Tài liệu Nghiên cứu saas trong điện toán đám mây và áp dụng vào bài toán cập nhật tọa độ các trạm bts tại viễn thông hà nội

1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- NGUYỄN TRẦN TOÀN NGHIÊN CỨU SAAS TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂYVÀ ÁP DỤNG VÀO BÀI TOÁN CẬP NHẬT TỌA ĐỘ CÁ TRẠM BTS TẠI VIỄN THÔNG HÀ NỘI Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính MÃ SỐ: 60.48.15 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012 2 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH Hoàng Đăng Hải Phản biện 1: ………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: ....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... .. năm ............... Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 3 MỞ ĐẦU Trong điện toán đám mây, mọi khả năng liên quan đến công nghệ thông tin đều được cung cấp dưới dạng các dịch vụ, cho phép người dùng truy cập sử dụng các dịch vụ công nghệ mà không cần phải quan tâm tới cơ sở hạ tầng phục vụ công nghệ đó. Có ba mô hình dịch vụ công nghệ trong điện toán đám mây phổ biến nhất, đó là: mô hình phần mềm như một dịch vụ (SaaS), mô hình nền tảng như một dịch vụ (PaaS) và mô hình hạ tầng như một dịch vụ (IaaS). Đến ngày hôm nay, có rất nhiều vấn đề đặt ra khi nghiên cứu và triển khai điện toán đám mây đối với nhiều doanh nghiệp. Tuy nhiên, trong khuôn khổ luận văn này chỉ đề cập đến một phần quan trọng của điện toán đám mây – đó là SaaS. Mục tiêu của bài là nghiên cứu tìm hiểu, so sánh sự giống nhau, khác nhau cũng như ưu điểm của SaaS so với các phần mềm truyền thống khác và đề xuất áp dụng SaaS vào một ứng dụng thực tiễn là cập nhật tọa độ của các trạm BTS tại VNPT Hà Nội. Với mục tiêu đặt ra như vậy, những nội dung và kết quả nghiên cứu chính của luận văn được trình bày trong ba chương như sau: Chương 1: Trình bày khái quát về điện toán đám mây, các tính chất, đặc điểm, thành phần và các mô hình triển khai 4 của điện toán đám mây. Chương 2: Đi sâu nghiên cứu về mô hình phần mềm như một dịch vụ - SaaS Chương 3: Đề xuất giải pháp SaaS vào bài toán cập nhật tọa độ quản lý các trạm BTS, áp dụng cho cả các thiết bị PC, PDA... tại VNPT Hà Nội Phần kết luận đưa ra những đánh giá về những kết quả đạt được và thảo luận về huớng nghiên cứu tiếp của luận văn. Trong quá trình thực hiện Luận văn, do thời gian cũng như trình độ của tác giả còn có những hạn chế nhất định nên không thể tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô giáo và các bạn để Luận văn hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, và giúp đỡ tận tình của PGS.TSKH Hoàng Đăng Hải, các thầy trong khoa Quốc tế và Đào tạo sau đại học – Học viện Công nghệ BC-VT đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình làm Luận văn. 5 CHƯƠNG 1: ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY Trong chương này, luận văn giới thiệu tổng quan về về điện toán đám mây, các tính chất, đặc điểm, thành phần và các mô hình triển khai của điện toán đám mây. 1.1 Khái niệm, đặc điểm điện toán đám mây 1.1.1 Khái niệm điện toán đám mây Điện toán đám mây là một mô hình điện toán phân tán có tính co giãn lớn mà hướng theo co giãn về mặt kinh tế, là nơi chứa các sức mạnh tính toán, kho lưu trữ, các nền tảng và các dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn linh động, sẽ được phân phối theo nhu cầu cho các khách hàng bên ngoài thông qua Internet 1.1.2 Đặc điểm, tính chất cơ bản Điện toán đám mây có năm tính chất nổi bật sau: - Tự phục vụ theo nhu cầu. - Truy xuất diện rộng. - Dùng chung tài nguyên. - Khả năng co giãn. - Điều tiết dịch vụ. 1.1.3 Điện toán đám mây so với các mô hình điện toán khác 1.2 Mô hình các lớp dịch vụ của điện toán đám mây 6 1.2.1 IaaS – Hạ tầng như một dịch vụ Các dịch vụ IaaS cung cấp cho khách hàng tài nguyên hạ tầng điện toán như máy chủ (có thể lựa chọn hệ điều hành – điển hình là Windows và Linux), mạng, không gian lưu trữ, cũng như các công cụ quản trị tài nguyên đó. Các tài nguyên này thường được ảo hóa, chuẩn hóa thành một số cấu hình trước khi cung cấp để đảm bảo khả năng linh hoạt trong quản trị cũng như hỗ trợ tự động hóa. 1.2.2 PaaS – Nền tảng như một dịch vụ Dịch vụ PaaS cung cấp nền tảng điện toán cho phép khách hàng phát triển các phần mềm, phục vụ nhu cầu tính toán hoặc xây dựng thành dịch vụ trên nền tảng đám mây đó. Dịch vụ PaaS có thể được cung cấp dưới dạng các ứng dụng lớp giữa (middleware), các máy chủ ứng dụng (application server) cùng các công cụ lập trình với ngôn ngữ lập trình nhất định để xây dựng ứng dụng. Dịch vụ PaaS cũng có thể được xây dựng riêng và cung cấp cho khách hàng thông qua một API riêng. Khách hàng xây dựng ứng dụng và tương tác với hạ tầng điện toán đám mây thông qua API đó. 1.2.3 SaaS – Phần mềm như một dịch vụ Các dịch vụ ứng dụng SaaS đem đến cho tổ chức, doanh nghiệp nhiều lợi ích. Đơn vị trả chi phí theo mức độ sử 7 dụng hàng tuần, hàng tháng mà không phải trả toàn bộ phí bản quyền ngay từ đầu. Ngân sách của doanh nghiệp không phải gánh một khoản đầu tư ban đầu lớn mà sẽ chi trả dần dần và tăng lên khi thực sự có nhu cầu. Bên cạnh đó, tổ chức, doanh nghiệp cũng có lợi thể dùng thử và lựa chọn phần mềm như một dịch vụ phù hợp, giảm thiểu được chi phí. 1.3 Các mô hình triển khai 1.3.1 Đám mây công cộng - Public cloud Các đám mây công cộng là các dịch vụ đám mây được một bên thứ ba (người bán) cung cấp. Chúng tồn tại ngoài tường lửa công ty và chúng được lưu trữ đầy đủ và được nhà cung cấp đám mây quản lý. 1.3.2 Đám mây riêng - Private Cloud Các đám mây riêng là các dịch vụ đám mây được cung cấp trong doanh nghiệp. Những đám mây này tồn tại bên trong tường lửa công ty và chúng được doanh nghiệp quản lý. 1.3.3 Đám mây cộng đồng - Community Cloud Đám mây cộng đồng là mô hình trong đó hạ tầng đám mây được chia sẻ bởi một số tổ chức cho cộng đồng người dùng trong các tổ chức đó. Các tổ chức này do đặc thù không tiếp cận với các dịch vụ Public Cloud và chia sẻ chung một hạ tầng điện toán đám mây để nâng cao hiệu quả đầu tư và sử 8 dụng. 1.3.4 Đám mây lai - Hybrid Cloud Các đám mây lai là một sự kết hợp của các đám mây công cộng và riêng. Những đám mây này thường do doanh nghiệp tạo ra và các trách nhiệm quản lý sẽ được phân chia giữa doanh nghiệp và nhà cung cấp đám mây công cộng. Đám mây lai sử dụng các dịch vụ có trong cả không gian công cộng và riêng. 9 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU SAAS TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 2.1 SaaS trong điện toán đám mây 2.1.1 SaaS là gì SaaS là một mô hình dịch vụ phần mềm triển khai qua Internet, trong đó, SaaS sẽ cung cấp giấy phép một ứng dụng cho khách hàng để sử dụng một dịch vụ theo yêu cầu, hay còn gọi là “phần mềm theo yêu cầu”. Mô hình SaaS cho phép các nhà cung cấp phát triển, lưu trữ và vận hành phần mềm để khách hàng sử dụng . Thay vì mua các phần cứng và phần mềm để chạy một ứng dụng, khách hàng chỉ cần một máy tính hoặc một máy chủ để tải ứng dụng và truy cập internet để chạy phần mềm. Phần mềm này có thể được cấp phép cho một người dùng duy nhất hoặc cho một nhóm người dùng. 2.1.2 Vị trí của SaaS trong điện toán đám mây 2.1.3 Đặc tính của SaaS SaaS có tính năng cơ đó là: Khả năng tái sử dụng, dữ liệu được quản lý bởi nhà cung cấp, tuỳ biến dịch vụ, tính sẵn có, khả năng mở rộng và trả tiền mỗi lần sử dụng. 2.1.4 Các cấp độ trưởng thành của SaaS Cấp độ 1: Có thể tùy biến Ở cấp độ đầu tiên này, mỗi khách hàng (thành viên) có 10 một phiên bản tùy biến của ứng dụng SaaS chạy trên máy chủ. Việc chuyển từ phần mềm truyền thống (không chạy qua mạng) hoặc một ứng dụng dạng khách-chủ tới cấp độ này của ứng dụng SaaS đòi hỏi tốn ít công sức phát triển và giảm thiểu chi phí vận hành bằng cách củng cố thiết bị phần cứng và quản trị máy chủ. Cấp độ 2: Cung cấp khả năng cấu hình Ở cấp độ thứ hai này thì ứng dụng SaaS là một chương trình linh động hơn bằng việc cho phép khả năng cấu hình các siêu dữ liệu với mục đích nhiều khách hàng có thể sử dụng những thể hiện riêng lẻ của cùng một mã nguồn ứng dụng. Điều này cho phép các nhà bán hàng đáp ứng được các nhu cầu khác nhau của mỗi khách hàng thông qua tùy chọn cấu hình chi tiết, đơn giản hóa cấu hình và cập nhật hệ thống. Cấp độ 3: Khả năng cấu hình, hiệu năng đa người dùng Ở cấp độ thứ ba này ứng dụng SaaS thêm vào tính năng đa người dùng so với cấp độ hai, để một thể hiện chương trình đơn giản có thể phục vụ được nhiều khách hàng. Cách tiếp cận này cho phép việc sử dụng các tài nguyên máy chủ hiệu quả hơn, nhưng nó vẫn gặp phải sự giới hạn về tính mở rộng. Cấp độ 4: Tính mở rộng, khả năng cấu hình, hiệu năng đa người dùng 11 Cấp độ thứ 4 là cấp độ cuối cùng của SaaS. Ở cấp độ này, ứng dụng SaaS thêm vào tính năng mở rộng thông qua kiến trúc đa tầng có hỗ trợ cơ chế cân bằng tải giữa những thể hiện của ứng dụng chạy trên các máy chủ khác nhau. Nhà cung cấp có thể tăng hoặc giảm kích thước hệ thống để phù hợp với nhu cầu bằng cách thêm hoặc bớt các máy chủ mà không cần phải thay đổi kiến trúc phần mềm. 2.1.5 Đa người dùng, bảo mật và phổ biến trong kiến trúc của SaaS (MSLD) Một trong những yếu tố chính được xem xét trong giai đoạn thiết kế kiến trúc là đa người dùng (Multi-Tenant) hay chính bản chất của SaaS trong điện toán đám mây. MSLD được chia thành năm loại dịch vụ (tầng dịch vụ) tùy theo chức năng của chúng trong tổ hợp điện toán đám mây: - Dịch vụ hồi đáp. - Dịch vụ định tuyến. - Dịch vụ bảo mật. - Dịch vụ lưu vết. - Dịch vụ thực thi. 2.2 SaaS so với các mô hình phần mềm khác 2.2.1 SaaS so với phần mềm truyền thống không chạy qua mạng 12 Bảng 0.1: Bảng so sánh tính năng của SaaS và ASP Tính năng ASP Chỉ dành cho SaaS một Dành cho nhiều KH. khách hàng (KH). Sản phẩm phần mềm Khả năng ứng Sản phẩm phần mềm được có cùng đặc tính dụng được thiết kế riêng giống nhau cho nhiều dành cho từng người người dùng dùng Giá thành cao do chỉ Giá thành cạnh tranh Giá thành phụ thuộc vào một hơn do phục vụ nhiều khách hàng khách hàng Mất thời gian trải qua Ngay lập tức khi KH Thời gian nhiều công đoạn như trả phí triển khai khảo sát, thiết kế theo nhu cầu của KH Rất khó, mất thời gian Dễ dàng, không mất cho hoạt động định nhiều thời gian và việc Khả năng sử hướng và đào tạo người đào tạo có thể được dụng dùng do sản phẩm thực hiện thông qua được thiết kế riêng Internet cùng lúc cho nhiều người Tích hợp Dịch vụ hỗ trợ Tốn kém và mất thời gian Mang tính độc quyền Không tốn kém Là một phần trong quá 13 trình cung cấp DV cho (SLA) KH Tính thị trường Bị giới hạn KH Khó đáp ứng do một số Yêu cầu phần phần mềm ứng dụng cứng không được thiết kế trên nền tảng Internet Đa dạng KH Dễ dàng đáp ứng do tất cả các ứng dụng được thiết kế dựa trên giao diện web và nền tảng Internet 2.2.2 SaaS so với ứng dụng web thông thường Giống nhau - Cùng truy cập sử dụng thông qua mạng internet - Đa người dùng truy cập đồng thời - Dữ liệu lưu trữ tập trung tại một nơi Khác nhau - Muốn có một ứng dụng web ta phải thuê nhà cung cấp dịch vụ phần mềm triển khai giúp. Còn muốn có một phần mềm SaaS thì ta chỉ cần đăng ký sử dụng dịch vụ của nhà cung cấp để có một phần mềm với cùng chức năng. Ví dụ như trước đây để có một website Thương mại điện tử chúng ta phải thuê công ty phát triển phần mềm triển khai còn với SaaS chúng ta chỉ cần đăng ký thành viên để sở hữu một website tương tự. 14 - Với ứng dụng web thông thường thì việc nâng cấp, bảo trì hệ thống người dùng phải tự thực hiện. Ngược lại, với ứng dụng SaaS thì nhà cung cấp dịch vụ sẽ thực hiện các vấn đề này. - Việc nâng cấp, mở rộng tính năng của ứng dụng web thông thường sẽ phải tốn phí. Còn việc nâng cấp, mở rộng tính năng của ứng dụng SaaS thì người dùng sẽ không phải chịu phí. 2.2.3 Điểm mạnh, điểm yếu của SaaS 2.2.3.1 Điểm mạnh Đối với khách hàng: - Lợi thế quan trọng nhất của SaaS là chi phí khởi tạo thấp hơn nhiều so với mua phần mềm đóng gói. Thay vì phải bỏ một núi tiền ra mua cả một hệ thống khổng lồ để chỉ sử dụng và tính năng của chúng thì giờ đây có thể tiết kiệm chi phí kiểu đó bằng cách trả tiền những gì mà mình cần dùng. - Điểm mạnh thứ hai của SaaS chính là việc khách hàng có thể ngay lập tức triển khai ứng dụng một cách nhanh chóng, thay vì phải cài đặt tốn kém như các phần mềm đóng gói. - Thông qua trình duyệt nên có thể sử dụng bất cứ nơi nào, bất cứ thời điểm nào. Khách hàng không phải lo vấn đề về bảo mật cũng như bảo trì, bảo dưỡng hệ thống vì các việc này 15 đã do nhà cung cấp làm, nếu phát triển phần mềm thì khách hàng phải tự lo hết từ công đoạn phân tích, thiết kế, bảo trì … Đối với nhà cung cấp dịch vụ: - Nếu càng nhiều người sử dụng thì nhà cung cấp dịch vụ càng có thể kiếm được nhiều tiền không bằng cách thu phí thì cũng bằng cách thu tiền quảng cáo … - Có nhiều platform SaaS trên mạng, và chúng tăng lên mỗi tháng. - Một lý do khác SaaS nền tảng sẽ tiếp tục phát triển là vì sự quan tâm ở công nghệ thông tin xanh (Green IT) và những nỗ lực để di chuyển hướng về cơ sở hạ tầng ảo hóa. Điều đó có nghĩa khách hàng có khả năng di chuyển về hướng các nền tảng SaaS để họ có thể giảm số lượng các máy chủ đồng thời với việc giảm tiêu thụ năng lượng. 2.2.3.2 Điểm yếu Đối với khách hàng: - Phụ thuộc vào đường truyền internet. Độ ổn định của đường truyền đóng vai trò quan trọng khi khai thác phần mềm. - Tất cả mọi thông tin của người dùng đều được lưu trữ trên Cơ sở dữ liệu của nhà cung cấp dịch vụ, do đó việc bảo đảm an toàn thông tin là một vấn đề lớn Đối với nhà cung cấp dịch vụ: 16 - Vì phải triển khai phần mềm trên môi trường Internet do đó có những hạn chế nhất định về mặt kĩ thuật như tốc độ truy cập sẽ chậm hơn phần mềm desktop, tỉ lệ mất mát dữ liệu khi truyền qua môi trường internet cũng là một mối lo. Vì thế vấn đề bảo mật thông tin cho những ứng dụng SaaS là hết sức cần thiết. - Do phải xây dựng ứng dụng và cho nhiều người sử dụng cùng lúc nên vấn đề về hạ tầng cơ sở rất quan trọng. Nhà cung cấp dịch vụ phải luôn nâng cấp, đổi mới thiết bị thì mới có thể đáp ứng được nhu cầu của khách hàng. 2.2.3 Phương thức triển khai và mô hình toán của SaaS 2.3.1 Phương thức triển khai SLA trong SaaS Nhà cung cấp SaaS cho các doanh nghiệp thuê phần mềm tương tự như tổ chức một dịch vụ cho khách hàng, ở đó họ sẽ quan tâm đến tối đa hoá lợi nhuận và đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho khách hàng. Tại bất cứ thời điểm nào khách hàng có thể yêu cầu nâng cấp dịch vụ bằng cách thêm các tài khoản người dùng hoặc nâng cấp phiên bản phần mềm. Vì vậy, một nhà cung cấp SaaS có để xử lý các yêu cầu thông minh phù hợp với yêu cầu đặt ra trong SLA. Các thuộc tính được định nghĩa trong SLA như sau: - Kiểu yêu cầu (reqType) - Loại sản phẩm (ProType) 17 - Loại tài khoản (accType) - Độ dài hợp đồng (conLen) - Số lượng tài khoản (recNum) - Thời gian đáp ứng (respTime) - Thời gian khởi đầu dịch vụ (iniTimeSev) - Giá trị máy ảo (PriVM) - Thời gian truyền dữ liệu (dataTrafT) - Tốc độ truyền dữ liệu (dataTrafSpeed): 2.3.2 Mô hình toán C Tổng lợi nhuận  Pr of c il đạt được của nhà cung cấp c 1 dịch vụ SaaS để phục vụ tổng số lượng C các yêu cầu của khách hàng được định nghĩa trong công thức (2.1) C C C C  Pr of ilc   Pr iServc   conLen   Costilc c 1 c 1 c 1 (2.1) c 1 Chi phí Costilc để phục vụ theo yêu cầu được tính theo công thức: Costilc = VMCostilc +PenaltyCostilc (2.2) Các chi phí máy ảo VMCostilc được tính theo công thức: VMCostilc = PriVMil x (iniTimeSevil x conLenc) (2.3) Phạt khi vi phạm SLA được tính theo công thức (2.4) với β là tỷ lệ hình phạt và DT là thời gian trễ.: Penalty = α + β x DT (2.4) 18 Giá trị của hình thức phạt vi phạm SLA tính theo công thức: PenaltyCostilc = = α + β (reqType) x delayTimeSevil (reqType) (2.5) Thời gian trễ delayTimeSevil được tính theo công thức: delayTimeilc =  iniTimeSev - respTime(ftr)    iniTimeSev  N dataTrafT  respTime(upSev) n 1  (2.6), (2.7) Thời gian chuyển dữ liệu trên một GB (dataTranfT). N  dataTrafT  accNum c'  recNum c'  n 1 N  recSize c'  dataTrafT (2.8) n 1 2.4 An toàn thông tin trong SaaS 2.4.1 Một số rủi do về an toàn thông tin trên điện toán đám mây - Mất kiểm soát. - Phụ thuộc - Cách ly bất thành 19 - Giao diện bị lộ - Bảo vệ dữ liệu 2.4.2 Giới thiệu bảo mật trên SaaS - Mã hóa và Giải mã - Định danh cục bộ và định danh liên đoàn - Chứng thực và cấp phép 20 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG SAAS VÀO BÀI TOÁN CẬP NHẬT TOẠ ĐỘ CÁC TRẠM BTS TẠI VIỄN THÔNG HÀ NỘI Trong chương 3 này Luận văn Tập trung mô tả việc chuyển bài toán cập nhật tọa độ quản lý BTS đã có thành giải pháp SaaS, áp dụng cho cả các thiết bị PC, PDA... tại VNPT Hà Nội. 3.1 Nghiên cứu phương pháp chuyển đổi ứng dụng web thành giải pháp SaaS Các bước chung cần thực hiện để chuyển đổi một ứng dụng web truyền thống thành một ứng dụng chạy được trên SaaS. Để chuyển đổi ứng dụng web thành ứng dụng SaaS chúng phải làm những việc sau: - Ứng dụng phải hỗ trợ nhiều bên thuê. - Ứng dụng phải có một số mức tự đăng ký dịch vụ. - Phải có cơ chế thuê bao/tính cước hiện hành. - Ứng dụng phải có khả năng mở rộng một cách hiệu quả - Mã định danh (ID) và xác thực người dùng - Tùy chỉnh cho mỗi bên thuê 3.2 Hiện trạng CNTT và bài toán quản lý BTS tại Viễn thông Hà