LUẬN VĂN: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TÌM KIẾM THÔNG TIN THEO VỊ TRÍ TRÊN MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC pot

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


Phạm Đình Hậu


XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TÌM KIẾM THÔNG TIN
THEO VỊ TRÍ TRÊN MẠNG NGANG HÀNG CÓ
CẤU TRÚC







KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin

HÀ NỘI - 2009




ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


Phạm Đình Hậu


XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TÌM KIẾM THÔNG TIN
THEO VỊ TRÍ TRÊN MẠNG NGANG HÀNG CÓ
CẤU TRÚC







KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin

Cán bộ hướng dẫn: TS.Nguyễn Hoài Sơn










HÀ NỘI - 2009




LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này, trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
thầy TS. Nguyễn Hoài Sơn. Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá
trình làm khóa luận. Đồng thời em xin được cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong
Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã truyền đạt cho em
nhiều kiến thức bổ ích trong suốt thời gian h
ọc tập tại trường.
Cuối cùng, em xin cảm ơn tất cả bạn bè, gia đình và người thân đã giúp đỡ, động
viên em rất nhiều để em có thể hoàn thành tốt khoá luận.


Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2009

Sinh viên
Phạm Đình Hậu



TÓM TẮT NỘI DUNG
Hiện nay, các dịch vụ dựa vào vị trí cung cấp dịch vụ cho các thiết bị di động
đang phát triển mạnh. Trong đó dịch vụ tìm kiếm thông tin theo vị trí là một dịch vụ
quan trọng. Do các máy chủ cung cấp dịch vụ dựa vào vị trí hiện nay hoạt động rời
rạc, không có sự liên kết với nhau dễ gây quá tải tại các máy chủ vào giờ cao điểm,
thông tin cung cấp cho người dùng không
đa dạng. Chính vì vậy nảy sinh nhu cầu liên
kết các máy chủ của các nhà cung cấp dịch vụ lại với nhau thành một mạng dịch vụ.
Để các máy chủ cung cấp dịch vụ có thể liên kết được với nhau thì phải giải quyết
được các vấn đề về quản lý, lưu trữ, xử lý thông tin phân tán và tìm kiếm thông tin quy
mô lớn. Mạng ngang hàng có cấu trúc sẽ là một giải pháp tốt để liên kết các máy chủ
cung cấp d
ịch vụ lại với nhau vì bản chất của mạng ngang hàng là xử lý và lưu trữ dữ
liệu phân tán đồng thời mạng ngang hàng có cấu trúc có ưu điểm là tìm kiếm dữ liệu
nhanh, có thể tìm kiếm được dữ liệu trên quy mô lớn và hệ thống có khả năng mở rộng
cao.
Khoá luận đã xây dựng một hệ thống tìm kiếm thông tin theo vị trí dựa trên mạng
ngang hàng có cấu trúc trong đó thông tin tìm kiếm
được dựa trên ngữ cảnh của người
sử dụng. Ngữ cảnh ở đây là các thông tin về tuổi, giới tính, sở thích của người dùng và
các thông tin về môi trường như thời tiết, mùa trong năm, thời gian trong ngày và vị trí
hiện tại của người dùng. Hệ thống đã được thử nghiệm và đánh giá thông qua môi
trường mạng có giới hạn băng thông và độ trễ giống với môi trường mạng Internet và
m
ạng điện thoại hiện nay. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống xây dựng đã đáp ứng

được các yêu cầu của dịch vụ dựa vào vị trí là cung cấp dịch vụ thời gian thực và có
thể dễ dàng mở rộng hệ thống.



MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. MÔ HÌNH DỊCH VỤ DỰA VÀO VỊ TRÍ 3
1.2. Tổng quan về dịch vụ dựa vào vị trí 3
1.3. Các thành phần của dịch vụ dựa vào vị trí 4
1.3.1. Thiết bị di động 5
1.3.2. Mạng kết nối 6
1.3.3. Thành phần định vị 8
1.3.4. Nhà cung cấp ứng dụng và dịch vụ 9
1.4. Cách thức hoạt động của dịch vụ dựa vào vị trí 10
1.5. Tìm kiếm thông tin dựa vào vị trí 11
1.6. Tổng kết 12
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM THÔNG TIN TRÊN MẠNG NGANG HÀNG
CÓ CẤU TRÚC 13
2.1. Tổng quan về mạng ngang hàng 13
2.1.1. Khái niệm mạng ngang hàng 13
2.1.2. Ưu điểm và nhược điểm của mạng ngang hàng 14
2.1.3. Phân loại mạng ngang hàng 15
2.2. Mạng ngang hàng có cấu trúc 16
2.1.1. Tổng quan về mạng ngang hàng có cấu trúc 16
2.2.2. Mạng ngang hàng có cấu trúc CHORD 18
2.3. Tìm kiếm thông tin trên mạng ngang hàng có cấu trúc 22
2.3.1. Tìm kiếm chính xác 22
2.3.2. Tìm kiếm theo thuộc tính – giá trị 22
2.3.3. Tìm kiếm theo khoảng 23

2.4. Kết luận 24
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG DỊCH VỤ TÌM KIẾM THÔNG TIN THEO VỊ TRÍ DỰA TRÊN
MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC 26
3.1. Mục đích và yêu cầu của tìm kiếm thông tin dựa vào vị trí 26
3.2. Giải pháp thực hiện 27
3.2.1. Tạo câu truy vấn phù hợp với ngữ cảnh 27
3.2.2. Biểu diễn dữ liệu theo vị trí 27
3.2.3. Chèn dữ liệu vào mạng ngang hàng có cấu trúc 29
3.2.4. Tìm kiếm dữ liệu 30
3.3. Cấu trúc hệ thống 32
3.4. Hoạt động của hệ thống 33
3.5. Đặc điểm của hệ thống đề xuất 36
3.6. Kết luận 37
CHƯƠNG 4. THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG TRÌNH 38
4.1. Kết quả thực thi chương trình 38
4.2. Mô hình thử nghiệm 39
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO 43
5.1. Kết luận 43
5.2. Hướng phát triển tiếp theo của khoá luận 44



DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Cấu trúc hệ thống dịch vụ dựa vào vị trí 4
Hình 2. Một số thiết bị di động sử dụng dịch vụ dựa vào vị trí 5
Hình 3. Mạng diện rộng không dây 6
Hình 4. Mạng cục bộ không dây 7
Hình 5. Mạng cá nhân không dây 7
Hình 6: Xác định vị trí dùng tín hiệu vệ tinh 8
Hình 7. Xác định vị trí dùng dựa vào các trạm sóng đài 9

Hình 8. Cách thức hoạt động của dịch vụ dựa vào vị trí 10
Hình 9: Mô hình mạng ngang hàng 13
Hình 10. Hệ thống mạng ngang hàng lai ghép 15
Hình 11. Mạng ngang hàng có cấu trúc Chord dạng vòng tròn 17
Hình 12. Mô hình mạng Chord 19
Hình 13: Định nghĩa các trường trong bảng định tuyến của Chord 19
Hình 14. Minh hoạ quy tắc lưu khoá trong mạng Chord 20
Hình 15. Minh hoạ chia bề mặt trái đất thành các ô 28
Hình 16. Minh hoạ một ô của bề mặt trái đất được chia ra 28
Hình 17: Minh hoạ tìm kiếm thông tin trong một vùng 30
Hình 18: Minh hoạ thông tin vị trí của một ô trên bề mặt trái đất 31
Hình 20. Cấu trúc hệ thống dịch vụ tìm kiếm thông tin dựa vào vị trí 33
Hình 21: Minh hoạ việc tạo truy vấn theo ngữ cảnh 34
Hình 22: Yêu cầu địa chỉ IP và cổng của các máy trong mạng ngang hàng 34
Hình 23: Yêu cầu tìm kiếm của thiết bị di động gửi lên mạng ngang hàng 35
Hình 24: Minh hoạ mạng ngang hàng trả kết quả cho thiết bị di động 36
Hình 25: Minh hoạ giao diện hiển thị kết quả tìm kiếm thông tin 38
Hình 27: Giao diện hiển thị kết quả trên bản đồ 39
Hình 28: Mô hình thí nghiệm 39
Hình 29: Kết quả thí nghiệm 40
Hình 30: Đồ thị kết quả thử nghiệm 41


1

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày này, số lượng các thiết bị di động cầm tay tăng nhanh, sức mạnh xử lý và
bộ nhớ của thiết bị đã có thể đáp ứng được yêu cầu của nhiều dịch vụ. Trong đó dịch
vụ dựa vào vị trí là một dịch vụ phổ biến và đang phát triển hiện nay. Dịch vụ này
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vự

c và cung cấp các thông tin như dịch vụ gần nhất,
theo dõi phương tiện giao thông, các dịch vụ khẩn cấp. Dịch vụ tìm kiếm thông tin là
một dịch vụ quan trọng của dịch vụ dựa vào vị trí và đang phát triển mạnh.
Tuy hiện nay có nhiều dịch vụ tìm kiếm thông tin nhưng thông tin tìm kiếm được
thường không đúng yêu cầu và không có liên hệ với ngữ cảnh của người dùng. Ngữ
cảnh ở đ
ây là các thông tin cá nhân (tuổi, giới tính, sở thích, lịch làm việc), thông tin
môi trường xung quanh (thời gian trong ngày, mùa trong năm, thời tiết ) và vị trí của
người dùng. Để đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng là tìm kiếm thông tin chính
xác và phù hợp với yêu cầu của người dùng thì khoá luận đã xây dựng một hệ thống
tìm kiếm thông tin theo vị trí trong đó thông tin được tìm kiếm dựa trên ngữ cảnh của
người dùng. Hệ thống sẽ cung cấ
p thông tin một cách tự động cho người dùng bằng
cách tạo truy vấn tìm kiếm tự động từ ngữ cảnh của người dùng. Yêu cầu của hệ thống
này là phải có khả năng tìm kiếm dữ liệu trên quy mô lớn, có tính phân tán và có khả
năng mở rộng cao.
Công nghệ mạng ngang hàng đã phát triển nhanh chóng trên mạng Internet trong
thời gian gần đây với sự xuất hiện của hàng loạt các ứng ngang hàng như Napster,
Gnutella, Freenet, BitTorrent, Edonkey…. Sở d
ĩ mô hình mạng mạng ngang hàng phát
triển như vậy là vì mô hình này rất phù hợp với tính phân tán của dữ liệu, đồng thời nó
đảm bảo quyền quản lý dữ liệu của người dùng nên khuyến khích được việc chia sẻ dữ
liệu, làm tăng nguồn tài nguyên trên mạng. Mô hình mạng ngang hàng cũng được sử
dụng để xử lý các bài toán phức tạp do tận dụng được khả năng tính toán phân tán và
tích hợp dữ liệu từ
các máy tính tham gia mạng. Trong mạng ngang hàng các máy
tham gia đều đóng góp tài nguyên như băng thông, khả năng xử lý và khả năng lưu trữ.
Để đáp ứng được yêu cầu của hệ thống tìm kiếm thông tin theo vị trí là có thể tìm
kiếm dữ liệu trên quy mô lớn, có tính phân tán và có tính mở rộng cao thì mạng ngang
hàng có cấu trúc là một giải pháp tốt. Bởi vì mạng ngang hàng có cấu trúc có ưu điểm

là có thể quản lý, lưu trữ và tìm kiếm trên quy mô lớn, có tính phân tán và có thể
dễ
dàng mở rộng. Vì vậy khoá luận đã đi sâu vào nghiên cứu và xây dựng hệ thống tìm
kiếm thông tin theo vị trí dựa trên mạng ngang hàng có cấu trúc . Để đánh giá hiệu quả
của hệ thống đã xây dựng thì hệ thống đã được thử nghiệm trong môi trường được giới

2

hạn về băng thông và độ trễ giống với môi trường Internet và mạng điện thoại hiện nay
và kết quả thử nghiệm là khá khả quan.
Khoá luận được chia làm 5 chương:
- Chương 1: Chương này sẽ giới thiệu về cấu trúc của hệ thống dịch vụ dựa vào
vị trí hiện đang được sử dụng và các yêu cầu của dịch vụ dựa vào vị trí.
- Chương 2: Trong chươ
ng này sẽ giới thiệu tổng quan về mạng ngang hàng, ưu
nhược điểm của mạng ngang hàng và các phương pháp tìm kiếm đang được sử dụng
trong mạng ngang hàng có cấu trúc.
- Chương 3: Chương này sẽ trình bày về ý tưởng, yêu cầu và cách thức xây dựng
dịch vụ tìm kiếm thông tin theo vị trí dựa trên mạng ngang hàng có cấu trúc.
- Chương 4: Trong chương này chúng ta sẽ trình bày về mô hình thực nghiệm để
đánh giá hiệu quả của dịch vụ
tìm kiếm thông tin theo vị trí đã xây dựng và đưa ra các
nhận xét đánh giá kết quả thử nghiệm.
- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tiếp theo của khoá luận.

3

CHƯƠNG 1. MÔ HÌNH DỊCH VỤ DỰA VÀO VỊ TRÍ
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển nhanh
chóng của công nghệ phần cứng đã có thể tạo ra các thiết bị nhỏ gọn, có khả năng lưu

trữ và xử lý lớn như PDA, Smart Phone, Pocket PC Giá thành của các sản phẩm này
liên tục giảm khiến cho số lượng người dùng sử dụng các thiết bị thông minh này t
ăng
nhanh chóng. Chính vì số lượng các thiết bị thông minh này tăng nhanh dẫn đến nhu
cầu của người dùng muốn sử dụng các dịch vụ gia tăng trên các thiết bị này lớn. Dịch
vụ dựa vào vị trí là một dịch vụ gia tăng đang phát triển ngày nay. Các ứng dụng của
dịch vụ này rất đa dạng, các ứng dụng này cung cấp cho mọi người các thông tin như
vị trí các rạp chiếu bóng, các phòng nghe nhạc, các b
ữa tiệc và các thông tin về bản đồ,
nhà hàng, viện bảo tàng, bệnh viện ở các địa điểm gần mình.
1.2. Tổng quan về dịch vụ dựa vào vị trí
Dịch vụ dựa vào vị trí là dịch vụ cung cấp các thông tin liên quan đến vị trí của
thiết bị di động cầm tay thông qua mạng điện thoại hoặc kết nối không dây. Dịch vụ
dựa vào vị trí cũng có thể được
định nghĩa là dịch vụ khai thác các thông tin về vị trí
của thiết bị di động cầm tay. Dịch vụ này có thể cung cấp các thông tin như “Vị trí
trạm ATM (Automatic Teller Machine) gần nhất” hoặc các thông tin về vị trí của các
nhà hàng, quán ăn, các bến xe ở quanh vị trí của thiết bị di động cầm tay. Các thông
tin này có thể được cung cấp một cách tự động mà không cần bất cứ thao tác yêu cầu
nào của người dùng hoặc người dùng cũng có th
ể yêu cầu trực tiếp các thông tin mình
muốn tìm và có thể tuỳ chọn tìm kiếm thông tin về một vị trí được chỉ định trên bản đồ
số. Dịch vụ dựa vào vị trí mới xuất hiện gần đây, dịch vụ này tập trung vào cung cấp
các dịch vụ trong phạm vi nhóm người dùng không chuyên và hoạt động trong môi
trường tính toán di động có năng lực tính toán thấp.
Các ứng dụng phổ biến của dị
ch vụ dựa vào vị trí:
+ Định vị: Dùng để xác định vị trí của một người nào hay vật nào để trả lời cho
câu hỏi đang ở đâu.
+ Di chuyển: Ứng dụng này có thể chỉ dẫn một cách chi tiết làm sao để đi đến

một vị trí mà người dùng mong muốn.
+ Tìm kiếm: Ứng dụng này có thể là cung cấp các thông tin về các dịch vụ gần
nhất (có thể là nhà hàng gần nhất, tr
ạm ATM gần nhất), các thông tin về giao thông
như tình trạng tắc nghẽn giao thông tại điểm nào đó.

4

+ Xác định một người hay vật: Dùng để xác định một vật hay người nào đó ở vị
trí hiện tại.
+ Kiểm tra sự kiện: Dùng để kiểm tra xem có sự kiện nào xảy ra ở vị trí này
không.
+ Dịch vụ khẩn cấp: Khi có các tình trạng khẩn cấp như hoả hoạn, lũ lụt, trộm
cướp thì có thể sử dụng dịch vụ này để thông báo cho cảnh sát hoặc cho lính cứu hoả
.
+ Dịch vụ theo dõi: Dịch vụ này có thể là theo dõi giao thông để thông báo cho
các các xe cứu thương hoặc cung cấp cho người dùng tránh các điểm tắc nghẽn.
1.3. Các thành phần của dịch vụ dựa vào vị trí
Dịch vụ dựa vào vị trí gồm có bốn thành phần như hình 1 [3]:
- Thiết bị di động
- Mạng kết nối
- Thành phần định vị
-Nhà cung cấp ứng dụng và dịch vụ

Hình 1. Cấu trúc hệ thống dịch vụ dựa vào vị trí

5

1.3.1. Thiết bị di động
Là các thiết bị Mobile Phone, Smart Phone, Laptop, PDA mà người dùng có

thể sử dụng để truy cập và hiển thị thông tin. Người dùng có thể nhận thông tin dưới
các dạng như âm thanh, văn bản, hình ảnh Các thiết bị di động có thể là PDA,
Phones, Laptops nhưng cũng có thể là các thiết bị định vị gắn kèm với ô tô.
Có nhiều loại thiết bị kết nối với dịch vụ dựa vào vị trí, tuỳ theo sứ
c mạnh và khả
năng lưu trữ của thiết bị, người dùng có thể sử dụng một hoặc nhiều dịch vụ khác
nhau. Các thiết bị dùng dịch vụ dựa vào vị trí có thể được phân loại thành hai loại là
thiết bị đơn nhiệm và thiết bị đa nhiệm.
+ Thiết bị đơn nhiệm: Thường sử dụng các dịch vụ khẩn cấp như còi báo
động
hoặc cảnh báo tình trạng khẩn cấp.
+ Thiết bị đa nhiệm: Các thiết bị này đang được nhiều người sử dụng và nó đã
trở thành một phần của cuộc sống chúng ta. Một số thiết bị đa nhiệm trong hình vẽ 2:
Mobile Phone, Smart Phone, Pocket PC, Laptop hoặc PDA.

Hình 2. Một số thiết bị di động sử dụng dịch vụ dựa vào vị trí

6

+ Đặc điểm của các thiết bị di động:
- Hầu hết các thiết bị di động có tài nguyên tính toán và khả năng xử lý thấp.
- Màn hình hiển thị nhỏ, pin có thời gian sử dụng ngắn, bị ảnh hưởng bởi điều
kiện thời tiết.
- Bị giới hạn về băng thông kết nối.
1.3.2. Mạng kết nối
Thành phần này dùng để truyền dữ liệ
u, phục vụ các yêu cầu của người dùng và
gửi kết quả cho người dùng.
Mạng kết nối thường được phân chia thành các loại khác nhau tuỳ theo mục đích,
giới hạn về sóng đài (radio) và các tính chất địa lý.

+ Mạng diện rộng không dây (WWAN: Wireless Wide Area Networks) thường
từ 100 m đến 35 km và yêu cầu người dùng phải đăng ký để được sử dụng. Mạng này
bao gồm GSM (Global System for Mobile, GPRS (General Packet Radio Service) và
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). GMM và GPRS có thể truyền
dữ li
ệu tối đa là 14 kbps và 115 kbps ngược lại UMTS có thể truyền tới 2 Mbps.

Hình 3. Mạng diện rộng không dây

7

+ Mạng cục bộ không dây (WLAN: Wireless Local Area Network): khoảng
cách từ 10 đến 150 m. Thiết bị di động có thể kết nối thông qua các điểm truy cập.

Hình 4. Mạng cục bộ không dây
+ Mạng cá nhân không dây (WPAN: Wireless Personal Area Networks): được
dùng cho các kết nối trong một khoảng ngắn xung quanh 10 m và hệ thống thường
không yêu cầu đăng ký sử dụng. Thông thường bao gồm Bluetooth và các thiết bị
Infrared (IrDA), dữ liệu truyền qua công nghệ Bluetooth có thể là 1 Mbps trong
khoảng cách 10 m và trong trường hợp IrDA (Inrared) nó có thể là 16 Mbps trong
khoảng 1.5 m.

Hình 5. Mạng cá nhân không dây

8

1.3.3. Thành phần định vị
Là thành phần dùng để xác định vị trí hiện tại của người dùng. Hiện nay có hai
phương pháp chính để xác định vị trí người dùng là dựa vào tín hiệu vệ tinh và dựa
vào các trạm sóng đài.

+ Định vị dựa vào vệ tinh: Một số hệ thống định vị tiêu biểu sử dụng vệ tinh như
TACAN – (TACtical Air Navigation), hệ thống định vị toàn cầu (GPS: Global
Positioning System), GLONASS (Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya
Sistema).

Hình 6: Xác định vị trí dùng tín hiệu vệ tinh
Các hệ thống định vị sử dụng vệ tinh chủ yếu dùng để phục vụ cho mục đích
quân sự nên khi dùng trong dân sự thì chúng bị giới hạn về độ chính xác như hệ thống
định vị toàn cầu thì độ chính xác khoảng 15 m. Hiện nay có một số máy thu tín hiệu
của hệ thống định vị toàn cầu đã có thể xác định vị trí chính xác hơn và sai l
ệch
khoảng 3 m.
Tín hiệu của hệ thống định vị toàn cầu bị nhiễu bởi khá nhiều yếu tố như: điều
kiện khí quyển, tín hiệu đi theo nhiều đường, lỗi đồng bộ giữa máy thu và vệ tinh của
hệ thống định vị toàn cầu, thiết bị thu tín hiệu bị che khuất bởi các toà nhà.

9

+ Định vị dựa vào mạng: Hệ thống này xác định vị trí của người dùng dựa vào
các cột sóng đài.

Hình 7. Xác định vị trí dùng dựa vào các trạm sóng đài
1.3.4. Nhà cung cấp ứng dụng và dịch vụ
Nhà cung cấp dịch vụ cung cấp một số các dịch vụ khác nhau cho người dùng và
phản hồi các yêu cầu cung cấp dịch vụ cho người dùng. Các dịch vụ và ứng dụng được
cung cấp như các dịch vụ về tìm vị trí, tìm đường đi dựa trên thông tin mà người dùng
cung cấp hoặc tìm kiếm các thông tin về đối tượng mà người dùng quan tâm (như nhà
hàng, viện bảo tàng, khách sạn, tiệm ăn )
Thông thường dịch vụ dựa vào vị trí được chia thành hai loại:
+ Dịch vụ kéo về (Pull Services): Là những dịch vụ đáp ứng yêu cầu trực tiếp

của người dùng, dịch vụ này thường được chia thành hai loại:
- Dịch vụ chức năng: Các dịch vụ cung cấp chức năng hỗ trợ người dùng 113,
115 (gọi dịch vụ
cấp cứu khẩn cấp chỉ thông qua một nút bấm).
- Dịch vụ thông tin: Cung cấp thông tin như “tìm quán ăn gần nhất”.
+ Dịch vụ đẩy đi (Push Services): Cung cấp thông tin dù người có có yêu cầu
hay không yêu cầu trực tiếp. Dịch vụ hoạt động tự động và làm việc khi xảy ra một sự
kiện được chỉ định như dịch vụ dự báo thời tiết, tin nhắn quảng cáo khi người dùng
đi
vào một khu vực nào đó.

10

1.4. Cách thức hoạt động của dịch vụ dựa vào vị trí
Hệ thống hoạt động dựa trên các thành phần như hình vẽ 8 [3]: Các thiết bị,
mạng kết nối, công nghệ xác định vị trí, máy chủ cung cấp dịch vụ và dữ liệu.

Hình 8. Cách thức hoạt động của dịch vụ dựa vào vị trí
Hoạt động của hệ thống sẽ như sau:
Bước 1: Đầu tiên các thiết bị di động cầm tay sẽ xác định vị trí của mình dựa vào
tín hiệu vệ tinh của hệ thống định vị toàn cầu, các cột sóng di động hoặc dựa vào các
điểm truy cập không dây.
Bước 2: Sau khi đã có được thông tin về vị
trí hiện tại thì thiết bị di động sẽ gửi
thông tin về vị trí của mình và thông tin cần tìm kiếm (như cửa hàng, khách sạn, trạm
ATM gần nhất) đến máy chủ cung cấp dịch vụ qua mạng kết nối.
Bước 3: Các máy chủ dịch vụ sẽ đọc yêu cầu của thiết bị di động, xử lý yêu cầu
và gửi kết quả cho thiết bị di động.
Bước 4:
Thiết bị di động sẽ hiển thị kết quả cho người dùng, kết quả có thể được

hiển thị dưới dạng tin nhắn hoặc hiển thị trên bản đồ để người dùng có thể thấy một
cách trực quan vị trí của thông tin.

11

1.5. Tìm kiếm thông tin dựa vào vị trí
+ Yêu cầu của hệ thống tìm kiếm thông tin theo vị trí là:
- Cung cấp kết quả chính xác với yêu cầu của người dùng và giá thành của dịch
vụ hợp lý.
- Có thể định vị được các thiết bị di động trong phạm vị rộng,
- Với các dịch vụ khác nhau thì có độ ưu tiên khác nhau như với dịch vụ khẩn
cấp thì phải đáp ứng nhanh còn với dịch vụ
tìm tiệm ăn, nhà hàng, khách sạn thì có thể
ưu tiên ít hơn.
- Dịch vụ không làm tăng kích thước, khối lượng của thiết bị nhiều cũng như
không làm tiêu tốn nhiều năng lượng của thiết bị.
- Có thể phục vụ được một số lượng lớn các thiết bị di động tại cùng một thời
điểm.
- Các thông tin về khách hàng phải được giữ bí mật.
- Hệ thố
ng phải dễ dàng mở rộng: Có thể tăng số người sử dụng cũng như tăng
khả năng xử lý và lưu trữ của hệ thống.
- Hệ thống có thể cung cấp dịch vụ thời gian thực.
- Người dùng có thể sử dụng dịch vụ mọi lúc, mọi nơi.
+ Vấn đề tìm kiếm thông tin theo vị trí:
Hệ thống dịch vụ tìm kiếm thông tin theo v
ị trí hiện nay chủ yếu được xây dựng
theo mô hình khách - chủ. Nhược điểm của mô hình này đó là dễ bị quá tải tại máy chủ
trung tâm khi có nhiều người dùng truy cập cùng một thời điểm và khó khăn khi mở
rộng hệ thống.

Yêu cầu của hệ thống dịch vụ tìm kiếm thông tin theo vị trí là hệ thống có thể lưu
trữ, xử lý, tìm kiếm dữ liệu trên quy mô lớn và có khả n
ăng mở rộng cao vì vậy việc
triển khai dịch vụ này trên mô hình khách - chủ là không phù hợp. Mạng ngang hàng
có cấu trúc là một giải pháp tốt để triển khai dịch vụ tìm kiếm thông tin theo vị trí vì
bản chất của mạng ngang hàng là quản lý, lưu trữ, xử lý thông tin phân tán và mạng
ngang hàng có cấu trúc có ưu điểm là có thể thể tìm kiếm thông tin nhanh, tìm kiếm
trên quy mô lớn và hệ thống có tính mở rộng cao.

12

1.6. Tổng kết
Chương này đã giới thiệu tổng quan về dịch vụ dựa vào vị trí, cấu trúc của dịch
vụ dựa vào vị trí, hoạt động của dịch vụ dựa vào vị trí cũng như các yêu cầu hệ thống
của dịch vụ này.
Qua các yêu cầu của dịch vụ này ta có thể thấy việc triển khai dịch vụ dựa vào vị
trí trên mạng ngang hàng là hoàn toàn khả thi vì khi triể
n khai dịch vụ này trên mạng
ngang hàng thì hệ thống sẽ có thể tận dụng được khả năng lưu trữ, xử lý thông tin của
các máy tham gia vào mạng chính vì vậy làm tăng khả năng xử lý tổng thể của hệ
thống. Khả năng xử lý tổng thể của hệ thống tăng sẽ làm cho thời gian đáp ứng của
dịch vụ nhanh, đáp ứng được dịch vụ th
ời gian thực và ưu điểm của mạng ngang hàng
là khả năng mở rộng dễ cao chính vì vậy hệ thống triển khai trên mạng ngang hàng sẽ
có được ưu điểm là khả năng mở rộng hệ thống dễ dàng.

13

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM THÔNG TIN TRÊN MẠNG
NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC

Mạng ngang hàng ngày càng trở nên phổ biến trong các ứng dụng chia sẻ trên
mạng. Các mạng ngang hàng đã xuất hiện từ những năm 1980 và phát triển mạnh mẽ
như APANET, Usenet, FidoNet. Hiện nay, với sự tham gia của các công ty thương
mại và phi thương mại như Napster, Gnutella mạng ngang hàng ngày càng lớn mạnh
và được được nhiều người sử dụng. Nhất là hiện nay khi lượng thông tin truyền tải trên
mạng vô cùng lớn, nhu cầu tìm kiếm và chia sẻ thông tin cũng tăng lên. Mạng ngang
hàng được xây dựng giữa các máy tính độc lập có khả năng chia sẻ dữ liệu và tận dụng
tài nguyên để chia sẻ cho các máy tính khác.
2.1. Tổng quan về mạng ngang hàng
2.1.1. Khái niệm mạng ngang hàng
Mạng ngang hàng là một cấu trúc được tạo nên bởi các máy tính liên kết với
nhau, vai trò của mỗi máy tính là như nhau, mỗi máy tính là một phần và duy trì sự tồn
tại của mạng. Các máy tính trong mạ
ng thường xuyên liên lạc với các máy tính khác
để ổn định mạng và chia sẻ dữ liệu với nhau. Mạng ngang hàng có nhiều ứng dụng và
ứng dụng phổ biến nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các dạng tệp tin chia sẻ như âm thanh,
hình ảnh, dữ liệu

Hình 9: Mô hình mạng ngang hàng

14

Một mạng ngang hàng đúng nghĩa không có khái niệm máy chủ và máy khách
hay nói cách khác tất cả các máy tham gia đều bình đẳng và được gọi là Peer. Peer là
một nút mạng vừa đóng vai trò là máy chủ với các máy khác trong mạng vừa đóng vai
trò là máy khách khi được các máy khác phục vụ mình. Dữ liệu được chứa trên các
máy tính và chia sẻ trực tiếp với nhau cũng thông qua các máy tính tham gia vào mạng
ngang hàng.
2.1.2. Ưu điểm và nhược điểm của mạng ngang hàng
Mô hình mạng ngang hàng rất phù hợp v

ới tính phi tập trung của Internet, bởi
bản chất của tài nguyên là phân tán, các thông tin lưu trữ không chỉ trên các máy chủ
mà ở cả các máy khách.
Xét về khía cạnh sức mạnh xử lý, mạng mạng ngang hàng có khả năng xử lý cao
hơn cả những máy chủ lớn nhất hiện nay do đó sử dụng mạng mạng ngang hàng có thể
cải thiện đáng kể hiệu quả của các phương pháp phân tích, xử lý dữ liệu và giải các bài
toán phức tạp (đây đều là những vấn đề vượt ra ngoài tầm xử lý của những máy chủ
tập trung khi số lượng truy vấn, tính toán tăng lên đến hàng trăm triệu mỗi ngày). Sở dĩ
như vậy là vì mạng ngang hàng đã tận dụng khả năng xử lý, khả năng lưu trữ còn thừa
của các máy tính tham gia mạng với những thuật toán phân tán hợp lý. Công nghệ này
đã chia việc xử lý lớ
n ra thành những việc xử lý nhỏ có thể phân tán giữa các máy tính
trong một mạng. Mỗi máy tính sẽ xử lý một phần dữ liệu và trả về kết quả xử lý cho
máy tính trung tâm, máy tính trung tâm sẽ ghép nối các kết quả này lại với nhau. Bằng
cách đó, ta có thể giải quyết được những bài toán phức tạp mà không cần phải nâng
cấp khả năng xử lý của hệ thống hiện tại.
Bên cạnh đ
ó, việc phân tán trách nhiệm cung cấp dịch vụ đến tất cả các nút trên
mạng sẽ giúp loại bỏ vấn đề ngừng trệ dịch vụ do nơi cung cấp duy nhất gặp sự cố.
Mạng ngang hàng cũng tận dụng được băng thông trên toàn bộ mạng vì việc tăng
số giao tiếp giữa các thiết bị mạng qua các đường truyền khác nhau sẽ làm giảm khả
năng tắc nghẽ
n mạng. Ngoài ra, khi càng nhiều máy tính tham gia vào mạng ngang
hàng thì tổng sức mạnh xử lý, khả năng lưu trữ và băng thông lại tăng theo điều đó cho
thấy khả năng mở rộng của mạng mạng ngang hàng.
Tuy nhiên, mạng ngang hàng cũng có nhiều nhược điểm. Với mô hình mạng
ngang hàng thuần túy, tức là mô hình mà ở đó mọi máy đều có vai trò như nhau và
không tuân theo bất cứ một quy luật định tuyến hay kết nố
i nào thì mạng mạng ngang
hàng cũng bộc lộ khá nhiều nhược điểm:

15

+ Chính vì yêu cầu dịch vụ được đáp ứng một cách tùy biến nên máy yêu cầu
dịch vụ có thể nhận được nhiều kết quả khác nhau khi nó kết nối đến các máy khác
nhau cung cấp cùng một dịch vụ.
+ Các yêu cầu gửi đi có thể không nhận được kết quả trả về vì không có gì đảm
bảo sẽ tồn tại một máy nào đó có khả năng đáp ứng yêu cầu đó.
+ Các tài nguyên có thể
biến mất do nút cung cấp tài nguyên có thể ngắt kết nối
bất cứ lúc nào.
2.1.3. Phân loại mạng ngang hàng
Mạng ngang hàng lai ghép
Trong mô hình này, mỗi máy đều được nối với tất cả các máy khác trong mạng,
cách nối này mang đặc điểm của mô hình mạng ngang hàng thuần túy. Tuy nhiên, vẫn
có một máy đóng vai trò máy chủ trung tâm, máy chủ này có nhiệm vụ quản lý các
thông tin chỉ mục.

Hình 10. Hệ thống mạng ngang hàng lai ghép
Những nhược điểm của việc quản lý điều khiển tập trung vẫn tồn tại trong mô
hình mạng này. Nếu máy chủ trung tâm gặp lỗi thì các máy Peer không thể truy cập

16

đến thông tin chỉ mục ở trên máy chủ trung tâm nên không thể tìm kiếm thông tin
được. Đại diện cho mô hình mạng ngang hàng lai ghép là mạng ngang hàng Napster.
Mạng ngang hàng thuần tuý
Trong mạng ngang hàng thuần tuý thì vai trò của các máy trong mạng là ngang
nhau và trong mô hình mạng này thì đã loại bỏ sự tồn tại của các máy chủ tập trung.
Mạng ngang hàng thuần tuý được chia thành hai loại là mạng ngang hàng không có

cấu trúc và mạng ngang hàng có cấu trúc.
Mạng ngang hàng không cấu trúc: Trong mạng ngang hàng không cấu trúc thì
các liên kết giữa các nút trong mạng được thiết lập ng
ẫu nhiên không theo quy luật.
Những mạng như thế này dễ dàng được xây dựng vì một máy mới khi muốn tham gia
mạng có thể lấy các liên kết có sẵn của một máy khác đang ở trong mạng và sau đó
dần dần tự bản thân nó sẽ thêm vào các liên kết mới cho riêng mình. Khi một máy
muốn tìm một dữ liệu trong mạng ngang hàng không cấu trúc, yêu cầu tìm kiếm sẽ
được truyền trên cả mạng để tìm ra càng nhiều máy chia sẻ càng tốt. Đạ
i diện cho mô
hình mạng này là mạng ngang hàng Gnutella.
2.2. Mạng ngang hàng có cấu trúc
2.1.1. Tổng quan về mạng ngang hàng có cấu trúc
Nhược điểm của mạng ngang hàng không có cấu trúc là không thể đảm bảo chắc
chắn sẽ tìm thấy một thông tin có tồn tại trên mạng ngang hàng do mạng này sử dụng
cơ chế tìm kiếm phát tràn tức là gửi thông điệp ra toàn mạng. Thông điệp tìm kiếm
theo kiểu phát tràn chỉ được chuyển tiếp một số
lần rồi sẽ bị loại bỏ nên không thể đảm
bảo sẽ tìm thấy thông tin có tồn tại trên mạng. Cách tìm kiếm phát tràn khi tìm kiếm
các dữ liệu phổ biến được chia sẻ trên nhiều máy thì tỷ lệ thành công là khá cao nhưng
ngược lại nếu dữ liệu chỉ được chia sẻ trên một vài máy thì xác suất tìm thấy là nhỏ.
Tính chất này là hiển nhiên vì trong mạng ngang hàng không có cấu trúc, không có bất
kỳ mối liên hệ giữa mộ
t máy và dữ liệu nó quản lý trong mạng, do đó yêu cầu tìm
kiếm được chuyển một cách ngẫu nhiên đến một số máy trong mạng. Số lượng máy
trong mạng càng lớn thì khả năng tìm thấy thông tin càng nhỏ. Một nhược điểm khác
của hệ thống này là yêu cầu gửi đi không có định hướng nên một yêu cầu tìm kiếm
thường được chuyển cho một số lượng lớn các máy trong mạng, làm tiêu tốn một
lượng lớn băng thông của mạng và dẫn đến hiệu quả tìm kiếm chung của mạng thấp.
Mạng ngang hàng có cấu trúc đã khắc phục nhược điểm của mạng không cấu trúc

bằng cách sử dụng hệ thống bảng băm phân tán (DHT: Distributed Hash Table [6]).

17

Hệ thống này định nghĩa liên kết giữa các nút mạng trong mạng theo một thuật toán cụ
thể, đồng thời xác định chặt chẽ mỗi nút mạng sẽ chịu trách nhiệm đối với một phần
dữ liệu chia sẻ trong mạng. Với cấu trúc này, khi một máy cần tìm một dữ liệu, nó chỉ
cần áp dụng một giao thức chung để xác định nút mạng nào chịu trách nhiệm cho dữ
li
ệu đó và sau đó liên lạc trực tiếp đến nút mạng đó để lấy kết quả.
Trong mạng ngang hàng có cấu trúc, tài nguyên được phân bố một cách hợp lý
để không có một máy tính nào lưu giữ quá nhiều dữ liệu dẫn đến quá tải thông tin định
tuyến. Do mạng là có cấu trúc nên các thông điệp chuyển đi giữa các máy tính để duy
trì mạng ngang hàng được giảm xuống tối thiểu. Băng thông của mạng được dành
nhiều hơn cho việc chia sẻ tài nguyên.

Hình 11. Mạng ngang hàng có cấu trúc Chord dạng vòng tròn
Việc tìm kiếm thông tin trong mạng ngang hàng có cấu trúc cũng nhanh hơn
trong mạng ngang hàng không có cấu trúc. Nếu như trong mạng ngang hàng không có
cấu trúc các máy tính gửi thông điệp lan tràn để tìm kiếm thông tin thì trong mạng
ngang hàng có cấu trúc một máy tính chỉ cần gửi thông điệp tìm kiếm qua một số máy
tính là có thể tìm thấy được thông tin có tồn tại trên mạng.
Một số mạng ngang hàng có cấu trúc nổi tiếng bao gồm Chord, CAN, Kademlia
,
Pastry và Tapestry.

18

DHT nhấn mạnh vào các thuộc tính sau:
+ Khả năng mở rộng: hệ thống vẫn có thể hoạt động hiệu quả với hàng nghìn

hoặc hàng triệu nút.
+ Khả năng chịu lỗi: hệ thống vẫn có thể làm việc ổn định ngay cả khi có các sự
kiện nút tham gia, rời bỏ mạng hay lỗi xảy ra.
+ Kỹ thuật khóa được sử dụng để đạt được mục đích là m
ỗi nút chỉ cần liên kết
với một số ít các nút khác trong hệ thống, thường là O(logn) với n là số nút tham gia.
Vì vậy sự thay đổi của một nút chỉ ảnh hưởng đến một phần nhỏ của hệ thống mạng.
+ Một số thiết kế bảng băm phân tán có tính bảo mật nhằm chống lại những
người tham gia có ác tâm và cho phép người tham gia giấu danh tính, mặc dù điều này
không phổ biến trong các h
ệ thống mạng ngang hàng chia sẻ tệp tin.
+ Cuối cùng, bảng băm phân tán phải giải quyết những vấn đề cơ bản của các hệ
thống phân tán đó là cân bằng tải, tính toàn vẹn dữ liệu và hiệu năng (cụ thể là đảm
bảo các hoạt động như định tuyến, lưu trữ, truy vấn phải được thực thi nhanh chóng).
2.2.2. Mạng ngang hàng có cấu trúc CHORD
Theo một đánh giá tổng hợp v
ề các thuật toán định tuyến dựa trên bảng băm
phân tán trong các kiến trúc mạng khác nhau như hình tròn (với giao thức Chord), hình
cây, hình hộp (với giao thức CAN)…xét về tính linh hoạt trong việc định tuyến, khả
năng phục hồi trạng thái cũng như khả năng chịu lỗi, kiến trúc hình tròn đều được
đánh giá cao. Vì vậy, kiến trúc Chord thường được sử dụng như là mạng phủ để thực
hiện các cài đặt cả
i tiến việc tìm kiếm trên mạng ngang hàng có cấu trúc.
Mô hình mạng Chord:
Chord được mô tả dưới dạng một vòng tròn và không gian định danh phân bố
đều trên vòng tròn tăng dần theo chiều kim đồng hồ. Nếu gọi N là số bit định danh của
không gian khóa thì mạng Chord có thế chứa tối đa 2N nút. Mỗi nút trên Chord có một
định danh id và có khả năng duy trì liên kết hai chiều với các nút đứng liền trước và
liền sau nó theo chiều kim đồng hồ, tạo thành một mạch liên k
ết vòng. Nút liền trước

được gọi là Successor(id), và nút liền sau được gọi là Predecessor(id). Thêm vào đó,
mỗi nút sẽ lưu một bảng định tuyến gọi là Finger Table, cho phép nút đó định tuyến tới
các nút ở xa. Mỗi dòng trong bảng Finger Table sẽ lưu thông tin về một nút ở xa, gọi
là một entry. Không gian định danh của mạng sử dụng bao nhiêu bit thì Finger Table
có bấy nhiêu entry.

19


Hình 12. Mô hình mạng Chord
Hình trên minh hoạ cho một mạng Chord có 3 nút là 0, 1, 3 và các bảng Finger
Table ứng với mỗi nút, N = 3 bit nên Finger Table có 3 entry. Các trường trong mỗi
entry trong bảng Finger Table của nút n được định nghĩa trong bảng dưới:

Hình 13: Định nghĩa các trường trong bảng định tuyến của Chord
Trong đó các giá trị tại dòng i của bảng được coi như là finger thứ i của nút n.
Thông tin lưu trong bảng cũng bao gồm cả IP và Port của các nút tương ứng. Nút đầu