SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Thiết kế mạng băng rộng cho thành phố thông minh

25-12-2022

Bằng cách tận dụng hạ tầng mạng sẵn có cũng như khai thác dịch vụ kết nối truyền dẫn đang được các doanh nghiệp viễn thông triển khai trên địa bàn TP.HCM, kiến trúc mạng băng rộng cho thành phố thông minh do các nhà khoa học trong nước thiết kế không chỉ giúp giảm đáng kể chi phí đầu tư, mà còn nâng cao tính bảo mật, an toàn - an ninh thông tin trong khi vẫn đảm bảo tối đa về hiệu năng, độ ổn định.

Phát triển hạ tầng viễn thông và Kế hoạch phát triển hạ tầng số tại TP.HCM giai đoạn 2020-2030 là đề án thuộc Chương trình đột phá phát triển hạ tầng TP.HCM được đề cập trong Nghị quyết Đại hội Đảng bộ TP.HCM lần thứ XI. Theo đó, một trong những nhiệm vụ trọng tâm của đề án là xây dựng mô hình thiết kế tổng thể cho hạ tầng băng rộng dùng riêng, phục vụ các ứng dụng đô thị thông minh của TP.HCM, sẵn sàng trở thành nền tảng kết nối cho các hệ thống IoT, đặc biệt là hệ thống camera giám sát được lắp đặt trên địa bàn.

TS. Tân Hạnh (Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông cơ sở tại TP.HCM) cho biết, mạng băng rộng chuyên dùng của TP.HCM (định danh là mạng MetroNet) đã thực hiện kết nối giữa UBND Thành phố đến sở, ban, ngành, quận, huyện, phường, xã, thị trấn, tổng công ty và các đơn vị trực thuộc. Trong đó, có gần 800 điểm đã kết nối vào hệ thống mạng phục vụ việc trao đổi thông tin trong vận hành, liên thông hệ thống thông tin chỉ đạo điều hành các cấp. Tuy nhiên, mạng MetroNet hiện nay vẫn còn một số hạn chế như khó mở rộng băng thông, cũng như điều chỉnh băng thông giữa các đơn vị, các thành viên của hệ thống MetroNet. Đặc biệt, Thành phố không thể xây dựng quy hoạch hạ tầng băng rộng dùng riêng khi còn phải dựa trên hạ tầng của doanh nghiệp, và chi phí thuê (do các doanh nghiệp viễn thông cung cấp) không giống nhau gây khó khăn cho việc phát triển hạ tầng. Bên cạnh đó, bảo mật của hạ tầng băng rộng dùng riêng chưa đảm bảo khi mà doanh nghiệp cung cấp dịch vụ viễn thông chia sẻ cùng dung lượng đường truyền (băng thông) cho nhiều nhóm khách hàng khác trên cùng một sợi/tuyến cáp.

Hay nói cách khác, mạng băng rộng dùng riêng hiện tại của TP.HCM vẫn chưa thực sự chưa đáp ứng được cho Trung tâm dữ liệu dùng chung của Thành phố, cũng như cho Trung tâm tính toán hiệu năng cao mà Thành phố đang chuẩn bị đầu tư.

Hoàn thiện kiến trúc

Để khắc phục những hạn chế trên, đội ngũ chuyên gia - kỹ sư thuộc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông (cơ sở tại TP.HCM) đã thiết kế kiến trúc mạng băng thông rộng phục vụ đô thị thông minh thông qua nhiệm vụ khoa học - công nghệ “Thiết kế mạng băng rộng cho thành phố thông minh”.

TS. Tân Hạnh khẳng định, đây là hạ tầng để đảm bảo sự kết nối, đáp ứng nhu cầu phát triển của hạ tầng mạng một cách linh hoạt và đảm bảo sự bền vững lâu dài.

Mô hình mạng logic của "Mạng băng rộng cho thành phố thông minh" là kết quả của nhiệm vụ khoa học - công nghệ vừa được Sở KH&CN TP.HCM nghiệm thu, về cơ bản có cấu trúc 3 lớp, bao gồm: lớp Core, lớp Aggregation và lớp Access, tất cả được thiết kế với mục tiêu đảm bảo triển khai trên phạm vi địa lý rộng và cấu trúc tổ chức hành chính lớn gồm nhiều quận/huyện/phường/xã, cũng như đáp ứng tốc độ phát triển nhanh các dịch vụ, ứng dụng đô thị thông minh và chính quyền điện tử của một thành phố, đô thị lớn.

Hinh-1.jpg

Kiến trúc tổng thể mạng băng thông rộng thiết kế đặc thù cho đô thị thông minh

Cụ thể, tại lớp Core, thiết bị Core kết nối đến các thiết bị Aggregation, tích hợp với thiết bị core trong mạng MetroNet hiện tại. Các Trung tâm điều hành đô thị thông minh, Trung tâm Dữ liệu và Điện toán Đám mây, Kho dữ liệu dùng chung của Thành phố cũng sẽ được kết nối trực tiếp  với các thiết bị Core để cung cấp dịch vụ quản lý, vận hành, khai thác mạng, cũng như các dịch vụ phân tích, trích xuất dữ liệu của đô thị thông minh cho toàn bộ các đối tượng được Thành phố phân quyền sử dụng.

Tại lớp Aggregation, các thiết bị Aggregation sẽ đảm nhận kết nối toàn bộ lưu lượng đến từ các thiết bị truy cập thuộc PoP tương ứng. Tiếp đó, các lưu lượng có thể đổ về Trung tâm điều hành vệ tinh, hoặc các hệ thống điện toán đám mây biên được kết nối trực tiếp đến các thiết bị Aggregation để đảm bảo khả năng xử lý dữ liệu phân tán và trả kết quả nhanh chóng, hoặc tùy  thuộc ứng dụng mà lưu lượng sẽ chuyển tiếp qua lớp Core để hướng về các Trung tâm Dữ
liệu và Kho dữ liệu dùng chung của Thành phố để phân tích, tính toán xử lý và trả lại kết quả, hoặc đơn giản chỉ để lưu trữ phục vụ dự báo…

Ở lớp Access, các thiết bị Access sẽ cung cấp các loại cổng giao diện kết nối cho các thiết bị endpoint như thiết bị camera giám sát an ninh, camera trọng điểm giám sát hình ảnh giao thông, các thiết bị thuộc các hệ thống IoT khác được triển khai trong tương lai.

Dựa trên kiến trúc hạ tầng Mạng băng thông rộng cho thành phố thông minh đề xuất, nhóm triển khai nhiệm vụ cũng đã thiết kế mô hình tổng quan của mạng băng rộng phục vụ các ứng dụng IoT. Theo đó, hệ thống mạng băng rộng cho phép các thiết bị kết nối IoT, AIoT kết nối với các hệ thống ứng dụng IoT thông qua các công nghệ truy cập gồm Wired Ethernet, Wi-Fi, Long Range WAN (LoRaWAN), NB-IoT.

Thông qua Mạng băng rộng cho thành phố thông minh, dữ liệu ghi nhận từ các thiết bị IoT, AioT, cũng như các dữ liệu điều khiển từ các hệ thống ứng dụng IoT được liên thông với nhau. Bằng các kết nối thông qua hệ thống mạng băng rộng dùng chung, các hệ thống ứng dụng IoT có thể linh hoạt sử dụng chung tất cả các thiết bị IoT trên địa bàn thành phố.

Giải pháp truy cập, kết nối mạng băng rộng

Dựa trên hạ tầng sẵn có của mạng TSLCD (MetroNet) hiện đã và đang phục vụ hệ thống chính quyền điện tử của TP.HCM, TS. Tân Hạnh và nhóm triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ đề xuất phương án xây dựng mạng băng rộng mới dựa trên nền tảng công nghệ IP/MPLS để đảm bảo tính đồng bộ và dễ dàng hợp nhất với hạ tầng mạng MetroNet hiện hữu của TP.HCM.

"Nói cách khác, mạng băng rộng mới của TP.HCM sẽ đảm bảo sự kế thừa và phát triển từ mạng MetroNet hiện tại của Thành phố. Trong đó, mạng MetroNet vẫn phục vụ riêng cho hệ thống chính quyền điện tử của Thành phố và phần phạm vi mở rộng thêm của mạng sẽ phục vụ các hệ thống IoT và hệ thống ứng dụng của một thành phố thông minh", TS Hạnh khẳng định về tính hiệu quả của kiến trúc - giải pháp đề xuất.

Hinh-2.jpg

Mô hình tích hợp Mạng băng rộng mới vào mạng MetroNet TP.HCM hiện hữu

Để truy cập cho mạng băng rộng hữu tuyến, nhóm triển khai nhiệm vụ khuyến nghị Thành phố sử dụng hạ tầng truyền dẫn quang (dark fiber) thuê riêng từ các doanh nghiệp viễn thông như VNPT, Viettel, Ftel để đảm bảo tốc độ, sự ổn định trong việc truyền tải dữ liệu ở lớp Core của mạng băng rộng, phục vụ cho các hệ thống của Thành phố thông minh. Việc sử dụng hạ tầng sẵn có cũng đảm bảo tiêu chí triển khai mở rộng mạng của Thành phố theo nhu cầu tại từng giai đoạn, cho phép triển khai nhanh dịch vụ và tiết kiệm chi phí.

Dark fiber - Truyền dẫn quang trắng P2P (Point to Point) là dịch vụ truyền số liệu băng thông lớn (tốc độ siêu cao) truyền dẫn trên sơi quang vật lý riêng biệt kết nối trực tiếp 2 điểm của khách hàng với nhau. Dịch vụ "dark fiber" giải quyết tất cả các nhu cầu và giải pháp của doanh nghiệp cần băng thông lơn lên hàng Gbps để truyền số liệu nội bộ và cần bảo mật tuyệt đối.
Về công nghệ truyền tải trong lớp Core, đội ngũ chuyên gia thuộc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Cơ sở tại TP.HCM cũng đề xuất sử dụng công nghệ truyền dẫn MPLS trong lớp Core của mạng băng rộng cho Thành phố thông minh, bởi công nghệ MPLS (Multiprotocol Label Switching) là công nghệ truyền dẫn phổ biến nhất mà các doanh nghiệp viễn thông trong nước và trên thế giới đang sử dụng.

"Đồng thời, lớp Core của mạng băng rộng cho thành phố thông minh sử dụng MPLS cũng sẽ đảm bảo sự tương thích khi tích hợp với hệ thống Mạng truyền số liệu chuyên dùng của TP.HCM (được biết đến dưới tên gọi MetroNet) hiện do VNPT quản lý, và cũng được xây dựng dựa trên nền tảng công nghệ MPLS", TS. Tân Hạnh cho biết trước hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học - công nghệ vừa được Sở KH&CN TP.HCM tổ chức.

Bên cạnh giải pháp truy cập hữu tuyến, nhóm tác giả cho rằng TP.HCM cũng cần triển khai
giải pháp truy cập vô tuyến (wireless) để mở rộng phạm vi phủ sóng và cho phép các thiết bị endpoint hỗ trợ kết nối wireless có thể thực hiện kết nối không dây vào mạng.

Phương án triển khai mạng lưới băng thông rộng

Với một cấu trúc hành chính rộng lớn của TP.HCM, để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong việc triển khai thực hiện đề án có quy mô rất lớn và độ phức tạp cao, nhóm thực hiện nhiệm vụ cũng cho rằng Thành phố cần phải xác định cụ thể các nhóm giải pháp triển khai đồng loạt bao gồm các định hướng, kế hoạch, chương trình cụ thể với việc tổ chức thực hiện (đơn vị chủ trì, phối hợp, nguồn ngân sách…). Đồng thời, đầu tư nguồn lực lớn để thực hiện, một số giải pháp sẽ không khả thi nếu triển khai song song cùng lúc. Một số hạng mục như triển khai diện rộng lớp truy cập mạng đến cấp xã/phường/thị trấn sẽ cần phải thực hiện trong thời gian dài với nhiều giai đoạn, cần sự phối hợp và hợp tác giữa nhiều đơn vị, kể cả các doanh nghiệp viễn thông hoạt động trên địa bàn Thành phố.

Dựa trên kiến trúc Mạng băng rộng của thành phố thông minh đã được nghiên cứu xây dựng, phạm vi triển khai và mục tiêu của đề án "Phát triển hạ tầng viễn thông và kế hoạch phát triển hạ tầng số tại TP.HCM, giai đoạn 2020-2030”, nhiệm vụ đề xuất một kế hoạch triển khai sơ bộ cho dự án "Mạng băng rộng của thành phố thông minh” dựa trên những thông tin về cấu trúc tổ chức hành chính của TP.HCM.

 

Cụ thể, ở cấp Thành phố, cần có 2 trung tâm vùng; cấp quận/huyện/TP Thủ Đức có 22 PoP (mỗi quận/huyện/TP Thủ Đức có một PoP). Ở cấp phường/xã/thị trấn, cần triển khai tổng thể 15.000 cổng kết nối truy cập mạng, từ đó cho phép các thiết bị endpoint của các hệ thống ứng dụng ĐTTM kết nối vào (Camera, IoT Sensor, Outdoor WiFi Access Point, 4G/5G gateway, router, switch….). Đồng thời, Thành phố cần triển khai qua 3 giai đoạn: Giai đoạn 1 - Triển khai 2 trung tâm vùng cấp thành phố, một số quận nội thành cấp quận/huyện/TP Thủ Đức; Giai đoạn 2 - Triển khai cấp quận, huyện còn lại của TP.HCM; Giai đoạn 3 - Triển khai cấp phường, xã, thị trấn.

H-03B.jpg

Mô hình mạng ứng dụng cho hệ thống camera giám sát

Theo thống kê của Sở TT&TT TP.HCM, ở thời điểm năm 2018, toàn TP.HCM có hơn 60.000 camera được lắp đặt tại các quận huyện, phường xã và hơn 2.000 camera được lắp đặt phục vụ công tác giám sát chuyên ngành của Sở GTVT và Công an Thành phố. Tất cả hệ thống camera đều hoạt động cơ bản riêng lẻ, chưa kết nối, tích hợp về dữ liệu, cũng như chưa được triển khai trên một hạ tầng viễn thông dùng riêng, đảm bảo an ninh an toàn thông tin. Hệ thống mạng truyền dẫn cho các camera giám sát chủ yếu được phát triển theo nhu cầu, theo từng dự án, chưa có quy hoạch hay định hướng bài bản và phụ thuộc rất nhiều vào hạ tầng, chất lượng dịch vụ, giá thành thuê hạ tầng của các doanh nghiệp viễn thông.


Mô hình mạng kết nối cho hệ thống camera giám sát của TP.HCM


Vì vậy, nhóm tác giả cho rằng, ngay khi Mạng băng rộng cho thành phố thông minh được triển khai mở rộng đến các PoP theo kiến trúc thiết kế đã được xây dựng, thì chính quyền Thành phố có thể cung cấp các dịch vụ kết nối mạng trên hạ tầng mạng băng rộng như dịch vụ truy cập Ethernet tốc độ cao cho các thiết bị endpoint (thiết bị giám sát giao thông, thiết bị camera an ninh, thiết bị kết nối mạng chuyên dụng khác…). Ngoài ra, có thể triển khai dịch vụ truy cập WiFi công cộng như quảng bá thông tin liên quan đến các dịch vụ của thành phố thông minh. Hay như dịch vụ truy cập cho các thiết bị IoT của các hệ thống dịch vụ IoT của Thành phố thông qua công nghệ truyền dẫn LoRaWAN, Wi-SUN Mesh.

H-04.jpg

Mô hình tổng quan mức cao của mạng băng rộng phục vụ các ứng dụng IoT

"Do đặc điểm triển khai dịch vụ theo nhu cầu và trên một diện rộng, để tối ưu nguồn lực và triển khai nhanh chóng, vì thế Sở TT&TT TP.HCM cần cân nhắc lựa chọn các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hoặc doanh nghiệp/công ty hoạt động về lĩnh vực mạng truyền thông có uy tín để triển khai các dịch vụ trên nền hạ tầng mạng băng rộng cho thành phố thông minh", TS Tân Hạnh nhấn mạnh.

Hinh-5.jpg

TS. Tân Hạnh và đại diện nhóm nghiên cứu báo cáo kết quả triển khai trước Hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học - công nghệ do Sở KH&CN TP.HCM tổ chức

TS. Tân Hạnh cũng thông tin thêm, tính khả thi của nhiệm vụ khi triển khai vào thực tiễn là rất lớn, bởi tính hết năm 2021, Việt Nam có 70,9 triệu thuê bao băng rộng di động (chiếm 57,23% tổng số thuê bao di động), tăng hơn 4% so với năm 2020; có 18,79 triệu thuê bao Internet băng rộng cố định, tăng 14,59%.

Sự phụ thuộc vào truy cập Internet hiệu suất cao được thể hiện qua kết quả thực tế là 88% người lao động Việt Nam thường xuyên sử dụng băng thông rộng tại nhà từ 4 giờ trở lên mỗi ngày. Trong khi đó, 80% hộ gia đình Việt Nam có từ 3 người trở lên sử dụng Internet cùng một lúc. Bên cạnh đó, với 61% lực lượng lao động của Việt Nam hiện đang dựa vào Internet gia đình để làm việc tại nhà hoặc điều hành công việc kinh doanh riêng, việc truy cập vào Internet an toàn, đáng tin cậy trở nên quan trọng hơn bao giờ hết để đảm bảo các hoạt động đó diễn ra suôn sẻ. Các doanh nghiệp nhỏ và vừa (SME) tiếp tục đóng vai trò quan trọng tại Việt Nam, chiếm hơn 98% tổng số doanh nghiệp, 50% GDP và 70% việc làm. Vì vậy, kết nối băng thông rộng sẽ đóng vai trò chủ chốt trong sự phát triển của loại hình kinh doanh cốt lõi này.

Phân tích về hiệu quả đầu tư, TS. Tân Hạnh cho biết, do tận dụng các hạ tầng mạng sẵn có như mạng TSLCD (MetroNet) của Thành phố, các loại dịch vụ kết nối truyền dẫn của các doanh nghiệp viễn thông triển khai trong Thành phố, nên có thể giảm chi phí đầu tư.

Báo cáo trước hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ, TS. Tân Hạnh khẳng định, đội ngũ kỹ sư - chuyên gia thuộc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông cũng như các đơn vị phối hợp triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ nói trên đã hoàn toàn làm chủ và đủ năng lực về kỹ thuật, công nghệ hiện đại (truyền dẫn, truy nhập, tích hợp, lưu trữ trên đám mây điện tử và xử lý thông minh (trí tuệ nhân tạo, học máy) để kết nối và hỗ trợ đa dạng các thành phần kết nối mới như IoT/IIoT, đảm bảo được khả năng mở rộng, dự phòng, quản lý, giám sát tất cả mọi thành phần mạng, cũng như có khả năng cảnh báo, dự báo lỗi, đảm bảo chất lượng dịch vụ đối với kiến trúc mạng băng thông cho đô thị thông minh trong tương lai.

Thông tin liên hệ:

Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông (cơ sở tại TP.HCM)
Địa chỉ: 11 Nguyễn Đình Chiểu, P.Đa Kao, Quận 1, TP.HCM
Điện thoại: (028) 38295258
Email: tanhanh@ptithcm.edu.vn


Bản quyền © 2018 Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh
Thiết kế và phát triển bởi HCMGIS
Tổng số truy cập: 11537351