Internet của vạn vật sẽ làm mạng bị phá vỡ trong tương lai nếu không có một phương pháp định tuyến mới theo cơ chế sinh học.
Thực trạng của mạng Internet hiện nay
Cần có một cuộc cách mạng trong giao thức kết nối, nếu không trong tương lai mạng Internet sẽ bị phá vỡ! Đó là nhận định của giáo sư kỹ thuật mạng Antonio Liotta thuộc Đại Học Kỹ Thuật Hà Lan. Vậy mạng Internet của tương lai sẽ như thế nào, ý tưởng ra sao và lấy cảm hứng từ đâu?
Có lẽ vào cuối thập kỷ này, những chiếc tủ lạnh có thể email cho chúng ta biết danh sách những thực phẩm hiện có. Các bác sĩ có thể cập nhật tình trạng sức khỏe và kê đơn thuốc từ những dữ liệu thu thập được từ một thiết bị theo dõi siêu nhỏ được cấy bên trong cơ thể chúng ta. Và khi trời sáng, đồng hồ báo thức cũng có thể ra lệnh việc mở rèm cửa và tác động đến máy pha cà phê bắt đầu làm việc cho một bữa sáng.
Theo dự báo của Cisco Systems, đến năm 2020, mạng Internet toàn cầu sẽ có đến 50 tỷ kết nối từ TV, xe hơi, thiết bị nhà bếp cho đến camera giám sát, điện thoại, đồng hồ thông minh và rất nhiều thiết bị khác nữa. Đây là Internet of Things (Internet của sự vật) – một ý tưởng có phần mơ mộng về tương lai của Internet.
Nhưng thực tế lại “khắc nghiệt” hơn nhiều và ý tưởng mơ mộng kia khó có thể trở thành sự thật nếu không có một cuộc cách mạng, cải tổ triệt để nền tảng. Để làm được điều này, chúng ta còn rất nhiều thứ phải làm vì mạng Internet hiện nay không được trang bị phương thức để quản lý hàng tỷ nút (node) kết nối và sự đa dạng của các ứng dụng.
 |
Thực tế thì việc này còn khó khăn hơn khi chúng ta còn phải “vật lộn” với những dữ liệu được tạo ra từ rất nhiều hoạt động trực tuyến như video, hội nghị truyền hình trực tuyến hay trò chơi qua các mạng xã hội… Các nhà cung cấp dịch vụ Internet lớn trên thế giới đang cảnh báo về thời gian truy cập trễ toàn cầu đã vượt quá 120 mili giây, khoảng thời gian này đủ để xử lý thoại VoIP qua mạng Internet. Bạn chỉ cần tưởng tượng sự lưu chuyển của đường truyền chậm như thế nào nếu các trò chơi game cầm tay hay truyền hình cáp có khả năng tiêu thụ hàng trăm exabyte (1 exabyte tương đương 1.048.576 terabyte) một ngày nào đó đột chuyển chuyển hết lên dịch vụ đám mây!
Vấn đề không chỉ đơn giản là dung lượng. Các nhà khai thác mạng luôn có thể bổ sung thêm dung lượng bằng cách làm cho đường truyền hiệu quả hơn hay sử dụng nhiều cáp hơn và gia tăng các trạm thu phát tín hiệu di động. Nhưng các phương pháp này ngày càng tốn kém và không bền vững trong tương lai, bởi vì những rắc rối thực sự nằm ở “trái tim” của Internet, đó là Kiến trúc định tuyến của nó.
Chủ tịch Google nói về tương lai Internet Trong Tân kỷ nguyên kỹ thuật số, một trong những cuốn sách được mong chờ nhất thế giới công nghệ năm 2013, Tân kỷ nguyên kỹ thuật số (The New Digital Age), chủ tịch Google Eric Schmidt đã tiết lộ tương lai và tác động của Internet đến nhân loại. |
Sự cần thiết phải thay thế giao thức cũ
 |
Dòng thông tin qua mạng hiện nay đang sử dụng một chương trình đã có tuổi lên đến 4 thập kỷ được biết với tên gọi là Chuyển mạch gói (packet switching). Với cách thức này thì dữ liệu được chia nhỏ thành nhiều gói. Các gói dữ liệu khác nhau có thể sử dụng các tuyến đi khác nhau và được chuyển đến vào những thời điểm khác nhau, nhưng cuối cùng cũng được tập hợp lại thành một gói duy nhất. Những bộ định tuyến (router) sẽ quyết định cách thức và con đường đi của từng gói nhưng nó không biết gì về nguồn gốc của dữ liệu đang tải, hay những trục trặc gặp phải trên đường đi. Đặc biệt, các bộ định tuyến này “đối xử” như nhau cho mọi kiểu dữ liệu, dù là video, cuộc trò chuyện hay email.
Sự sắp xếp này hoạt động khá tốt, thậm chí được xem là tuyệt vời trong thời gian đầu của Internet, vì những nội dung được chia sẻ, dữ liệu web hay những gói dữ liệu nhỏ thường không có yêu cầu cấp thiết và phù hợp với kiểu xử lý “ngang bằng” với mọi dạng dữ liệu của phương thức chuyển mạch gói.
Nhưng bức tranh Internet đã thay đổi đáng kể trong thập kỷ qua. Lưu lượng đường truyền hiện nay của Internet đa phần là những dữ liệu lớn, những dữ liệu được tổ chức theo nhiều cách thức đa dạng và phức tạp hơn. Chẳng hạn như, bộ đo thông minh để thu thập những dữ liệu về năng lượng trong thời gian ngắn, hay các phản ứng tuần hoàn. Bên cạnh đó, các dịch vụ truyền hình qua Internet (IPTV) hiện đang rất phát triển với luồng dữ liệu lớn. Nhiều kiểu truyền tải mới xuất hiện khi có nhiều ứng dụng ra đời, trong đó bao gồm cả những thiết bị tích hợp kết nối hay những sản phẩm thậm chí chúng ta còn chưa tưởng tượng ra. Do đó, chuyển mạch gói về cơ bản quá cứng nhắc để có thể quản lý một hệ thống truyền tải luôn thay đổi như vậy.
Những bài học có thể áp dụng từ mạng sinh học trong thế giới thực
Các kỹ sư Internet có thể học được rất nhiều từ các mạng sinh học và xã hội loài người. Dưới đây là những kinh nghiệm từ thực tế cuộc sống.
 |
Giữ cho đường đi càng ngắn càng tốt, ngay cả trong các mạng lớn.
Ví dụ: Các mối quan hệ xã hội, cấu trúc gen, mạng lưới thần kinh trong bộ não.
Ưu điểm: Với đường đi ngắn, dữ liệu có thể đến bất kỳ điểm nào trong mạng với thời gian nhanh, ít bước nhất và có độ trễ thấp.
 |
Chỉ một phần nhỏ các nút nên có nhiều liên kết.
Ví dụ: Đối tác tình dục của con người.
Ưu điểm: Giảm thiểu số lượng các trung tâm hoạt động sẽ giúp ngăn chặn sự lây lan của virus và chống lại các cuộc tấn công từ bên ngoài. Tức khả năng tự bảo vệ sẽ tốt hơn.
 |
Liên kết yếu có thể là một điều tốt.
Ví dụ: Một số cấu trúc phân tử.
Ưu điểm: Những liên kết kém hoặc tạm thời có thể giúp cải thiện các kết nối xấu, làm tiêu hủy sự gián đoạn, và mang lại truy cập mạng đến những nơi mà các liên kết chặt chẽ không thể được xây dựng.
 |
Đánh đổi tốc độ cho sự ổn định
Ví dụ: Hệ thống kiểm soát giao thông như đèn đỏ, biển báo giới hạn tốc độ, cảnh báo nơi gần khu trường học, trẻ em…
Ưu điểm: Kiểm soát luồng dữ liệu giúp ngăn ngừa việc tăng lưu lượng truy cập đột biến, từ đó gây ra tình trạng tắc nghẽn mạng hoặc sụp đổ hệ thống mạng.
 |
Truyền phát thông tin thông qua các “tin đồn” chứ không phải là phát sóng.
Ví dụ: Các mối quan hệ xã hội, cấu trúc gen, mạng lưới thần kinh trong bộ não.
Ưu điểm: Việc truyền phát này khiến dữ liệu có thể đến được bất kỳ điểm đích mong muốn với số bước ít và độ trễ ở mức thấp nhất.
 |
Kiểm soát và thích nghi tại khoảng thời gian khác nhau.
Ví dụ: Các chức năng tự trị (như hô hấp và tiêu hóa) so với nhận thức.
Ưu điểm: Kiểm soát thời gian thực cho phép các nút phối hợp hành động, trong khi việc thích nghi sẽ giúp mạng dữ liệu phát triển.
Định tuyến thông minh – hướng đi mới cho Internet
Trên đây là những lý do khiến chúng ta cần phải có một mạng Internet thông minh, không chỉ đơn thuần là cải tiến dựa trên những gì sẵn có mà phải phát triển một phương thức hoàn toàn mới để truyền tải dữ liệu. Và các kỹ sư trên thế giới đã có những ý tưởng về một mạng Internet lấy “cảm ứng dựa vào thiên nhiên”.
Thật vậy, hàng triệu năm tiến hóa đã mang lại cho trái đất một mạng sinh học thật kỳ vĩ. Và để có được một mạng Internet dựa trên mạng sinh học này thực sự là vấn đề rất khó khăn, chẳng hạn như cách thức để tạo ra “sức đề kháng” để chống lại tác nhân gây bệnh, hay học hỏi kinh nghiệm để ngăn chặn những thất bại và thích nghi khi có sự thay đổi. Có thể nói, não bộ con người và cơ thể là một mô hình rất tốt để chúng ta “bắt chước” để có thể xây dựng lại một mạng dữ liệu tốt hơn. Tất nhiên, thách thức lớn nhất là “làm sao để có thể bắt chước được”?
Internet trong tương lai cần phải có thuật toán định tuyến thông minh hơn để có thể xử lý các luồng dữ liệu đa dạng hơn và không gặp thất bại. Mặc dù hiện tại chưa có giải pháp rõ ràng để có được thuật toán này nhưng những ý tưởng ban đầu về một kiến trúc “tương lai” sẽ như sau:
1. Các thiết bị định tuyến có thể hoạt động ở bất kỳ nút mạng nào, chẳng hạn như điện thoại, TV, xe hơi, thiết bị nhà bếp, bộ cảm biến môi trường, hoặc thậm chí là những thiết bị chưa được phát minh. Các thiết bị thu phát tầm ngắn này sẽ hình thành một mạng lưới có thể truy cập Internet và mang Internet đến những nơi xa xôi hơn.
2. Các cách thức định tuyến và chuyển tiếp có thể xác định được cách tốt nhất để lấy đúng các gói dữ liệu và có thể sắp xếp hợp lý để truyền đi. Những cách thức này cũng đang được tích hợp trong các bộ định tuyến hiện tại, nhưng trong tương lai các bộ bộ định tuyến này sẽ thông minh hơn nhờ sự điều khiển của phần mềm, thay vì từng thành phần riêng lẻ của phần cứng như hiện tại.
3. Bộ điều khiển tự trị (autonomic controller) định hướng các bộ định tuyến và chuyển tiếp làm theo các vòng lặp MAPE (MAPE loop). Bộ điều khiển này theo dõi dữ liệu cảm biến nội bộ và tín hiệu từ các nút khác nhau, phân tích thông tin, sau đó lên kế hoạch thực thi phản ứng và thực hiện. Các thiết bị lân cận cũng phối hợp thực hiện theo thời gian thực thông qua một tín hiệu điều khiển.
4. Cơ cấu nhận thức (cognitive engine) giúp các bộ định tuyến thích ứng với những thay đổi bất ngờ bằng cách làm theo các vòng lặp đặc biệt OOPDAL (OOPDAL loop). Cơ cấu nhận thức này sẽ quan sát môi trường, định hướng hệ thống bằng cách ưu tiện các nhiệm vụ, lựa chọn phương án, quyết định kế hoạch thực thi, hoạt động và tiếp thu những kinh nghiệm từ những hành động của mình. Sau đó chia sẻ những gì đã “học” được qua Internet.
Theo PCworld