nghiên cứu kiến trúc hệ thống media - lbs

1


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG





NGUYỄN TRUNG KIÊN






NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MEDIA- LBS






LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Thái Nguyên - 2014

2


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG






NGUYỄN TRUNG KIÊN




NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MEDIA-LBS



Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60 48 01



LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN


NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC



Thái Nguyên - 2014

3


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận văn của tôi hoàn thành là công trình nghiên cứu
của bản thân. Luận văn hoàn toàn không phải là bản sao chép công trình nghiên
cứu của một ngƣời khác, nó mang tính độc lập nhất định với tất cả các công
trình nghiên cứu trƣớc đây. Nó có vi phạm, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.


Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2014
Học viên

NGUYỄN TRUNG KIÊN
4


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Đặng Văn Đức là
thầy hƣớng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu này trong suốt thời gian qua.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy giáo, cô giáo ở trƣờng Đại học
Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, Viện Công nghệ
Thông tin – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều
kiện, tận tình chỉ bảo trong quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Công nghệ phần mềm là nơi tôi đang
công tác đã tạo mọi điều kiện về thời gian để tôi hoàn thành chƣơng trình đào tạo
này.
Và cuối cùng cho tôi nói lời biết ơn tới gia đình, nơi luôn là điểm tựa, niềm
tự hào của tôi.

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2014
Học viên



NGUYỄN TRUNG KIÊN

5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 9
DANH MỤC BẢNG 11
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16
1.1. Tổng quan về LBS 16
1.2. Các hệ thống định vị hiện có 17
1.2.1. Khái niệm và các hệ thống định vị toàn cầu hiện có 17
1.2.2. Navstar GPS 18
1.2.3. Glonass (GLObal NAvigation Satellite System) 19
1.2.4. Galileo 20
1.2.5. Hệ thống định vị Bắc Đẩu 21
1.3. Cách thức định vị 21
1.3.1. Cell identification / Cell of origin 21
1.3.2. Định vị bằng vệ tinh: hệ thống định vị toàn cầu (GPS) 23
1.3.3. Những hệ thống định vị khác LBS. 27
1.4. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 27
1.4.1. Dữ liệu cho GIS 29
1.4.2. Xử lý thông tin với GIS 31
1.4.3. Trình bày thông tin với GIS 34
1.5. Công nghệ truyền tải dữ liệu 34
1.5.1. WAP / GPRS / EDGE / 3G 34
1.5.2. Bluetooth / Wifi / WiMax 35
1.5.3. Truyền thông vệ tinh 36
CHƢƠNG 2: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MEDIA LBS 38
2.1. Hệ thống Media LBS 38
2.1.1 Hệ thống Media LBS 38

2.1.2 Công nghệ và vấn đề cần nghiên cứu trong Media–LBS 40
2.1.3 Vấn đề định vị trong nhà (indoor) 40
2.1.4 Bối cảnh trong một Media LBS 42
2.1.5 Tác động của Media LBS với xã hội 42
2.2. Kiến trúc hệ thống Media LBS 43
6


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2.2.1. Cơ sở hạ tầng 44
2.2.2. Mô hình hệ thống 46
2.3. Tính năng yêu cầu của hệ thống Media LBS 47
2.4. Kiến trúc tổ chức dữ liệu trên điện toán đám mây 48
2.4.1. Cơ sở dữ liệu lƣu trữ của Google 49
2.4.2. Chỉ mục tối ƣu trên dữ liệu 51
2.4.3. Phân lớp dữ liệu 52
2.5. Lựa chọn kỹ thuật nén dữ liệu 53
2.6. Các kỹ thuật tính toán vị trí 55
2.6.1. Kỹ thuật tính toán vị trí thông qua GPS 55
2.6.2. Các phƣơng pháp định vị trong các thiết bị trong nhà 58
2.6.2.1. Phƣơng pháp định vị tiệm cận (proximity sensing). 58
2.6.2.2. Phƣơng pháp phân tích cảnh (scene analysis) 59
2.6.2.3. Phƣơng pháp giao khoảng cách (Lateration) 60
2.6.2.4. Giao đƣờng tròn (Circular lateration) 60
2.6.2.5. Giao Hyperbolic 61
2.6.2.6. Phƣơng pháp giao góc (angulation) 62
2.6.2.7. Phƣơng pháp dấu vân tay trong mạng nội bộ không dây
(WLAN Fingerprint) 63
2.7. Xây dựng hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho hệ thống Media LBS 67

CHƢƠNG 3: CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 72
3.1. Bài toán thử nghiệm 72
3.2. Lựa chọn công nghệ 72
3.2.1. Công nghệ lƣu trữ 73
3.2.2. Công nghệ lập trình giao tiếp với CSDL Cloud Datastore 73
3.2.3. Công nghệ lập trình ứng dụng chạy trên Android 73
3.2.4. Một số công nghệ phụ trợ 75
3.3. Phân tích và Thiết kế hệ thống 75
3.3.1 Các module đƣợc xây dựng trong chƣơng trình 76
3.3.2 Thiết kế hệ thống 77
3.4. Cài đặt bài toán 79
3.4.1. Dữ liệu thử nghiệm 79
3.4.2. Giao diện chƣơng trình 81
7


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
Hình C1. 1: Các hệ thống thông tin tích hợp 16
Hình C1. 2: Vị trí của 4 vệ tinh Galileo và 12 vệ tinh GPS trên bầu trời Hà Nội 20
Hình C1. 3: Mô hình hoạt động của hệ thống Bắc Đẩu - (Ảnh: beidou.gov.cn) 21
Hình C1. 4: Ngƣời dùng đang nằm trong vùng hình quạt màu vàng 22
Hình C1. 5: Định vị theo phƣơng pháp Cell ID 22
Hình C1. 6: Mô hình của hệ thống GPS 23
Hình C1. 7: Cách xác định vị trí trong không gian 2D 24
Hình C1. 8: Cách xác định vị trí trong không gian 3D 25
Hình C1. 9: Điều đơn giản nhất là khi có 4 vệ tinh 25
Hình C1. 10: Cách thức làm việc của hệ thống A - GPS 26
Hình C1. 11: Mô hình dữ liệu của GIS 28

Hình C1. 12: Dữ liệu GIS 31

Hình C2. 1: Mô hình tổng quát Media LBS 38
Hình C2. 2: Ứng dụng King's Cross Streetstories 39
Hình C2. 3: Biểu đồ thống kê khả năng cung cấp dịch vụ định vị trong nhà
những năm gần đây – (Ảnh: IndoorLBS.com) 41
Hình C2. 4: Cơ sở hạ tầng Media LBS 44
Hình C2. 5: Các mô hình dịch vụ SaaS, PaaS, IaaS 45
Hình C2. 6: Mô hình hệ thống Media LBS 46
Hình C2. 7: Tổ chức và hoạt động của Google App Engine 49
Hình C2. 8: Quá trình nén ảnh theo chuẩn JPEG 54
Hình C2. 9: Quá trình giải nén ảnh theo chuẩn JPEG 54
Hình C2. 10: Hoạt động cơ bản của bộ mã hóa MPEG-2 55
Hình C2. 11: Cách xác định vị trí ngƣời dùng thông qua GPS 55
Hình C2. 12: Differential GPS 57
Hình C2. 13: Bản đồ các trạm phát DGPS và phạm vi phủ sóng ở Mỹ 57
Hình C2. 14: Bản đồ các trạm phát DGPS và phạm vi phủ sóng ở Nhật 57
Hình C2. 15: Hệ thống WAAS 58
Hình C2. 16: Nguyên tắc hoạt động của phƣơng pháp định vị tiệm cận 59
8


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Hình C2. 17: Một ví dụ về phƣơng pháp phân tích cảnh 60
Hình C2. 18: Phƣơng pháp giao đƣờng tròn trong không gian hai chiều 61
Hình C2. 19: Tập hợp các điểm có cùng TDoA tới hai trạm thu sẽ nằm trên hai
nửa của hình hyperboloid 62
Hình C2. 20: Xác định vị trí đối tƣợng qua phƣơng giao góc 63
Hình C2. 21: Ví dụ về một môi trƣờng áp dụng phƣơng pháp fingerprint 65

Hình C2. 22: Các mô hình hoạt động của fingerprint 66
Hình C2. 23: Mô hình kiến trúc tổ chức dữ liệu của hệ thống Media LBS 69

Hình C3. 1: Vai trò của Serverlet 73
Hình C3. 2: Sơ đồ kiến trúc của hệ điều hành Android 75
Hình C3. 3: Mô hình thử nghiệm hệ thống Media LBS 76
Hình C3. 4: Sơ đồ Ca sử dụng của tác nhân Quản trị dữ liệu 77
Hình C3. 5: Sơ đồ Ca sử dụng của tác nhân Ngƣời dùng 78
Hình C3. 6: Biểu đồ tuần tự hoạt động của hệ thống 78
Hình C3. 7: Sơ đồ triển khai ứng dụng 79
Hình C3. 8: Giao diện ban đầu của ứng dụng web 81
Hình C3. 9: Giao diện hiển thị danh sách địa điểm đã đƣợc thêm 81
Hình C3. 10: Giao diện cập nhật địa điểm và đa phƣơng tiện kmediaLBS 82
Hình C3. 11: Giao diện chƣơng trình chạy trên di động kmMediaLBS 82

9


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT
TỪ VIẾT
TẮT
TÊN TIẾNG ANH
TÊN TIẾNG
VIỆT
1.
2D
2-Dimensional

2.
2G
Second Generation Technology

3.
3D
3-Dimensional

4.
3G
Third Generation Technology

5.
A-GPS
Assisted - Global Positioning System

6.
AP
Access Point

7.
API
Application Program Interface

8.
BTS
base transceiver station

9.

DCT
Discrete Cosine Transform

10.
DGPS
Differential Global Positioning System

11.
EDGE
Enhanced Data rates for GSM
Evolution

12.
EU
European Union

13.
FAA
Federal Aviation Administration

14.
GAE
Google App Engine

15.
GIS
Geographic Information Systems

16.
Glonass

GLObal NAvigation Satellite System

17.
GPRS
Stands for General Packet Radio
Service

18.
GPS
Global Positioning System

19.
GSM
Global System for Mobile

20.
HTML
HyperText Markup Language

21.
hyperbol
Hyperbolic Lateration

22.
IaaS
Infrastructure as a Service

23.
IP
Internet Protocol

10


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

24.
LAAS
Local Area Augmentation Systems

25.
LBS
Location Based Services

26.
LZ77
Lempel-Ziv Coding 1977

27.
LZ78
Lempel-Ziv Coding 1978

28.
LZW
Lempel–Ziv–Welch

29.
Media LBS
Media Location Based Services

30.
NFC
Near field communication

31.
OS
Operating system

32.
PaaS
Platform as a Service

33.
PPP
Point to Point Protocol

34.
RFID
Radio-frequency identification

35.
RSS
Really Simple Syndication

36.
RTLS
Real-Time Locating Systems

37.
Saas

Software as a Service

38.
SDK
Software Development Kit

39.
SQL
Structured Query Language

40.
TDOA
Time Difference Of Arrival

41.
UMTS
Universal Mobile Telecommunications
System

42.
WAAS
Wide Area Augmentation System

43.
WAP
Wireless Application Protocol

44.
WiMax
Worldwide Interoperability for

Microwave Access

45.
WLAN
Wireless Local Area Network

46.
CSDL

Cơ sở dữ liệu

11


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Dữ liệu thông tin trong phƣơng pháp fingerprint 64
Bảng 2: Lớp PositionPlace 69
Bảng 3: Lớp MediaLink 70
Bảng 4: Lớp sUser 70
Bảng 5: Lớp FriendShip 71
Bảng 6: Lớp sPer 71
Bảng 7: Lớp sGroup 71
Bảng 8: Lớp sGroupUserPer 71
Bảng 9: Dữ liệu thử nghiệm 80
12


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

PHẦN MỞ ĐẦU
Đề tài tập trung vào nghiên cứu kiến trúc và phát triển ứng dụng Media
LBS, cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện dựa trên vị trí trên nền tảng điện toán
đám mây. Khi di chuyển với ứng dụng Media LBS đã đƣợc cài đặt sẵn trên điện
thoại thông minh, ngƣời dùng sẽ đƣợc thông báo và cung cấp những thông tin đa
phƣơng tiện hữu ích trong phạm vi một khu vực nào đó nhƣ một ngôi nhà, một
khu du lịch hoặc là một thành phố.
Kiến trúc hệ thống Media LBS là một hệ thống truyền thông dựa trên vị
trí. Do vậy với sự phát triển công nghệ nhƣ hiện nay thì hệ thống Media LBS trở
lên gần gũi, nó giải quyết các vấn đề về xã hội đang cần nhƣ việc định vị, theo
dõi, dự báo thời tiết, dịch vụ khẩn cấp, hay truyền thông đa phƣơng tiện…Chúng
ta có thể thấy việc phát triển công nghệ của một số hãng nhƣ Google, Microsoft,
Samsung, Iphone,… đã góp phần làm lên kỷ nguyên về công nghệ nhƣ ngày
nay. Chỉ cách đây vài thập kỷ việc mang một chiếc máy tính theo bên mình còn
là chuyện không tƣởng khi một chiếc máy có khả năng xử lý chỉ vào ngàn phép
tính một giây đã lớn bằng cả căn phòng thì giờ đây bất kỳ ai cũng đã có thể hoàn
thành công việc của mình ngay trên đƣờng đi chỉ với một chiếc điện thoại di động.
Sự phát triển của công nghệ điện tử đã cho ra những siêu máy tính chỉ nhỏ
bằng bàn tay với đầy đủ mọi tính năng cũng nhƣ các bộ phần chức năng hỗ trợ
đƣợc gắn kèm nhƣ máy ảnh, GPS, các phƣơng tiện giải trí. Không chỉ có sự phát
triển của công nghệ điện tử mà các dịch vụ và sản phẩm phần mềm kèm theo
cũng có sự phát triển tƣơng ứng. Theo trào lƣu ấy, việc kết hợp giữa các thiết bị
hiện đại và các dịch vụ mới để sinh ra lợi ích tối đa cho ngƣời dùng là tất yếu,
mà gần nhƣ thiết bị di động đang là trung tâm của xu hƣớng này, giờ đây ngƣời
sở hữu thiết bị di động không còn bị gói gọn trong văn phòng nữa hoặc chức
năng nghe gọi mà có thể thực hiện công việc hàng ngày từ bất cứ nơi đâu.
Một hƣớng mới đã đƣợc mở ra, hƣớng phát triển truyền thống cung cấp
xử lý dựa trên thông tin của ngƣời dùng đã phát triển gần đến mức giới hạn,
13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

hƣớng mới này cung cấp khả năng xử lý dựa trên thông tin của môi trƣờng
chung quanh. Từ việc biết đƣợc ngƣời dùng đang ở trong hoàn cảnh nào (ở đâu
và hoàn cảnh nào), thiết bị có thể đƣa ra những phƣơng án hỗ trợ ngƣời dùng tốt
nhất một cách tự động. Các thông tin “nền” về môi trƣờng xung quanh bao gồm
vị trí (posistion) của ngƣời dùng dựa trên khả năng định vị, các thông tin đa
phƣơng tiện hữu ích và nền tảng ứng dụng.
Khả năng định vị đã bắt đầu có trong một số thiết bị chuyên dụng từ cách
đây vài thập kỉ. Tuy nhiên mãi đến gần đây mới bắt đầu đƣợc tích hợp vào các
thiết bị dành cho ngƣời dùng phổ thông, cung cấp nền tảng để các dịch vụ dựa
trên vị trí (Location Based Services – LBS) có thể hoạt động. Loại dịch vụ này
tuy ra đời sau nhƣng các dịch vụ dựa theo vị trí đã đƣợc kèm theo hầu hết các
thiết bị di động có hỗ trợ; trong đó phổ biến nhất là dịch vụ bản đồ số và tìm
đƣờng đi.
Gần đây việc phát triển các dịch vụ theo vị trí ngày càng trở nên phát triển
một cách mạnh mẽ, lúc đầu nhu cầu chỉ là việc bản đồ số, tìm đƣờng nhƣng sau
một vài năm nhu cầu đã tăng lên nhanh chóng, ngƣời dùng đòi hỏi nhiều những
ứng dụng tiện lợi cho mình hơn nhƣ dịch vụ hỗ trợ tìm kiếm những đối tƣợng
thực tế dựa trên vị trí đƣợc số hóa nhƣ nhà hàng, khách sạn, bệnh viên, bến xe,
trƣờng học, tin tức thể thao…cho đến việc đòi hỏi một ứng dụng hỗ trợ truyền
thông tổng hợp dựa trên vị trí nhƣ Media LBS.
Nói một cách ngắn gọn, Media LBS là một dịch vụ cung cấp nội dung
thông tin đa phƣơng tiện dựa trên vị trí hiện tại của ngƣời dùng mà không cần sự
tƣơng tác của ngƣời dùng.
Do đó vấn đề đặt ra là kiến trúc để giải quyết việc truyền tải đó nhƣ thế
nào? Khi mà việc sử dụng các dịch vụ không còn bó hẹp ở việc ngƣời dùng
tƣơng tác với dịch vụ nữa mà dịch vụ cũng có thể tự động cung cấp thông tin đa

phƣơng tiện cho chính ngƣời dùng.
14


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Media LBS (Media Location Based Services) là một kiến trúc, giải pháp
công nghệ đƣợc đề cập để giải quyết những vấn đề này. Lúc này đối tƣợng
truyền thông đƣợc hiểu không phải là những thứ mà chúng ra vẫn thƣờng thấy
mà lại là vị trí, vị trí cho biết tất cả những gì mà ngƣời dùng mong muốn miễn là
dữ liệu gắn kém với nó đủ đáp ứng nhu cầu.
Hiện nay ở Việt Nam thì Media LBS chƣa phát triển, rất hiếm để tìm thấy
một mô hình ứng dụng đề xuất theo phƣơng hƣớng này.
Trong phạm vi đề tài sẽ chỉ tìm hiểu về mô hình dịch vụ theo vị trí (LBS)
ở mức truyền thống, sau đó tìm hiểu về mô hình Media LBS, phạm vi khu vực
sẽ thực hiện là một địa điểm trong thành phố Hải Phòng hoặc Hà Nội. Ngƣời sử
dụng hệ thống có thể nhận đƣợc các dữ liệu đa phƣơng tiện tại những địa điểm
mình đi qua hoặc chuẩn bị tới một cách tự động thông qua ứng dụng Media LBS.
Những nội dung nghiên cứu chính
Luận văn đƣợc trình bày trong 3 chƣơng, có phần mở đầu, phần kết luận,
phần mục lục, tài liệu tham khảo. Các nội dung cơ bản của luận văn đƣợc trình
bày theo cấu trúc nhƣ sau:
Phần mở đầu
Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trình bày các khái niệm cơ bản và lý thuyết về các hệ thống định vị, hệ
thống thông tin địa lý GIS, công nghệ chuyển tải dữ liệu và các hình thức định
vị hiện có.
Chƣơng 2: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MEDIA LBS
Trình bày các vấn đề trong hệ thống Media LBS nhƣ định nghĩa hệ thống,
kiến trúc hệ thống, cách tổ chức dữ liệu trên đám mây, các kỹ thuật nén dữ liệu,

kỹ thuật về định vị và xây dƣng kiến trúc cơ sở dữ liệu của hệ thống Media LBS.
Chƣơng 3: CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM
15


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Trình bày bài toán đƣợc lựa chọn để triển khai trong khuôn khổ đề tài, giới
thiệu các đặc điểm công nghệ, phân tích và thiết kế, xây dựng chƣơng trình trên
Server và chƣơng trình chạy trên di động.
16


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về LBS
Dịch vụ dựa trên vị trí ngày càng trở nên phát triển, chúng ta có thể dễ dàng
bắt gặp những thiết bị có khả năng định vị hoặc thấy những ứng dụng dựa trên
vị trí của ngƣời dùng đƣợc cài đặt trên nhiều loại thiết bị. Từ máy điện thoại cá
nhân, đến các thiết bị đƣợc thiết kế trên các phƣơng tiện giao thông nhƣ máy
bay, tàu, ô tô, xe máy,… đến các thiết bị trang sức nhƣ đồng hồ thông minh đều
có những ứng dụng này. Vậy hiện nay có bao nhiêu hệ thống định vị, bao nhiêu
cách thức xác định vị trí và truyền tải dữ liệu, hệ thống thông tin địa lý hiểu nhƣ
thế nào?.
Dịch vụ LBS viết tắt của Location - Based Services (dịch vụ dựa trên vị trí)
là dịch vụ thông tin sử dụng với thiết bị di động qua mạng không dây và vị trí
địa lý của thiết bị di động.

Hình C1. 1: Các hệ thống thông tin tích hợp

- LBS là dịch vụ đƣợc tạo ra từ sự kết hợp của ba công nghệ bao gồm: GIS
(Geographic Information Systems - Hệ thống thông tin địa lý), Internet và thiết
bị di động, GPS (Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu).
- Hệ thống WebGIS đƣợc hình thành từ việc tích hợp Internet và
GIS/CSDL không gian.
17


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

- Hệ thống GIS di động (Mobile GIS) đƣợc hình thành từ việc tích hợp
GIS/CSDL không gian và các thiết bị di động nhƣ điện thoại di động và GPS.
- Hệ thống Internet di động (Mobile Internet) đƣợc hình thành trên cơ sở
tích hợp các thiết bị di động nhƣ điện thoại di động và Internet.
Dịch vụ LBS có khả năng cung cấp hai nhóm hoạt động chính là liên lạc
thông tin và tƣơng tác qua lại giữa khách hàng và dịch vụ. Vì vậy, khách hàng
có thể cho nhà cung cấp dịch vụ biết các thông tin cần thiết, phù hợp với họ, với
vị trí của họ trong thời điểm hiện tại.
Các ứng dụng dịch vụ LBS đƣợc chia thành một số nhóm chính nhƣ sau:
- Dịch vụ thông tin và dẫn đƣờng (Information and Navigation Services):
LBS cung cấp dữ liệu trực tiếp cho ngƣời dùng cuối (End-user). Các thông tin
này bao gồm vị trí hiện tại, vị trí đích, một số gợi ý nâng cao tƣơng ứng…
- Dịch vụ hỗ trợ khẩn cấp (Emergency assistance): dịch vụ LBS cung cấp
vị trí ngƣời dùng trong trƣờng hợp rủi ro, tai nạn cần hỗ trợ.
- Dịch vụ lƣu vết (Tracking services): dịch vụ này cho phép lƣu lại các vị
trí của ngƣời dùng theo thời gian. Tuy nhiên, với các yêu cầu về an ninh nên các
thông tin này thƣờng không đƣợc sử dụng công khai.
- Dịch vụ thanh toán (Billing services): Bao gồm các dịch vụ tính phí
ngƣời sử dụng khi họ sử dụng dịch vụ nào đó, tùy thuộc vào vị trí khi họ sử
dụng dịch vụ thu phí theo tuyến đƣờng, theo khu vực…

- Dịch vụ shopping, game và giải trí (Shopping, Games and Entertainment
Services): Bao gồm các dịch vụ cho phép gửi các thẻ ƣu đãi, khuyến mại tới
ngƣời mua hàng…
1.2. Các hệ thống định vị hiện có
1.2.1. Khái niệm và các hệ thống định vị toàn cầu hiện có
Trên thế giới hiện tại có rất nhiều hệ thống định vị nhƣ Navstar GPS,
Glonass, Galileo, Bắc Đẩu… mỗi hệ thống đều mang đến những đặc điểm riêng.
Những hệ thống này có thể đƣợc xây dựng bởi một quốc gia hoặc cũng có thể do
18


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

một nhóm quốc gia. Các hệ thống định vị này mang nhiều mục đích khác nhau
tuy nhiên mục đích chính của chúng là xác định một cách chính xác nhất có thể
vị trí của một đối tƣợng nào đó nhƣ vị trí của một chiếc tàu, một chiếc ô tô, một
chiếc máy bay hoặc chỉ đơn giản là vị trí của một ngƣời.
1.2.2. Navstar GPS
Đây là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo,
do Bộ Quốc phòng Mỹ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý.
Vệ tinh đầu tiên của hệ thống đƣợc phóng thành công năm 1978 và đƣợc
hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh (thực tế là 27 vệ tinh) vào năm 1994 trong đó có 3
vệ tinh dự phòng.
Tuy đƣợc quản lý bởi Bộ Quốc phòng Mỹ, chính phủ Mỹ cho phép mọi
ngƣời trên thế giới sử dụng một số chức năng của GPS miễn phí.
GPS hay Global Positioning System thật ra là tên gọi chung cho tất cả các
hệ thống có khả năng định vị trên toàn cầu. Tuy nhiên vì NAVSTAR GPS là hệ
thống đƣợc dùng rộng rãi nhất hiện nay nên nhiều ngƣời đánh đồng GPS với
NAVSTAR GPS.
Tín hiệu GPS miễn phí chỉ có độ chính xác tƣơng đối so với tín hiệu đƣợc

dùng cho quân sự và quân đội Mỹ vẫn giữ quyền kiểm soát. Quân đội Mỹ hoàn
toàn có khả năng vô hiệu hóa tín hiệu NAVSTAR GPS dân sự bằng cách gây
nhiễu hoặc mã hóa. Tuy nhiên điều này khó xảy ra vì với sự phát triển bùng nổ
các thiết bị và ứng dụng GPS nhƣ ngày nay, đặc biệt trong số đó có những tập
đoàn kinh tế lớn nhƣ ngành hàng không thì sẽ không dễ để Quân đội Mỹ vô hiệu
hóa và chỉ dùng cho quân đội.
Về mặt ứng dụng, NAVSTAR GPS chính là hệ thống nền tảng cho hầu hết
các thiết bị hiện có trên thị trƣờng, nó tạo lên một cuộc cách mạng về công nghệ
định vị.

19


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.2.3. Glonass (GLObal NAvigation Satellite System)
GLONASS là hệ thống định vị toàn cầu của Liên xô cũ với chức năng
tƣơng tự nhƣ GPS (NAVSTAR) của Mỹ. Nền tảng của hệ thống này gồm 24 vệ
tinh chuyển động trên bề mặt trái đất theo 3 mặt quỹ đạo với góc nghiêng 64,8
0
,
và độ cao là 19.100 km. Trong thực tế hệ thống này gồm 30 vệ tinh nhân tạo, 24
cái hoạt động thƣờng xuyên và 6 vệ tinh dự phòng khi gặp sự cố.
Vệ tinh đầu tiên của GLONASS đƣợc Liên xô đƣa lên quỹ đạo vào 12
tháng 10 năm 1982, vào ngày 24 tháng 9 năm 1993 hệ thống chính thức đƣợc
đƣa vào hoạt động. Tuy nhiên việc sử dụng của hệ thống này chỉ gói gọn trong
Quân đội Liên xô cũ và Nga hiện nay. Đồng thời vì sự sụp đổ của nền kinh tế
sau khi Liên xô tan rã dẫn tới hệ thống này gần nhƣ bị lãng quên dẫn tới sự phổ
dụng của hệ thống này ít đƣợc biết tới. Năm 2000, nhiệm vụ khôi phục lại hệ
thống GLONASS đƣợc Chính phủ Nga ƣu tiên đặt lên hàng đầu. Đến năm 2010,

GLONASS đã phủ trùm toàn bộ phần lãnh thổ Liên bang Nga. Vào tháng 10-
2011, hệ thống GLONASS hoàn chỉnh hợp thành bởi chùm 24 vệ tinh đã đƣợc
phục hồi theo đúng thiết kế, đảm bảo cung cấp dịch vụ định vị dẫn đƣờng phủ
trùm trên khắp toàn cầu. Cùng đó là chƣơng trình hiện đại hóa GLONASS bằng
thế hệ vệ tinh định vị mới đang đƣợc khẩn trƣơng triển khai. Nhƣng các hãng
viễn thông vẫn chƣa mặn mà với hệ thống này, do vậy những ngƣời sử dụng
điện thoại chỉ mới có thể tiếp cận với hệ thống này thông qua một vài phiên bản
điện thoại của Sony Ericsson/Sony nhƣ Xperia 2011.
Vào tháng 2 năm 2012, theo nhật báo Kommersant, Nga dự kiến chi 346,5
tỷ rúp (gần 12 tỷ USD) vào hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GLONASS trong
thời gian từ năm 2012 đến năm 2020. Đến tháng 4 năm 2012 Phó thủ tƣớng Nga
Đơ-mi-tơ-ri Rô-gô-din (Dmitry Rogozin) tuyên bố Nga đã đề nghị Ấn Độ cùng
tham gia phát triển hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GLONASS (Global
Navigation Satellite System) trên cơ sở bình đẳng. Mục đích của dự án này là
làm cân bằng cán cân các hệ thống định vị đang nghiêng hẳn về Mỹ.
20


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.2.4. Galileo
Hệ thống định vị Galileo là một hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS)
đƣợc xây dựng bởi Liên minh châu Âu (EU). Galileo khác với GPS của Mỹ và
GLONASS của Liên bang Nga ở chỗ nó là một hệ thống định vị đƣợc điều hành
và quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự. Do vậy nó không bị hạn chế
và giám sát nhƣ những hệ thống NVASTAR và GLONASS.
Dự án xây dựng hệ thống Galileo đƣợc EU xây dựng vào năm 2003 và dự
kiến hoàn thành vào năm 2020. Tuy nhiên hệ thống này có thể khai thác và ứng
dụng đƣợc từ năm 2011.
Hệ thống có độ cao quỹ đạo là 23.222 km, góc lệch 56

0
. Theo thiết kế nó
gồm 27 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng.
Hiện nay, một số nƣớc đã thử nghiệm thành công tín hiệu của hệ thống
Galileo trong đó có Việt Nam. Tháng 4 năm 2013, Trƣờng Đại học Bách Khoa
Hà Nội đã thử nghiệm thành công việc xác định vị trí thông qua hệ thống này
thông qua bộ thu Navisoft.

Hình C1. 2: Vị trí của 4 vệ tinh Galileo và 12 vệ tinh GPS trên bầu trời Hà Nội

Với sự ra đời của hệ thống Galileo nền công nghiệp về định vị sẽ phát triển
mạnh hơn nữa trong những năm tới.

21


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.2.5. Hệ thống định vị Bắc Đẩu
Là một hệ thống của Trung Quốc, nó mới đƣợc khởi động dự án vào năm
2011, nhƣng đến nay hệ thống đã có 22 vệ tinh, gần nhất năm 2013 đã có 06 vệ
tinh đƣợc bổ sung. Với thiết kế của hệ thống này đã làm nhiều ngƣời phải quan
tâm vì là hệ thống hiện đại, nhiều thiết kế vƣợt trội cả về tính chính xác, số
lƣợng vệ tinh tham gia hoạt động trong hệ thống lẫn tuổi thọ trung bình rất cao
của các vệ tinh nhân tạo.
Theo Tân Hoa Xã tháng 12 năm 2013, thì hệ thống sẽ cung cấp dịch vụ vào
năm 2020 với 30 vệ tinh nhằm tăng tính cạnh tranh với những hệ thống khác.

Hình C1. 3: Mô hình hoạt động của hệ thống Bắc Đẩu - (Ảnh:
beidou.gov.cn)

1.3. Cách thức định vị
1.3.1. Cell identification / Cell of origin
Cách định vị này chỉ dùng trên điện thoại di động, nó chủ yếu dựa vào BTS
(Cell ID), đặc điểm của hình thức này là không dùng một hệ thống định vị nào
mà vẫn xác định đƣợc vị trí của ngƣời dùng điện thoại di động, tuy nhiên độ
chính xác là không cao.
Độ chính xác phụ thuộc vào kích thƣớc của Cell ID, nó thƣờng cho biết kết
quả vị trí định vị trong khu vực lớn tƣơng đƣơng với vùng tế bào của (Cell) đó.
Tại các vùng thành thị vùng định vị thƣờng dƣới 250 m
2
. Tại các vùng nông
22


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

thôn, vùng tế bào định vị lớn hơn một vài km
2
do đó độ chính xác tƣơng ứng
giảm xuống. Mỗi BTS thƣờng gồm 3 anten phát lệch nhau 120
0
. Do vậy ta có
thể xác định đƣợc ngƣời dùng đang nằm trong vùng phủ của anten nào.

Hình C1. 4: Ngƣời dùng đang nằm trong vùng hình quạt màu vàng
Tuy nhiên vùng phủ hình quạt này thƣờng rất rộng nên trong phƣơng pháp
này thƣờng dùng 3 Cell ID gần nhất và độ mạnh của tín hiệu để xác định chính
xác hơn vị trí của ngƣời dùng di động.

Hình C1. 5: Định vị theo phƣơng pháp Cell ID

Hiện phƣơng pháp này đã đƣợc cải tiến bằng cách kết hợp thêm thông tin
về các vị trí trƣớc đó của ngƣời dùng, cũng nhƣ khoảng cách giữa các lần truyền
dữ liệu để tăng độ chính xác; sai số ở các vùng nông thôn chỉ còn 550m. Vì chỉ
sử dụng tín hiệu từ một trạm nên Cell ID đƣợc xếp vào nhóm định vì từ một
23


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

phía (unilateration). Điểm mạnh của hình thức định vị này là rất nhanh có thể
xác định đƣợc vị trí của ngƣời dùng.
1.3.2. Định vị bằng vệ tinh: hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
NASTAR Global Positioning System (GPS) là hệ thống định vị vị trí dựa
vào hệ thống vệ tinh. Chúng là hệ thống đƣợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, rất
nhiều thiết bị và ứng dụng đã và đang sử dụng hệ thống này. Tuy nhiên, chúng
ta chỉ có thể sử dụng GPS của Mỹ ở 1 mức độ nhất định, đủ để dùng cho mục
đích cá nhân. Ngoài ra hệ thống GPS còn cung cấp rất nhiều dịch vụ và thông tin
dành cho các lĩnh vực khoa học, quân sự, hàng không, dự báo thời tiết v.v
GPS là một hệ thống gồm 27 vệ tinh (kể cả 3 cái dự phòng) chuyển động
trên các qũy đạo quanh trái đất. Độ cao của vệ tinh so với mặt đất là 20.183 km.
Chu kỳ quay xung quanh trái đất là 11 giờ 57’58". Do vậy nó sẽ quay đƣợc 2
vòng trong 1 ngày. Các vệ tinh này đƣợc thiết kế sao cho tại bất kỳ đâu trên trái
đấy cũng có thể bắt đƣợc ít nhất tín hiệu của 3 vệ tinh.
Muốn xác định đƣợc vị trí thì ngƣời dùng phải có máy thu GPS, các máy
này hoạt động dựa vào việc nhận tín hiệu điện từ của các vệ tinh sau đó mới tiến
hành tính toán. Ít nhất máy thu GPS phải có đƣợc 2 thông tin là:
- Vị trí của ít nhất ba vệ tinh bên trên nó

Hình C1. 6: Mô hình của hệ thống GPS
24

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

- Khoảng cách giữa máy thu GPS đến từng vệ tinh nói trên và thời gian
tƣơng ứng với nó.
Bằng cách phân tích sóng điện từ tần số cao, công suất cực thấp từ các vệ
tinh, máy thu GPS tính toán ra đƣợc hai thông tin trên. Máy thu loại tốt có thể
thu nhận tín hiệu của nhiều vệ tinh đồng thời. Sóng radio chuyển động với vận
tốc ánh sáng, tức là 300 ngàn km/giây trong chân không. Máy thu có thể tính
toán đƣợc khoảng cách dựa vào thời gian cần thiết để tín hiệu đến đƣợc máy thu.
Trong không gian 2D (chiều) thì việc xác định đƣợc hiểu nhƣ sau:
Giả sử muốn xác định vị trí của một đối tƣợng nào đó thì ta cần ít nhất 3
thông tin. Ví dụ: ta muốn xác định ngƣời bạn của mình đang ở đâu trong phạm
vi khu vực Hải Phòng, Hà Nội và Thanh hóa thì ta làm thế nào? Lúc này ta cần 3
thông tin là khoảng cách từ điểm đó đến các điểm khác nhƣ cách Hải Phòng
80km, cách Hà Nội 100km, cách Thanh Hóa 70km. Và nếu thông tin là chính
xác thì ta sẽ xác định đƣợc vị trí của ngƣời bạn.

Hình C1. 7: Cách xác định vị trí trong không gian 2D
Trong không gian 3D (chiều) thì việc xác định đƣợc hiểu nhƣ sau:
Trong không gian 3D cũng theo lý thuyết chỉ cần có 3 vệ tinh là có thể tính
toán đƣợc vị trí (tính ra tọa độ x, y, z trong không gian), tuy nhiên do có sai số
25


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

nhất định nên hệ thống cần thêm 1 tham chiếu nữa, tức là thêm 1 vệ tinh nữa là 4
vệ tinh để có thể tính toán đƣợc chính xác.

Với 3 vệ tinh thì ta sẽ có 3 mặt cầu thay vì 3 đƣờng tròn, giao nhau tại một
điểm. Về mặt nguyên lý thì không khác nhau nhiều lắm, nhƣng khó tƣởng tƣợng
hoặc mô tả bằng hình vẽ hơn. Thay vì các đƣờng tròn, sẽ có các mặt cầu.

Hình C1. 8: Cách xác định vị trí trong không gian 3D
Nhƣ vậy với ta quay trở lại bài toán ở phần 2D, nếu biết rằng mình đang ở
cách vệ tinh A 10.000 km, nhƣ vậy ta có thể ở bất kỳ nơi nào trên một mặt cầu
khổng lồ có bán kính 10.000 km. Nếu biết thêm rằng ta đang ở cách vệ tinh B
20.000 km, giao tuyến của hai mặt cầu này là một đƣờng tròn. Và nếu biết thêm
một khoảng cách nữa đến vệ tinh C, ta sẽ có thêm một mặt cầu, mặt cầu này
giao với đƣờng tròn V tại hai điểm. Trái đất chính là mặt cầu thứ tƣ, một trong
hai giao điểm sẽ nằm trên mặt đất, điểm thứ hai nằm lơ lửng đâu đó trong không
gian và dễ dàng bị loại. Tuy nhiên, trong phần lớn các trƣờng hợp, các thiết bị
thu nhận tín hiệu GPS cần đến sự hoạt động của 4 (hoặc nhiều hơn thế) vệ tinh,
nhằm tăng độ chính xác và cung cấp thông tin chi tiết hơn.

Hình C1. 9: Điều đơn giản nhất là khi có 4 vệ tinh