Đặt vấn đề 

Trong quá trình CĐS, công nghệ ĐTĐM đã trở thành một trong những yếu tố quan trọng thúc đẩy và định hình cách thức thực hiện quá trình CĐS đối với quốc gia nói chung và từng lĩnh vực trong đời sống KT-XH nói riêng. Theo Chương trình CĐS đến năm 2025, định hướng đến năm 2030, Bộ TN&MT đặt ra mục tiêu đến năm 2030, ngành TN&MT quản lý, điều hành cơ bản trên phương thức, quy trình, mô hình của công nghệ số và kết quả phân tích, xử lý dữ liệu số; áp dụng khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và nhân lực chất lượng cao. Để thực hiện được mục tiêu nêu trên, việc xây dựng, hoàn thiện, phát triển hạ tầng số, Trung tâm dữ liệu của Bộ theo tiêu chí hiện đại, thông minh, kế thừa, sử dụng hiệu quả, đồng bộ, quy mô quốc gia, bảo đảm an toàn, an ninh mạng, kết hợp giữa mô hình tập trung và phân tán, trên công nghệ ĐTĐM kết nối với Hệ thống đám mây của Chính phủ, địa phương, bộ, ngành; cung cấp hiệu quả hạ tầng cho thu nhận dữ liệu trên nền tảng IoT, quản lý lưu trữ trên nền tảng dữ liệu lớn, xử lý tính toán bằng công nghệ AI và chia sẻ dữ liệu theo thời gian thực là một nhiệm vụ quan trọng, cấp thiết.

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là mô hình ĐTĐM phù hợp với nhu cầu CĐS của ngành TN&MT. Để đạt được mục tiêu trên cần có những nghiên cứu và đánh giá về: Nhiệm vụ trọng tâm về phát triển hạ tầng số và bảo đảm ATTT; hiện trạng và nhu cầu đối với hạ tầng số tại các Trung tâm dữ liệu của Bộ TN&MT; đề xuất mô hình, giải pháp xây dựng hạ tầng số dựa trên công nghệ ĐTĐM phù hợp với CĐS ngành TN&MT; kết quả triển khai thử nghiệm đám mây riêng trên nền tảng mã mở - OpenStack.

Kết quả và bàn luận

Nhiệm vụ trọng tâm về phát triển hạ tầng số và bảo đảm ATTT

Quyết định 417/QĐ-BTNMT xác định nhiệm vụ về phát triển hạ tầng số của ngành TN&MT có nội dung chính như sau: Hoàn thiện hạ tầng số, Trung tâm dữ liệu (TTDL) phục vụ CĐS với tiêu chí hiện đại, thông minh, kế thừa, sử dụng hiệu quả, đồng bộ, quy mô quốc gia, có tốc độ cao, an toàn, an ninh mạng, kết hợp giữa mô hình tập trung và phân tán, trên công nghệ ĐTĐM (cloud computing) kết nối với Hệ thống đám mây của Chính phủ, địa phương, bộ, ngành; có tích hợp với dịch vụ đám mây của các nhà cung cấp (trong nước và quốc tế); bảo đảm kết nối, tự động hóa thu nhận dữ liệu trên nền tảng loT; cung cấp khả năng quản lý, lưu trữ trên nền tảng dữ liệu lớn; cung cấp năng lực phân tích, xử lý, tính toán bằng công nghệ AI; bảo đảm cung cấp và chia sẻ dữ liệu, thông tin về TN&MT theo thời gian thực.

Hiện trạng và nhu cầu đối với hạ tầng số tại các TTDL của Bộ TN&MT

Các TTDL của Bộ TN&MT

Hình 1. Mô hình kết nối các TTDL của Bộ TN&MT

Bộ TN&MT đã được đầu tư và đưa vào sử dụng 05 TTDL, trong đó: 03 TTDL dùng chung của Bộ đảm bảo phân tải, dự phòng cho các hệ thống CNTT của Bộ và do Cục CĐS và Thông tin dữ liệu tài nguyên môi trường quản lý, vận hành; 01 TTDL tại Cần Thơ (đang trong quá trình xây dựng); 01 TTDL chuyên ngành về KTTV do Tổng Cục KTTV quản lý vận hành.

Đánh giá về hiện trạng hạ tầng số tại các TTDL dùng chung

Về TTDL dùng chung

Hiện tại, các hệ thống thông tin trọng yếu của Bộ TN&MT được tập trung tại 02 TTDL dùng chung đặt tại Hà Nội đảm bảo tính sẵn sàng cao, dự phòng cho các dịch vụ trọng yếu của Bộ. Các TTDL dùng chung đều được đầu tư đường truyền internet tốc độ cao (từ 2 nhà cung cấp dịch vụ); sử dụng dải IPv4, IPv6 được đăng ký từ VNNIC có thể sử dụng cùng lúc trên kênh truyền của nhiều nhà cung cấp.

Công nghệ ảo hóa, ĐTĐM đang sử dụng

Các TTDL dùng chung của Bộ đều sử dụng công nghệ ĐTĐM mà cốt lõi là công nghệ ảo hóa. Giải pháp ảo hóa, ĐTĐM đang sử dụng là giải pháp VMWare Vsphere. Đây là giải pháp được sử dụng tại Bộ từ những năm 2012 đến nay. Các thành phần chính gồm: Hypervisor: sử dụng ESXi, giúp tối ưu hóa tài nguyên phần cứng, tăng cường hiệu suất và tính sẵn sàng cao. Các phiên bản ESXi đang được sử dụng tại các TTDL dùng chung của Bộ gồm: 5.5, 6.7, 7.0.3; VMware vCenter Server: Cho phép quản lý tập trung môi trường ảo hóa (quản lý tài nguyên tính toán, lưu trữ, cung cấp tính năng sẵn sàng cao, chịu lỗi,... Phiên bản vCenter đang sử dụng tại các TTDL dùng chung của Bộ: 5.5, 7.0.3.

Đánh giá về công nghệ ảo hóa, ĐTĐM đang sử dụng

VMWare vSphere là một giải pháp có hiệu năng và độ ổn định cao; Khả năng tương thích rộng với các hệ điều hành và giải pháp lưu trữ. Hiện tại, các hệ điều hành máy chủ phổ biến được sử dụng tại các TTDL dùng chung là: Windows Server (phiên bản 2012, 2016, 2019, 2022); Ubuntu (phiên bản 18, 20, 22); Debian (phiên bản 10, 11); Centos (Phiên bản 7).

Hiệu năng tốt và khả năng quản lý tài nguyên tốt: Có cộng đồng sử dụng lớn; Giải pháp VMWare vSphere đã đáp ứng tốt và ổn định trong việc cung cấp hạ tầng CNTT cho Bộ.

Các vấn đề tồn tại đối với hạ tầng số

Hạn chế của nền tảng ảo hóa, ĐTĐM đang sử dụng: Chi phí bản quyền lớn: thường chiếm ~15% chi phí của máy chủ vật lý (với thời gian subcription 1 năm); chi phí gia hạn bản quyền để có thể hỗ trợ các OS mới nhất cao. TTDL tại Cục CĐS&TTDLTNMT có: 38 máy chủ vật lý chạy hypervisor ESXi 5 (đã hết vòng đời; hệ điều hành tối đa hỗ trợ mới nhất là: Windows Server 2012 R2, Centos 6, Debian 6); 20 máy chủ vật lý chạy ESXi 7, 8.

Đối với các dự án có đầu tư máy chủ vật lý - có kinh phí hạn chế, việc chỉ có lựa chọn sử dụng giải pháp ảo hóa, ĐTĐM thương mại VMWare vSphere gây nhiều khó khăn.

Khó khăn trong xác định chính xác được nhu cầu hạ tầng CNTT để phục vụ cho CĐS ngành TN&MT định hướng đến năm 2030.

Đề xuất mô hình, giải pháp xây dựng ĐTĐM cho CĐS ngành TN&MT

Đề xuất mô hình đám mây lai - hybrid

Căn cứ vào các yêu cầu về quản lý và cung cấp tài nguyên phục vụ cho hạ tầng CNTT cho CĐS của ngành TNMT, lựa chọn mô hình triển khai ĐTĐM lai (hybrid cloud) để triển khai cho nền tảng ĐTĐM của Bộ TN&MT. Trong giai đoạn trước, mắt ưu tiên vào hạ tầng đám mây riêng; trong các giai đoạn tiếp theo, tùy theo yêu cầu và nhu cầu tiếp tục mở rộng hạ tầng đám mây công cộng để hoàn thiện mô hình đám mây lai.

Hình 2. Đề xuất mô hình ĐTĐM cho CĐS ngành TN&MT

Trong đó:

Mô hình ĐTĐM cho CĐS ngành TN&MT cần đảm bảo được yêu cầu đã đưa ra trong Quyết định 417/QĐ-BTNMT ngày 10 tháng 3 năm 2021 về “Phê duyệt chương trình CĐS TN&MT đến năm 2025, định hướng đến năm 2030”, nhiệm vụ “Phát triển hạ tầng số”.

Đám mây riêng của ngành TN&MT được xây dựng và kết nối thông suốt với nhau thông qua hạ tầng mạng Internet giữa các TTDL của Bộ. 

Đám mây riêng của ngành TN&MT có khả năng kết nối đến các nhà cung cấp dịch vụ đám mây trong và ngoài nước. Qua đó, nâng cao hiệu quả sử dụng kinh phí đối với các nhu cầu về hạ tầng CNTT phát sinh ngoài kế hoạch,...

Đám mây riêng của ngành TN&MT sẵn sàng để có thể kết nối đến đám mây của Chính phủ.

Đề xuất giải pháp xây dựng đám mây riêng kết hợp giữa giải pháp thương mại và mã mở

Để giải quyết những hạn chế nêu trên của nền tảng ảo hóa, ĐTĐM đang sử dụng tại các TTDL dùng chung của Bộ, nhóm thực hiện đề tài đề xuất: Thử nghiệm ứng dụng nền tảng đám mây mã mở OpenStack trong xây dựng đám mây riêng của ngành TN&MT để đánh giá tính khả thi về công nghệ; xây dựng nguồn nhân lực tại chỗ có khả quản trị, vận hành. OpenStack là nền tảng được sử dụng bởi nhiều nhà cung cấp dịch vụ đám tại Việt Nam: Viettel, VNPT, FPT, CMC,..); Đề xuất sử dụng nền tảng đám mây mã mở OpenStack trên hạ tầng máy chủ mà giải pháp VMWare được đầu tư đã hết vòng đời để có thể kế thừa tiếp tục sử dụng các máy chủ này. Đánh giá tính khả thi, hiệu quả trong quá trình triển khai; ối với các dự án có đầu tư hạ tầng CNTT trong tương lai, có thể xem xét triển khai, ứng dụng nền tảng đám mây mã mở OpenStack.

Đề xuất mô hình ĐTĐM riêng

Hình 3. Đề xuất mô hình đám mây riêng của ngành TN&MT

Trong đó: Hạ tầng vật lý: bao gồm các máy chủ vật lý, thiết bị lưu trữ, thiết bị mạng, ... Trong đó, các máy chủ vật lý được cài đặt hypervisor của VMWare – ESXi hoặc KVM dựa trên hiện trạng và khả năng kế thừa các máy chủ vật lý; Ảo hóa: bao gồm các tài nguyên được ảo hóa từ hạ tầng vật lý, như: máy chủ ảo (VM), máy chủ ảo cho container (VC), mạng ảo hóa, lưu trữ cho ảo hóa,...; Quản lý đám mây: đặt các giải pháp quản lý đám mây riêng, hướng đến cung cấp các dịch vụ đám mây như IaaS, PaaS, SaaS, CaaS. Hiện nay, nhu cầu về IaaS của Bộ TN&MT vẫn là chủ yếu. Hướng đến sử dụng các giải pháp quản lý thống nhất được nền tảng đám mây thương mại VMWare, mã mở OpenStack, đám mây công cộng phổ biến (AWS, Azure, Google, ...).

Người dùng: 1) Nhóm người dùng sử dụng dịch đám mây; 2) Người quản trị

Về an toàn thông tin: Hạ tầng ĐTĐM riêng được coi là hệ thống cơ sở hạ tầng thông tin, cung cấp các tài nguyên tính toán, lưu trữ, mạng cho các HTTT khác; do vậy, được bảo đảm ATTT theo cấp độ, được giám sát an toàn thông tin theo mô hình 4 lớp, đảm bảo chia sẻ thông tin giám sát đến Trung tâm Giám sát an toàn không gian mạng quốc gia - NCSC.

Kết quả triển khai thử nghiệm đám mây riêng trên nền tảng mã mở - OpenStack

Mô hình triển khai thử nghiệm

Hình 4. Mô hình triển khai thử nghiệm giải pháp đám mây mã mở OpenStack tại TTDL

Thông tin cấu hình Openstack: Compute 1, 2: host quản lý và lưu trữ máy ảo; Controller1: máy chủ triển khai môi trường và quản lý các node nhu: keystone, glance, Neutron, Nova...; Controller2: máy chủ chạy HAproxy (cân bằng tải) và quản lý các node như: keystone, glance, Neutron, Nova...; Block Storage: được mount xuống 02 node compute thông NFS (10GE) server để phục vụ lưu trữ.

Một số hình ảnh của hệ thống thử nghiệm: Giao diện tổng quát cung cấp các thông số cơ bản của như: Compute, Network, Volume....; Giao diện quản lý Instances cung cấp các thông tin: máy ảo; thêm, sửa, xóa máy ảo....

Đánh giá kết quả thử nghiệm

Đã triển khai thành công giải pháp đám mây mã mở OpenStack (với cấu hình cơ bản) tại hạ tầng TTDL tại Cục CĐS&TTDLTNMT theo mô hình thử nghiệm và tích hợp vào hệ thống mạng của TTDL. Sẵn sàng cung cấp máy chủ ảo hóa (hỗ trợ hệ điều hành Linux, Windows) và public các dịch vụ ra internet.

Đã cung cấp máy chủ ảo hóa cho Dịch vụ lưu trữ đám mây (trên nền tảng mã mở NextCloud). Dịch vụ lưu trữ đám mây đã được cài đặt, tích hợp cho người dùng trên hệ thống AD của Bộ. Địa chỉ truy cập https://mcloud.monre.gov.vn.

Về đánh giá ban đầu sau quá trình triển khai, vận hành thử nghiệm giải pháp đám mây OpenStack: Việc cài đặt và vận hành đòi hỏi nhân lực chuyên môn cao; Có tính khả thi trong việc kế thừa, tận dụng hạ tầng CNTT cũ; và cũng có thể triển khai được trên hạ tầng mới.

Kết luận

Nhóm tác giả đã trình bày hiện trạng, vấn đề tồn tại, nhu cầu cần đáp ứng đối với hạ tầng số nhằm phục vụ chuyển đối số của ngành TN&MT đến năm 2030. Từ đó, có những nghiên cứu, đề xuất trong việc lựa chọn mô hình ĐTĐM cho chuyển đối số ngành TN&MT đảm bảo đáp ứng yêu cầu về Phát triển hạ tầng số trong Quyết định 417/QĐ-BTNMT ngày 10 tháng 3 năm 2021 về “Phê duyệt chương trình CĐS TN&MT đến năm 2025, định hướng đến năm 2030”. 

Nhóm cũng đề xuất phương án xây dựng đám mây riêng tại các TTDL dùng chung của ngành TN&MT sao cho đảm bảo khả năng kế thừa, tận dụng tối đa tài nguyên tính toán, lưu trữ, mạng tại TTDL. Theo đó, đề xuất xây dựng đám mây riêng trên đồng thời 02 nền tảng ĐTĐM: 1) VMWare (thương mại) 2) OpenStack (mã mở)

Tài liệu tham khảo 

1. Kết quả khảo sát, chuyên đề trong đề tài “Nghiên cứu đề xuất mô hình ĐTĐM cho CĐS ngành TN&MT đến năm 2030” - chủ nhiệm Ks. Trần Minh Thắng (đề tài đang trong quá trình thực hiện);

2. Quyết định 417/QĐ-BTNMT ngày 10 tháng 3 năm 2021 về “Phê duyệt chương trình CĐS TN&MT đến năm 2025, định hướng đến năm 2030”;

3. Thông tư 12/2022/TT-BTTTT ngày 12 tháng 8 năm 2022 về “Quy định chi tiết và hướng dẫn một số điều của nghị định số 85/2016/NĐ-CP ngày 01/7/2016 của chính phủ về bảo đảm an toàn HTTT theo cấp độ”;

4. Nghị định 53/2022/NĐ-CP “Quy định chi tiết một số điều của luật An ninh mạng”.

TRẦN MINH THẮNG¹; NGUYỄN HUYỀN QUANG²

Cục Chuyển đổi số và Thông tin dữ liệu tài nguyên môi trường

Bộ Tài nguyên và Môi trường

Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 21 (Kỳ 1 tháng 10) năm 2023