NFV là gì?

Như chúng ta đã biết, các thiết bị phần cứng độc quyền về mạng được sử dụng ở khắp mọi nơi trong các doanh nghiệp, thậm chí là trong các gia đình. Các nhà cung cấp luôn hướng đến việc tận dụng tối đa các nền tảng của mình như một cách để đáp ứng các nhu cầu của những người dùng khác nhau về hiệu suất, độ tin cậy và tính sẵn sàng. Tuy nhiên, cách tiếp cận như vậy đã dẫn đến sự không tương thích giữa các công nghệ khác nhau của các nhà sản xuất.

Do các nền tảng không tương thích như vậy, nên khi các kỹ sư mạng cần thêm các tính năng mới vào mạng của họ (ví dụ: tường lửa, cân bằng tải), thì họ thường sẽ phải mua thiết bị mới từ các nhà cung cấp khác nhau. Điều này dẫn đến việc gặp khó khăn trong việc quản lý và các môi trường sẽ có cấu hình không đồng nhất dẫn đến chi phí hoạt động cao và chi phí vốn lớn.

Từ đó, nảy sinh ra nhu cầu về một hệ thống có khả năng linh hoạt trong cấu hình cũng như việc triển khai các chức năng mạng khác nhau để dễ dàng mở rộng nhằm đáp ứng được các mô hình kinh doanh và kỹ thuật mới.

Để giải quyết được vấn đề này, NFV được ra đời bằng cách chuyển các chức năng mạng từ các thiết bị phần cứng riêng biệt của nhà cung cấp sang phần mềm được lưu trữ trên các hệ thống Common-Off-The-shelf (COTS) – tức là hệ thống với các thành phần xử lý, bộ nhớ và lưu trữ tiêu chuẩn. Các hệ thống này sẽ cung cấp các dịch vụ mạng trong các máy ảo (ví dụ: Chức năng mạng ảo – VNF), và mỗi máy ảo thực hiện các chức năng khác nhau (ví dụ: tường lửa, kiểm tra gói, định tuyến, v.v.). NFV có khả năng cho phép giảm chi phí và tăng tốc độ mở rộng mạng. Ngoài ra, NFV có khả năng tăng tính linh hoạt của mạng để cung cấp dịch vụ nhanh, một lựa chọn khó đạt được với các phương pháp truyền thống.

Mô hình truyền thống và mô hình NFV

Những lợi ích mà NFV mang lại

NFV đang chuyển đổi ngành công nghiệp máy tính và mạng truyền thông rất lớn. Bởi NFV cho phép chúng ta chuyển các chức năng mạng từ nhà cung cấp cụ thể và thiết bị phần cứng độc quyền sang phần mềm được lưu trữ trên nền tảng COTS.

NFV cung cấp các dịch vụ mạng trên các máy ảo (VM) hoạt động trong cơ sở hạ tầng “đám mây”, trong đó mỗi máy ảo thực hiện các hoạt động mạng di động (ví dụ: tường lửa, phát hiện xâm nhập, kiểm tra gói, cân bằng tải, v.v.). Một số lợi ích của việc triển khai các dịch vụ mạng dựa trên việc ảo hóa các chức năng:

• Tính linh hoạt trong việc phân bổ các chức năng mạng trong các phần cứng chung cơ bản.

• Nhanh chóng phát triển và triển khai một dịch vụ mạng mới.

• Hỗ trợ được nhiều phiên bản dịch vụ và kịch bản người dùng lớn.

• Giảm thiểu chi phí của hệ thống trong quá trình phát triển và triển khai.

• Tự động hóa các quy trình hoạt động, do đó cải thiện hiệu quả và chi phí vận hành 

NFV và xu thế của mạng di động

Công nghệ phát triển của mạng di động đã trải qua rất nhiều phiên bản:

• 1G là mạng di động tương tự.

• 2G là bắt đầu kỉ nguyên của mạng di động kĩ thuật số bao gồm các công nghệ CDMA, TDMA, GSM, GPRS, EDGE.

• 3G đã được giới thiệu với ưu điểm về việc sử dụng chuyển mạch gói thay vì chuyển mạch kênh để truyền dữ liệu. Công nghệ 3G như là Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) – “Hệ thống viễn thông di động toàn cầu” đã đạt được tốc độ kết nối cao (lên tới 42 Mbit/s đường tải xuống), cho phép triển khai và sử dụng được các ứng dụng đa phương tiện.

• 4G với Long Term Evolution (LTE) – “Sự phát triển dài hạn” xuất hiện với mục đích cung cấp các cải tiến tốc độ lên gấp 10 lần so với các công nghệ 3G hiện có.

Như chúng ta thấy, mọi thế hệ mới được đưa ra nhằm giải quyết các nhu cầu dịch vụ chưa được đáp ứng bởi các thế hệ trước. Và một trong những thách thức hiện tại đối với mạng di động là làm sao để xử lý được nhu cầu truyền/nhận dữ liệu ngày càng tăng.

Theo một nghiên cứu của Cisco VNI, lưu lượng mạng sử dụng điện thoại di động đã tăng 63% trong năm 2016, đạt mức trung bình 7.2 exabyte mỗi tháng, đồng thời dự báo con số này có thể tăng gấp 7 lần trong tương lai lên 49 exabyte mỗi tháng.

Hiện tại, để giải quyết vấn đề tăng trưởng này, các nhà khai thác mạng di động đang đầu tư vào cơ sở hạ tầng, do đó làm tăng chi phí đầu tư, vận hành, triển khai cũng như phức tạp hơn trong quá trình quản lý. Bởi vậy, một trong những mong đợi của 5G là cải thiện tốc độ truyền nhận dữ liệu, giảm độ trễ và tăng khả năng đáp ứng về QoS/QoE.

Cơ sở hạ tầng 5G phải cung cấp các tính năng hỗ trợ các loại hình kinh doanh khác nhau, chẳng hạn như Ô tô (các nhà sản xuất ô tô), Sức khỏe (ngành y tế), Năng lượng (các công ty điện lực), Các nhà máy (nhà cung cấp công nghệ IoT), Truyền thông & Giải trí (nhà cung cấp nội dung số). Mỗi thị trường đều có một nhu cầu sử dụng khác nhau (ví dụ: lái xe tự động, robot cho phẫu thuật từ xa, trải nghiệm sự kiện trực tiếp tại chỗ, v.v.) với các đặc điểm riêng của chúng (ví dụ: các mẫu dữ liệu, hỗ trợ di động, v.v.) và các yêu cầu riêng (ví dụ: thông lượng, độ trễ, v.v.). Dưới đây là một số yêu cầu về hiệu suất đã được liệt kê cho thế hệ mạng di động 5G mới:

• Tốc độ dữ liệu cao hơn 10 đến 100 lần (1 đến 10 Gbps)

• Giảm 5 lần độ trễ đầu cuối (dưới 5 mili giây)

• Dung lượng cao hơn 1000 lần (9 Gigabyte mỗi giờ trong khoảng thời gian nhu cầu sử dụng cao và 500 Gigabyte mỗi tháng cho mỗi thuê bao)

• Số lượng kết nối lớn gấp 10 đến 100 lần (300.000 kết nối cho mỗi điểm truy cập)

• Tuổi thọ pin kéo dài gấp 10 lần

• Mức độ ổn định và chính xác lên tới 99.999%

Để hỗ trợ được sự không đồng nhất như vậy trong tất cả các trường hợp sử dụng cũng như để đáp ứng được các yêu cầu về hiệu suất, công nghệ 5G mới sẽ tác động đến toàn bộ mạng di động bao gồm cả thiết bị di động; miền truy cập vô tuyến, miền vận chuyển và mạng lõi; và cả đám mây (địa phương, khu vực hoặc toàn cầu).

Cơ sở hạ tầng mạng di động 5G dựa trên NFV

Việc áp dụng công nghệ NFV vào kiến trúc mạng 5G sẽ cho phép tốc độ, sự nhanh nhạy và hiệu quả về chi phí khi cung cấp các dịch vụ mới, chẳng hạn như các dịch vụ nội dung của IoT hay Thành phố thông minh. Mạng 5G cũng sẽ cung cấp hỗ trợ nhiều hình thức khai thác, nhiều hình thức cung cấp dịch vụ.

-----------------------------

Bài dự thi gửi về cuộc thi VHT Hi-Tech Review Insight của đ/c Nguyễn Đình Tâm - Kỹ sư Phát triển phần mềm, Trung tâm Nghiên cứu OCS - Khối 2.