộng hệ th ng m ng t i vị trí mới điều này kéo theo một lo t các yêu cầu cần thiết về thiết bị cu i (end- user device như router hay CED device Ngoài ra một s thiết bị kh c cũng cần phải được lắp đặt hay tri n khai nếu như nhà cung cấp dịch vụ mu n monitor hay trou leshoot đường truyền cũng như traffic trong m ng.

Hình 3.2. Mô hình hệ thống mạng truyền thống và hệ thống mạng với NFV

Với NFV người dùng hay nhà cung cấp có th quản lý m ng của họ. Kết n i m ng bây giờ sẽ được chuy n từ việc s dụng toàn bộ các thiết bị phần cứng sang việc s dụng một s lượng nhỏ cần thiết các thiết bị phần cứng, các chức năng c n l i sẽ được ảo hóa và quản lý thông qua phần mềm.

47

3.2.1. Cấu trúc của NFV

Hầu như tất cả các chức năng của m ng đều có th ảo hóa. Tuy nhiên, do đang trong qu tr nh ph t tri n và hoàn thiện nên trên thị trường thế giới hiện nay, cấu trúc của NFV được mô tả như h nh 3 3 chủ yếu bao gồm :

- Chuy n m ch ảo: Các cổng vật lý được n i đến các cổng của các server ảo với các router ảo s dụng các gateway SSL VPN.

- Các thiết bị m ng ảo hóa: Các chức năng m ng hiện nay yêu cầu có các kh i thiết bị khác nhau sẽ được thay thế bằng các thiết bị ảo Như: tường l a, bảo mật trang Web, t i ưu hóa và gia t c cho IPS/ IDS, WAN.

- Các dịch vụ m ng ảo: Các ứng dụng đ quản lý m ng như ph n t ch lưu lượng, các công cụ giám sát m ng, cân bằng tải và các bộ gia t c.

- Các ứng dụng ảo: Các ứng dụng của điện to n đ m m y như c c dịch vụ lưu trữ ảo nhằm đ p ứng các yêu cầu ứng dụng đang th nghiệm trên máy điện tho i thông minh và máy tính bảng.

48

3.2.2. Lợi ích của NFV

NFV đem l i lợi ích vô cùng to lớn cho cả nhà khai thác lẫn nhà sản xuất CNTT:

- Giảm chi ph đầu tư và khai th c (Capex và Opex) của nhà khai thác do giảm được chi ph đầu tư thiết bị, công trình lắp đặt máy và giảm lượng tiêu hao năng lượng.

- Rút ngắn thời gian cung cấp cho thị trường khi tri n khai các dịch vụ mới.

- Nâng cao hệ s hoàn v n đầu tư từ các dịch vụ mới.

- T o lập tính linh ho t cao đ nâng cấp từng ước hoặc tháo bỏ từng phần hoặc làm tương tự đ i với các dịch vụ.

- T o cơ hội cho thị trường các thiết bị ảo và gia tăng ứng dụng các phần mềm.

- T o cơ hội đ th nghiệm và sáng t o các dịch vụ mới với độ rủi ro thấp nhất.

NFV được bổ sung SDN đ trở thành một "cặp đôi hoàn hảo" trong xây dựng và phát tri n m ng hiện đ i thế hệ kế tiếp.

3.2.3. Ứng dụng NFV

Các ứng dụng NFV do hệ th ng kiến t o thiết bị m ng (NEPs), nhà cung cấp phần mềm độc lập (ISVs).

NFV được cung cấp đ tri n khai có th tích hợp theo thiết kế và có th tri n khai dưới d ng các mođun ri ng rẽ hoặc giải pháp cho từng lớp tùy thuộc vào sự tăng trưởng của NFV. Các modun này gồm:

- X lý hoàn thiện: Có nhiệm vụ cấu hình h tầng tính toán ảo hóa, thực hiện thiết lập m ng thiết yếu giữa các phần t tính toán giao tiếp với m ng vật lý đ thực hiện ứng dụng NFV.

49

yêu cầu cung cấp dịch vụ và tr ng thái tri n khai hiện thời. Nó chỉ rõ m ng đ kết n i với các phần t t nh to n như thế nào đ t o lập dịch vụ từ đầu cu i đến đầu cu i.

- Quản lý dịch vụ: S dụng mô hình dữ liệu chung và thông tin về tr ng thái từ h tầng được ảo hóa đ đ nh gi hiện tr ng của dịch vụ và các nguồn tài nguy n đang có Kh i này hình thành các dữ liệu đ tích hợp với hệ th ng hỗ trợ vận hành (OSS) hiện có và nhờ vậy giảm thi u sự thay đổi cho OSS hiện có.

- Quản lý chính sách: Thông báo cho cả hai kh i quản lý dịch vụ và bảo đảm hoàn thành nhiệm vụ dưới d ng các chính sách vận hành động và các cấu h nh tĩnh

Cấu tr c NFV được ảo hóa gồm các chức năng t nh to n lưu trữ, tổ chức m ng và quản lý các phần t và thực hiện hoàn toàn tự động. Nó có cấu trúc logic đ có th duy trì các nguồn vật lý và các nguồn ảo.

Cấu tr c NFV được t o bởi các giải pháp phần cứng và phần mềm hoàn chỉnh theo tiêu chuẩn công nghiệp và các server cao cấp, các bộ lưu trữ, tổ chức m ng bên c nh phần mềm c c đ m m y và c c phần mềm của nhà cung cấp dịch vụ truyền thông (CSP).

3.2.4. Kiến trúc NFV C-RAN

C-RAN truyền th ng chia các tr m g c không dây thành các kh i từ xa (RU) bao gồm anten và m ch RF và các kh i s (DU). Nhiều kh i s được đặt ở một vị trí duy nhất đ t o thành một tr m g c tập trung và giao diện fronthaul giữa kh i vô tuyến và kh i s là giao diện vô tuyến chung (CPRI). Đ đ p ứng nhu cầu về dung lượng cao và độ trễ thấp, nhiều RU và DU sẽ cần phải được kết n i bằng cáp quang, th hiện sự gia tăng đ ng k trong tổng chi phí hệ th ng nếu phải lắp đặt thêm cáp quang. Chi phí mở rộng ăng thông fronthaul cho truy cập di động 5G, nhằm mục đ ch cung cấp t c độ gấp

50

10 lần t c độ của m ng 4G, rõ ràng là một vấn đề.

Đ giảm chi phí vận chuy n và giảm thi u nhu cầu về dung lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn NEC [12] đ t m c ch t o ra C-RAN phù hợp; nghiên cứu c c c ch đ giảm đ ng k ăng thông fronthaul ằng cách tách biệt các chức năng RU-DU trong lớp giao thức bên trên lớp vật lý. Hình 3.4 minh họa cấu trúc C-RAN được đề xuất được trang bị các giao diện RU-DU mới. NEC đang xem xét hai cấu trúc CRAN mới có th :

- L2 C-RAN trong đó RU sẽ bao gồm các chức năng lớp vật lý L1 và n dưới, và DU sẽ bao gồm các chức năng của lớp con MAC trở lên.

- L3 C-RAN: RU sẽ bao gồm các chức năng RF L1/MAC/RLC và DU sẽ bao gồm các chức năng PDCP/RRC/RRM/SON

Trong trường hợp L2 C-RAN lưu lượng truy cập của đường truyền có th giảm xu ng so với lớp kh i vận chuy n tương đương với ăng thông cần thiết cho thông tin người dùng. Mặc dù L2 C-RAN sẽ cần đường truyền có độ trễ thấp đ truyền dữ liệu trong khung phụ liên kết vô tuyến, nó có th tập trung ki m soát bộ lập lịch MAC bằng cách s dụng DU và điều chỉnh tập hợp CoMP/sóng mang và các công nghệ nâng cấp các thiết bị phát sóng nhỏ như small cell

L3 C-RAN sẽ truyền gói tin IP từ RU qua DU và có th giảm ăng thông từ RU qua DU với t c độ truyền thông tin của người dùng gi ng như L2 C- RAN Nó cũng sẽ làm giảm đ ng k độ trễ bằng c ch đặt bộ lập lịch MAC ở phía RU, với lợi ích bổ sung của các kết n i tương đ i rẻ bằng cách s dụng Ethernet hoặc liên kết không dây

51

Hình 3.4. Kiến trúc NFV C-RAN

3.3. Giải pháp ảo hóa C-RAN bằng kỹ thuật SDN và NFV

Các mô hình ảo hóa và định nghĩa ằng phần mềm đang có chỗ đứng quan trọng trong hệ sinh thái của m ng di động đặc biệt là kết hợp với C- RAN Trong lĩnh vực này, công nghệ ảo hóa truy cập vô tuyến cho phép ảo hóa các chức năng thiết bị của m ng lõi mà không phải chịu thêm chi phí phần cứng.

3.3.1. Ảo hóa truy nhập vô tuyến

Sự quan tâm của các nhà cung cấp dịch vụ trong việc ảo hóa các tr m g c di động đang tăng l n v điều này cho phép hợp nhất càng nhiều chức năng phần cứng trong m ng càng t t nếu có th , t o cơ hội x lý các công nghệ m ng di động khác nhau với một tr m g c ảo hóa t i tr m g c. Thách thức chính trong việc ảo hóa m ng di động có li n quan đến chức năng lớp vật lý của các tr m cơ sở Do đó ảo hóa được xem xét đầu ti n đ thực hiện trong các lớp ngăn xếp m ng cao hơn V dụ ETSI (2013 [9] đang xem xét việc giới thiệu ảo hóa đến lớp 3 và sau đó đến lớp 2 của các tr m cơ sở; lớp 3 lưu trữ các chức năng của mặt phẳng điều khi n và dữ liệu kết n i với m ng lõi di động trong khi lớp 2 lưu trữ gói giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP điều

52

khi n liên kết vô tuyến (RLC và điều khi n truy cập phương tiện (MAC) chức năng m ng.

Ảo hóa các lớp 2 và 3 thực hiện các chức năng điều khi n và cung cấp dữ liệu là cơ hội đ cung cấp một cơ sở h tầng điện toán tập trung cho nhiều cơ sở tr m. Cu i cùng, một s nỗ lực đ tập trung các chức năng của lớp 1 của một s tr m g c hiện đang được tiến hành, nhằm hỗ trợ nhiều công nghệ viễn thông và điều chỉnh chúng cho các bản phát hành mới Điều này có th cho phép tri n khai C-RAN hiệu quả dưới d ng dịch vụ, các nhà cung cấp sẽ được hưởng lợi từ việc chia sẻ các tr m cơ sở từ xa cơ sở h tầng đ đ t được kết quả t t hơn v ng phủ sóng với mức đầu tư t i thi u của CAPEX và OPEX. Sự gia tăng t n hiệu và yêu cầu độ trễ nghiêm ngặt hơn cho hợp tác liên ngành đang g y p lực lên các nhà cung cấp m ng cần quản lý đ ng c c vấn đề đó đặc biệt là trong b i cảnh của C-RAN đ đ t được những lợi ch mong đợi của công nghệ này Đ được đ t mục đ ch này [10] đề xuất cách ly EPC khỏi RAN đ giảm cả vô tuyến/tải của lõi. Thật vậy, xem xét các tri n khai 4G cũ tất cả thông tin báo hiệu của một lưu lượng được truyền đến EPC và điều này th hiện một tải trọng đ ng k , ví dụ, nếu một người dùng nhất định thường xuyên di chuy n giữa các ô nhỏ hoặc yêu cầu c c sơ đồ truyền dẫn nâng cao, chẳng h n như ph i hợp truyền đa đi m (CoMP đ cải thiện vùng phủ sóng của nó ở vùng lân cận. Một giải pháp khả thi cho giảm tín hiệu này là cho phép tích hợp t i c c S đươc gọi là C-RAN BS. Trong này cách, tín hiệu di động do sự chuy n đổi giữa các ô nhỏ và các ô nhỏ được x lý t i S; đồng thời, EPC vẫn duy trì tầm nhìn tổng th về t nh di động của người dùng, EPC của C-RAN S đ giới thiệu hai thực th :

- Một là bộ điều khi n Vlan chịu trách nhiệm nhóm các ô cùng nhau là các tế bào ảo.

53

ào vĩ mô S C-RAN sẽ chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng kh c nhau. Nó sẽ ho t động như một neo di động theo c ch tương tự như SGW ho t động trong EPC đ cung cấp một đi m cu i tĩnh cho thông tin li n l c cũng như chuy n giao giữa các ô thuộc cùng một ô ảo Hơn nữa giảm tín hiệu với việc s dụng C-RAN S nó cũng dự kiến sẽ có các giao thức hoàn toàn mới tập trung vào người dùng nhằm x c định l i quản lý di động. Trong trường hợp này, Vlan cho phép EPC tiếp tục ho t động mà không đ i hỏi kiến thức về thay đổi RAN do t nh di động của người dùng.

3.3.2. Ảo hóa các cell trong C-RAN

Các cell trong khu vực cung cấp dịch vụ được x c định theo vị trí anten và nằm trong ph m vi tín hiệu và mỗi cell có một m x c định (ID) riêng. Khi một thiết bị di chuy n từ cell này sang cell khác, nó phải thực hiện quá trình chuy n giao cuộc gọi. Sự chuy n giao giữa các cell có th dẫn đến suy giảm chất lượng Lưu lượng truy cập cục bộ khác nhau có th t o ra sự khác biệt lớn trong việc s dụng tài nguyên không dây trên mỗi cell. Những xu hướng này trở n n r ràng hơn khi c c cell t và được tri n khai dày đặc hơn

Ảo hóa các cell sẽ giúp giải quyết các vấn đề này như h nh 3 5 Như trong hình này, khái niệm này bao gồm các cell nhỏ được phục vụ bởi RU