giải pháp kho dữ liệu thời gian thực cho hệ thống siêu thị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

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





VŨ ĐỨC THẢO



GIẢI PHÁP KHO DỮ LIỆU THỜI GIAN
THỰC CHO HỆ THỐNG SIÊU THỊ



LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH









Thái Nguyên – 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


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




VŨ ĐỨC THẢO


GIẢI PHÁP KHO DỮ LIỆU THỜI GIAN
THỰC CHO HỆ THỐNG SIÊU THỊ

Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60 48 01


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH


NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HOÀNG ĐỖ THANH TÙNG




Thái Nguyên – 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Đỗ Thanh
Tùng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp những tài liệu rất hữu ích để
tôi có thể hoàn thành luận văn.
Xin cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền
thông - Đại học Thái Nguyên, Trường Cao đẳng Dược Phú Thọ đã tạo điều
kiện giúp đỡ tôi về mọi mặt trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, bạn bè đồng
nghiệp, những người luôn động viên, khuyến khích và giúp đỡ về mọi mặt để
tôi có thể hoàn thành công việc nghiên cứu.
Thái Nguyên, tháng 1 năm 2014
Tác giả luận văn





Vũ Đức Thảo








Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:
Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo hướng dẫn TS. Hoàng Đỗ Thanh Tùng
Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tác giả,
tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian lận tôi
xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Thái Nguyên, tháng 1 năm 2014
Tác giả luận văn





Vũ Đức Thảo



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt
Nghĩa tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
MAC
Media Access Control

AP
Access Point
Điểm truy cập
LLC
Logical Link Control

DW
Data Warehoue
Kho dữ liệu
D


GPS
Global Posion System
Hệ thống định vị toàn cầu
ETL
Extract Transform Load

IEEE
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện kỹ nghệ Điện và Điện
tử
MAC
Medium Access Layer
Lớp truy nhập môi trường
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến

RFID
Radio Frequency IDentication
Xác định tần số vô tuyến
RTDW
Real time Data Warehouse
Kho dữ liệu thời gian thực
CTF
Capture,Transform and Flow
Correctness

WLAN
Wireless Local Area Network
Mạng cục bộ không dây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ 3
1.1 Giới thiệu 3
1.2. Một số công nghệ định vị 4
1.2.1 Công nghệ hồng ngoại 4
1.2.2 Công nghệ mạng cục bộ không dây (WLAN) 5
1.2.4 Công nghệ quang 12
1.3. Một số ứng dụng của hệ thống định vị hiện nay 12
1.3.1 Google maps 12
1.3.2 Bing maps 14
1.3.3 Nokia Indoor Navigation 15
1.3.4 Fastmall 16
1.3.5 Micello 17

1.3.6 Junaio 18
1.3.7 IndoorAlas 19
1.4. Tính thiết yếu của kho dữ liệu thời gian thực cho dữ liệu định vị trong
nhà 20
1.5 Mục tiêu của đề tài 23
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU VỀ KHO DỮ LIỆU THỜI GIAN THỰC
VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ, TRỢ GIÚP
TRONG NHÀ 24
2.1 Định nghĩa kho dữ liệu 24
2.2. Các thành phần kho dữ liệu 25
2.2.1. Siêu dữ liệu (Metadata) 25
2.2.2. Các nguồn dữ liệu 26
2.3. Cơ sở dữ liệu của kho dữ liệu 27
2.3.1 Đặc điểm dữ liệu trong kho dữ liệu 28
2.3.2 Làm sạch và chuyển đổi dữ liệu 29
2.3.3 Tích hợp và hợp nhất dữ liệu ( ETL ) 30

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2.3.4 Tải dữ liệu 31
2.4.Các phương pháp lưu trữ dữ liệu (MOLAP, ROLAP, HOLAP) 33
2.4.1. MOLAP (Multidimensional OLAP) 33
2.4.2. ROLAP (Relational OLAP) 33
2.4.3 HOLAP (Hybrid OLAP) 34
2.4.4 Sử dụng kho dữ liệu 35
2.5 Kho dữ liệu thời gian thực 36
2.5.1 Chuẩn hóa và phi chuẩn hóa 36
2.5.2 Dòng Dữ Liệu 37
2.6 Các vấn đề kho dữ liệu định vị trong nhà 39
2.6.1 Các điểm truy cập không dây 39

2.6.2 ETL không dây 39
2.6.3 Vấn đề trùng lặp dữ liệu 40
CHƢƠNG 3. ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH TRIỂN KHAI KHO DỮ LIỆU
THỜI GIAN THỰC CHO HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ 41
3.1 Cấu trúc hệ thống 41
3.2 Thiết kế kho dữ liệu thời gian thực 43
3.2.1 Chiều dữ liệu thiết bị kết nối ( Bluetooth , Wlan ) 44
3.2.2 Chiều dữ liệu thời gian 44
3.2.3 Chiều dữ liệu đối tượng chuyển động 45
3.2.4 Đề xuất thiết kế RTDW cụ thể : 46
3.2.5 Đề xuất thiết kế kho dữ liệu thời gian thực tổng quát 48
3.3 Đề xuất Real time ETL 51
3.3.1 Đề xuất Real time ETL trạng thái 51
3.3.2 Thu nhận dữ liệu thay đổi ( Change Data Capture ) 53
3.3.3 Chuyển đổi dữ liệu 55
3.3.4 Dò tìm và loại bỏ trả về thời gian thực 55
3.3.5 Lưu lượng 56
KẾT LUẬN 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Các thành phần cơ sở hạ tầng LBS 3
Hình 1.2.3-1 Các ngăn của Bluetooth. 10
Hình 1.2.3-2 Một ví dụ Piconet của Bluetooth gồm một thiết bị chủ (Master)
và bốn thiết bị con (Slave). 11
Hình 1.3.1 : Các tính năng trong Indoor Google Maps 12
Hình 1.3.2: Ứng dụng Bing maps 14
Hình 1.3.3: Hình ảnh về một số tính năng nổi bật của Nokia 15

Hình 1.3.4: Hình ảnh trong ứng dụng Fastmall 16
Hình 1.3.5: Hình ảnh tính năng dẫn đường của Micello 17
Hình 1.3.6: Tính năng nổi bật trong Junaio sử dụng công nghệ Augmented
Reality 18
Hình 1.3.7: Ứng dụng điều hướng trong nhà sử dụng từ trường trái đất 19
Hình 2.2. Mô hình kho dữ liệu 25
Hình 2.5.2 Dòng dữ liệu RTDW và DW 38
Hình 3.1 : Kiến trúc Hệ thống 42
Hình 3.2.1: Chiều dữ liệu Thiết bị kết nối 44
Hình 3.2.2 : Các phạm vi theo Thời gian trong Ngày và Thứ 45
Hình 3.2.3:Chiều dữ liệu đối tượng chuyển động 46
Hình 3.2.4: Đề xuất Thiết kế RTDW cụ thể 47
Hình 3.2.5 : Đề xuất thiết kế RTDW chung 49
Hình 3.3.1 : Thiết kế mức độ cao của Real time ETL 52
Hình 3.3.2 : Giản đồ của bảng thực tế 53


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong nền kinh tế hiện nay, thông tin là yếu tố sống còn đối với bất kỳ
doanh nghiệp nào.Việc nắm bắt thông tin giúp cho các doanh nghiệp có thể
hoạch định các chiến lược kinh doanh cho mình một cách chính xác.
Trải qua quá trình hoạt động kinh doanh, các dữ liệu của doanh nghiệp
phát sinh ngày càng nhiều nên việc lữu trữ, quản lí và sử dụng kho dữ liệu
đuợc đặc biệt quan tâm.Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ thông
tin, công nghệ kho dữ liệu (DW-Data Warehouse) ra đời, đáp ứng được nhu
cầu quản lý, lưu trữ thông tin có khối lượng lớn và có khả năng khai thác dữ
liệu đa chiều và theo chiều sâu nhằm hỗ trợ việc ra quyết định của các nhà

quản lý. Với các DW thông thường việc nạp dữ liệu trong khoảng thời gian cố
định, thường là một lần mỗi ngày, tuần, hoặc tháng sẽ mất nhiều thời gian và
không đồng bộ kịp dữ liệu. Vì vậy cần thiết phải có một hệ thống DW không
chỉ đơn giản là lưu trữ dữ liệu, đưa ra kết quả chính xác mà nó cần phải đảm
bảo thực hiện một xử lý trong một thời gian rất ngắn,người ta gọi đó là hệ
thống kho dữ liệu (thông tin) thời gian thực.
Hệ thống thông tin thời gian thực ngày nay đuợc ứng dụng trong rất
nhiều lĩnh vực như giao dịch cổ phiếu chứng khoán , đặt chỗ may bay , du
lịch , tính cước trả trước viễn thông Với sự phát triển nhanh chóng của
mạng Internet,viễn thông và các dịch vụ toàn cầu hóa, đòi hỏi phải có những
hệ thống kho dữ liệu (thông tin) thời gian thực để đáp ứng được các yêu cầu
của người dùng.
Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn học viên nghiên cứu về:
“GIẢI PHÁP KHO DỮ LIỆU THỜI GIAN THỰC CHO HỆ THỐNG
SIÊU THỊ ”


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Cụ thể trong nội dung luận văn học viên sẽ nghiên cứu về kho dữ liệu
thời gian thực cho dữ liệu định vị trong nhà nhằm giúp người quản lý nắm bắt
được sự quan tâm của khách hàng đối với các gian hàng cũng như điều chỉnh
được mật độ lưu thông của khách hàng trong siêu thị tránh tắc nghẽn
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đề xuất một thiết kế kho dữ liệu thời gian thực cho hệ thống định vị
trong nhà
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu thiết kế kho dữ liệu thời gian thực cho hệ thống định vị trong
nhà có thể áp dụng trong các trung tâm thương mại lớn hoặc tại các sân bay
quản lí thông tin dữ liệu di chuyển của khách hàng

4. Hƣớng nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu về phương pháp xây dựng và cấu trúc kho dữ liệu thời
gian thực
Nghiên cứu về công nghệ Bluetooth , Wlan, wifi
Nghiên cứu các bài toán về ETL, Bounce
5. Những nội dung nghiên cứu chính
Luận văn được trình bày 3 chương, các nội dung cơ bản của luận văn
được trình bày theo cấu trúc như sau:
Mở đầu
Chương 1 : Cơ sở lý thuyết
Tổng quan về Hệ thống định vị trong nhà
Chương 2 : Nghiên cứu về kho dữ liệu thời gian thực và các vấn đề liên
quan cho hệ thống định vị, trợ giúp trong nhà
Chương 3 : Đề xuất mô hình triển khai kho dữ liệu thời gian thực cho hệ
thống định vị trong nhà
Kết luận và hướng phát triển của luận văn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ

1.1 Giới thiệu
Với sự ra đời của các thiết bị di động và Internet, các dịch vụ dựa trên
vị trí (LBSs) đã trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của
con người. Các dịch vụ dựa trên vị trí tích hợp vị trí của thiết bị di động với
các thông tin khác để cung cấp các loại dịch vụ khác nhau cho người sử dụng.
Vì vậy, thông tin về vị trí và định vị vị trí của người dùng là một phần thiết
yếu của dịch vụ dựa trên vị trí. Hình 1.1 mô tả các thành phần cơ sở hạ tầng
khác nhau cần thiết cho dịch vụ dựa trên vị trí làm việc bao gồm: thiết bị di

động, mạng lưới thông tin liên lạc, hệ thống định vị và các nhà cung cấp
data/service


Hình 1.1: Các thành phần cơ sở hạ tầng LBS

Có rất nhiều ứng dụng LBS khác nhau như điều hướng, theo dõi người
và tài sản, an ninh dựa trên vị trí, điều phối ứng phó khẩn cấp,…. Để cung cấp
LBSs tin cậy cần phải định vị chính xác vị trí người dùng trong thời gian
thực. Do đó, tính chính xác và độ chuẩn xác của hệ thống định vị ngày càng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

được cải thiện và được đầu tư nghiên cứu. Đối với môi trường ngoài trời, hệ
thống định vị GPS và hệ thống dựa trên mạng di động là hai công nghệ được
sử dụng phổ biến nhất để cung cấp các dịch vụ điều hướng và định vị. Tuy
nhiên các công nghệ này không thể sử dụng trực tiếp trong môi trường trong
nhà do các tín hiệu thường quá yếu. Như vậy, công nghệ định vị không dây
trong nhà đã và đang trở thành đề tài nghiên cứu phổ biến trong những năm
gần đây
1.2. Một số công nghệ định vị
Trong phần này học viên sẽ phân tích một số công nghệ thường được
lựa chọn để áp dụng trong các hệ thống định vị
1.2.1 Công nghệ hồng ngoại
Rất nhiều các hệ thống định vị được triển khai trong những dự án
nghiên cứu hiện nay sử dụng công nghệ hồng ngoại và phương pháp định vị
tiệm cận để xác định vị trí. Không như các sóng vô tuyến các tín hiệu hồng
ngoại có cự ly truyền tương đối ngắn và không bị hấp thụ bởi các bề mặt
trong môi trường trong nhà như tường, sàn… ngược lại chúng có thể phản xạ
trên hầu hết các bề mặt đó. Chính những đặc điểm trên dẫn đến sự kết hợp

hiệu quả giữa công nghệ hồng ngoại với phương pháp định vị tiệm cận dành
cho các ứng dụng cần định vị đối tượng trong một căn phòng của toà nhà. Tuy
nhiên do các tia hồng ngoại chỉ có tính phản xạ một phần và bị phân tán với
các chướng ngại vật nên trong một số trường hợp giữa bộ phát và bộ thu phải
không có chướng ngại vật hay nói cách khác chúng phải nhìn thấy được nhau
thì mới có thể trao đổi các thông tin liên quan.
Hệ thống định vị hồng ngoại đầu tiên được phát triển vào những năm
đầu của thập kỷ 90 của thế kỷ trước, công nghệ hồng ngoại lúc đó đã đạt độ
chín muồi và đã được ứng dụng trong nhiều sản phẩm thương mại khác nhau
(chẳng hạn như trong các bộ điều khiển gia dụng như điều khiển ti vi, đầu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

video, máy lạnh…). So với các tín hiệu vô tuyến, các thiết bị cần thiết cho
công nghệ hồng ngoại có giá thành rẻ hơn, đơn giản hơn và tiêu thụ ít năng
lượng hơn tuy nhiên chúng có một số nhược điểm như tốc độ truyền thấp, bị
ảnh hưởng bởi sự xuyên lẫn từ các nguồn ánh sáng môi trường và các thiết bị
thu phát hồng ngoại khác.
1.2.2 Công nghệ mạng cục bộ không dây (WLAN)
Các mạng cục bộ không dây (Wireless Local Area Network - WLAN)
dựa trên họ tiêu chuẩn 802.11x của IEEE và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau.
Một WLAN được cài đặt trong một toà nhà thông thường là một hệ thống tế
bào gồm nhiều ô, mỗi ô được phục vụ bởi một trạm cơ sở BS. Trong họ tiêu
chuẩn IEEE 802.11x, các trạm BS được gọi là điểm truy cập (Access Point –
AP), vùng phủ sóng của một điểm truy cập được gọi là vùng cung cấp dịch vụ
cơ bản (Basic Service Area -BSA). Tập hợp tất cả các thiết bị đầu cuối được
phục vụ bởi AP được gọi là tập hợp các dịch vụ cơ bản (Basic Service Set
(BSS)). Một số BSS có thể liên kết với nhau qua các thiết bị liên quan sử
dụng dây nối hình thành nên một tập hợp các dịch vụ mở rộng (Extended
Service Set ESS). Chế độ hoạt động cần các thiết bị liên quan của IEEE

802.11x được gọi là chế độ cơ sở hạ tầng. Ngoài ra các chuẩn IEEE 802.11x
còn cho phép truyền thông trực tiếp giữa các thiết bị đầu cuối mà không cần
các thiết bị liên quan giữa chúng, chế độ này được gọi là chế độ ad-hoc.
Các chuẩn IEEE 802.11x bao gồm hai lớp, một lớp đại diện cho giao
tiếp với không gian được gọi là lớp vật lý và lớp còn lại để kết hợp với các đa
truy cập được gọi là lớp truy cập trung gian (medium access layer - MAC).
Họ tiêu chuẩn IEEE 802.11x có nhiều phiên bản khác nhau như khác nhau về
tần số, phương thức điều chế và các cấu trúc truy cập, kiểu tín hiệu (sóng vô
tuyến hay hồng ngoại ), tốc độ truyền, băng thông, cự ly hoạt động… ngày
nay hầu hết các thiết bị WLAN hoạt động đều dựa trên hai chuẩn chính đó là

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

IEEE 802.11b và 802.11g. Chuẩn 802.11g được phát triển năm 1999 nó hoạt
động trên dải tần số 2.4 Ghz cung cấp tốc độ truyền tới 11 Mbps, khoảng cách
hoạt động từ vài chục m tới vài trăm m, chúng phụ thuộc rất nhiều vào môi
trường xung quanh. Năm 2003 các hệ thống mạng dựa trên chuẩn IEEE
802.11g bắt đầu xuất hiện, chuẩn này hỗ trợ cả các thiết bị tuân theo chuẩn
IEEE 802.11b và có tốc độ truyền lên tới 54 Mbps.
Các thiết bị sử dụng công nghệ WLAN hiện nay đang được sử dụng hết
sức phổ biến đặc biệt tại các khu vực thành phố, trong các toàn nhà công
cộng, đồng thời các nhà sản xuất đang gia tăng việc tích hợp công nghệ
WLAN vào nhiều sản phẩm như PDA, điện thoại di động… điều này làm
WLAN càng trở nên hấp dẫn trong vấn đề cung cấp các dịch vụ liên quan tới
định vị trong môi trường trong nhà.
Hầu hết các hệ thống định vị sử dụng công nghệ WLAN đã được phát
triển đều dựa trên nguyên tắc xác định cường độ tín hiệu thu (Received Signal
Strength - RSS), tỉ lệ tín hiệu thu trên nhiễu (Received Signal-to-Noise Ratio -
SNR), hoặc phương pháp định vị tiệm cận. Phương pháp đo thời gian thường
không được lựa chọn do độ chính xác trong đồng bộ thời gian là một vấn đề

rất phức tạp trong WLAN và rất khó để xác định được khoảng thời gian khác
nhau do cự ly truyền trong môi trường trong nhà hoặc ngoài trời là rất ngắn.
Việc xác định RSS và SNR dựa trên các tín hiệu theo các hướng truyền lên
(uplink) hoặc hướng về (downlink), các tín hiệu này được gọi là các tín hiệu
điều khiển (beacon). Khi các tín hiệu điều khiển được gửi đến, bộ thu sẽ xác
định các thông số RSS hoặc SNR sau đó chuyển các thông tin này cho các lớp
ứng dụng của người sử dụng, đây là các tính năng có sẵn trong hầu hết các
thiết bị WLAN.
Để đo các thông số trong trường hợp truyền lên, các thiết bị đầu cuối di
động phải tạo ra các tín hiệu điều khiển sau đó các tín hiệu này sẽ được truyền

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

tới các AP trong phạm vi hoạt động. Đây là cơ sở cho các phương pháp định
vị dựa trên hệ thống mạng.
Để đo các thông số trong trường hợp truyền về có thể tận dụng tính năng
quét thụ động có sẵn của WLAN. Các thiết bị đầu cuối di động liên tục quét
một cách thụ động để phát hiện các AP gần kề và lựa chọn AP tốt nhất để kết
nối thông tin. Để đạt được mục đích này, mỗi AP định kỳ sẽ phát một tín hiệu
điều khiển có chứa một số thông tin như tem thời gian, tốc độ hỗ trợ và nhận
dạng của AP được gọi là nhận dạng các dịch vụ cơ bản (Basic Service Set
Identifier - BSSI). Khoảng thời gian giữa 2 tín hiệu điều khiển có thể được
thay đổi một cách mềm rẻo và chúng thường có giá trị từ vài chục tới vài trăm
ms. Thiết bị đầu cuối thường xuyên lắng nghe các kênh để có thể nhận các tín
hiệu điều khiển từ các AP xung quanh và ghi lại các thông số của chúng cũng
như đo các giá trị RSS và SNR. Sau đó chúng thường lựa chọn các AP có chất
lượng tín hiệu tốt nhất để kết nối. Ngoài ra nếu thiết bị đầu cuối không nhận
được một tín hiệu điều khiển nào trong quá trình quét thụ động theo thời gian
đã quy định (có thể do khoảng thời gian được thiết lập quá dài), nó có thể phát
đi tín hiệu dò, sau đó tất cả các AP trong phạm vi hoạt động đó sẽ gửi lại một

tín hiệu điều khiển đáp ứng. Chúng ta gọi đó là quét tích cực. Do vậy cả quét
thụ động và quét tích cực đều có thể được sử dụng trong các hệ thống định vị
dựa trên thiết bị đầu cuối hoặc trong các hệ thống định vị có sự giúp đỡ của
thiết bị đầu cuối.
Việc thu nhập các tín hiệu điều khiển theo các hướng truyền đã dẫn tới
ba phương pháp định vị cơ bản mà chúng ta đã khảo sát trong chương 2 đó là
các phương pháp định vị tiệm cận, phương pháp giao khoảng cách, phương
pháp dấu vân tay trong mạng nội bộ không dây.
Phương pháp tiệm cận trong WLAN có độ chính xác thấp tuy nhiên đây là
phương pháp đơn giản nhất. Nó được hỗ trợ bởi một cơ sở dữ liệu chứa ánh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

xạ từ các BSSI tới các số phòng tương ứng. Trong một số ứng dụng nâng cao
các AP có thể phát các thông tin về số phòng của mình do đó không còn cần
thiết phải tồn tại một cơ sở dữ liệu như trên.
Trong tình huống xấu nhất chẳng hạn như hệ thống chỉ được sử dụng
để phát hiện liệu một người nào đó có ở trong phạm vị toà nhà hay một khu
vực nào đó của toàn nhà, độ chính xác của nó có thể từ hàng chục tới hàng
trăm mét và tuỳ thuộc vào cường độ tín hiệu truyền cũng như mật độ các AP
trong toà nhà. Thậm chí trong nhiều trường hợp rất khó có thể phân biệt giữa
các tầng với nhau khiến cho phương pháp xác định tiệm cận không thể sử
dụng trong nhiều ứng dụng.
Với phương pháp giao khoảng cách, cần có các thông tin chính xác về
vị trí của các AP trong toàn nhà. Các vị trí này có thể được biểu diễn trong hệ
toạ độ cục bộ như hệ tọa độ Đề Các hoặc hệ toạ độ toàn cầu chẳng hạn như hệ
tọa độ ECEF. Tuy nhiên hệ toạ độ Đề Các thường được ưu tiên sử dụng hơn
do các vị trí tính toán cố định có thể dễ dàng được gắn với số phòng tương
ứng thông qua việc sử dụng sơ đồ thiết kế của toà nhà.
Phương pháp định vị giao khoảng cách trong môi trường trong nhà

thường bị ảnh hưởng lớn trong trường hợp các tín hiệu được truyền một
cách gián tiếp nếu giữa bộ phận thu và phát không nhìn thấy nhau. Khi di
chuyển từ bên phát tới bên thu các tín hiệu điều khiển có thể phản xạ hoặc
phân tán nhiều lần qua các bức tường hoặc trần nhà nhiều lần, mỗi lần
như vậy sẽ có một độ suy giảm khó tiên đoán. Điều này dẫn đến việc hầu
như không thể xác định được khoảng cách thực thông qua suy hao. Cũng
cần lưu ý rằng để xác định được suy hao, ngoài việc xác định RSS còn
phải xác định được cường độ tín hiệu phát được gửi trong báo hiệu giữa
bên phát và bên thu.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.2.3 Công nghệ Bluetooth
Công nghệ Bluetooth là một chuẩn mở của giao thức truyền thông tần số vô
tuyến cho các thiết bị không dây. Bluetooth được phát triển trong một nỗ lực
để xúc tiến sự kết hợp giữa các công đoạn khác nhau trong công nghiệp máy
tính do nhóm Bluetooth Special Interest đưa ra, hành viên của nhóm bao gồm
các hãng Agere, Ericsson, IBM, Intel, Microsoft, Motorola, Nokia và
Toshiba. Ngày nay Bluetooth là biểu tượng của sự thống nhất giữa công nghệ
máy tính và công nghệ truyền thông đa phương tiện.
Bluetooth sử dụng băng tần không đăng ký 2.4Ghz trên dãy băng tần ISM.
Tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức tối đa 1Mbps trong khi các thiết bị
không cần phải thấy trực tiếp nhau. Hiện tại có ba lớp thiết bị Bluetooth, các
lớp này khác nhau bởi công suất tối đa đưa ra và do đó ảnh hưởng đến cự ly
hoạt động. Các thiết bị lớp 1 hoạt động ở công suất ra lớn nhất 100mW với cự
ly khoảng 33m, lớp 2 hoạt động với công suất 2.5mW và có bán kính hoạt
động xấp xỉ 10m cuối cùng là lớp 3 hoạt động với công suất phát khoảng
1mW và có phạm vi khoảng 3m.
Quá trình trao đổi thông tin và truyền thông trong Bluetooth dựa trên 5

lớp khác nhau bao gồm Baseband, Radio, Link Manager Protocol, Host
Controller Interface, Logical Link Control và Adaptation Protocol, các
lớp này được gọi là các ngăn hệ thống (stack system) của Bluetooth (xem
hình 1.2.3):

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



Hình 1.2.3-1 Các ngăn của Bluetooth.

Tất cả các thiết bị lớp 1 đều phải tuân thủ giao thức bảo toàn năng
lượng trong đó chúng được yêu cầu điều chỉnh một cách mềm dẻo công suất
phát để tối ưu hoá việc trao đổi thông tin mà không lãng phí năng lượng. Lớp
giao thức quản lý liên kết (Link Manager Protocol layer - LMP) trong ngăn hệ
thống Bluetooth chịu trách nhiệm thực thi chức năng này.
Trong Bluetooth người ta sử dụng khái niệm Picotnet để chỉ một tập
hợp các thiết bị được kết nối thông qua công nghệ Bluetooth theo mô hình
Ad-Hoc, đây là mô hình kết nối mạng được thiết lập cho nhu cầu truyền dữ
liệu tức thời, tốc độ nhanh và kết nối Ad-Hoc sẽ tự động huỷ khi quá trình
truyền kết thúc.
Thiết bị chủ (Master) là thiết bị duy nhất trong 1 Piconet, thiết bị chủ
thiết lập đồng hồ đếm xung và kiểu bước nhảy (hopping) để đồng bộ tất cả

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

các thiết bị trong cùng piconet mà nó đang quản lý thiết bị chủ cũng quyết định
số kênh truyền thông. Mỗi Piconet có một kiểu bước nhảy duy nhất.
Thiết bị con (Slave) là tất cả các thiết bị còn lại trong piconet, một thiết bị
không là thiết bị chủ thì phải là thiết bị con. Tối đa có 7 thiết bị con dạng tích

cực và 255 thiết bị con dạng thụ động trong 1 Piconet. Chúng ta cũng cần lưu ý
rằng, hai thiết bị con muốn thực hiện liên lạc với nhau phải thông qua thiết bị
chủ do không có cơ chế để cho phép chúng có thể kết nối trực tiếp với nhau,
thiết bị chủ khi đó sẽ đồng bộ các thiết bị con về mặt thời gian và tần số.


Hình 1.2.3-2 Một ví dụ Piconet của Bluetooth
gồm một thiết bị chủ (Master) và bốn thiết bị con (Slave).

Một số hệ thống định vị đã tận dụng giao thức thay đổi công suất phát LMP
để xác định khoảng cách giữa thiết bị thu và phát sử dụng công nghệ
Bluetooth. Với bất kỳ một thiết bị Bluetooth nào đều tồn tại một công suất thu
tối ưu (Golden Received Power Range - GRPR). Khoảng cách này đặc trưng
cho từng thiết bị. Để hiểu được tiến trình này chúng ta hãy xem xét dữ liệu
được truyền giữa hai điểm A và B. Nếu thiết bị A cảm nhận được tín hiệu từ
B nằm ngoài khoảng GRPR của nó, thiết bị A sẽ gửi một yêu cầu tới thiết bị
B để tăng hoặc giảm mức công suất ra cho tới khi cường độ thu tối đa được
khôi phục.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.2.4 Công nghệ quang
Các hệ thống sử dụng công nghệ quang bao gồm các hệ thống dựa trên
tia laser tới các hệ thống dựa trên tín hiệu video. Các vấn đề an toàn trong môi
trường sử dụng công nghệ quang là điều mà chúng ta cần lưu ý trong quá
trình nghiên cứu, ứng dụng. Việc các camera có mặt ở khắp nơi có thể làm
dấy lên vấn đề về tính riêng tư của người sử dụng nếu chúng bị sử dụng sai
mục đích. Trong khi giá thành các thiết bị liên quan đang nhanh chóng hạ
xuống thì các camera vẫn có giá thành tương đối cao đặc biệt là khi cần triển
khai trên một diện rộng. Ngoài ra việc xử lý các tín hiệu trong dải phổ của ánh

sáng nhìn thấy thường yêu cầu các phương pháp xử lý, phân tích cảnh phức
tạp, do đó hiện nay các thiết bị sử dụng các hệ thống này vẫn có giá thành
tương đối cao và hầu hết đều đang trong giai đoạn nghiên cứu.
1.3. Một số ứng dụng của hệ thống định vị hiện nay
Trong thời gian gần đây có tới 22 công ty hợp tác với nhau để tạo lên
Liên minh In-Location. Một nhóm mới tham gia gồm có Nokia, Qualcomn,
Samsung Electrics và Sony, nhầm nâng cao và mở lĩnh vực định vị trong nhà
với các dịch vụ liên quan. Dưới đây là các ứng dụng phổ biến và đã được triển
khai rộng rãi trên thế giới.
1.3.1 Google maps

Hình 1.3.1 : Các tính năng trong Indoor Google Maps

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Tháng 11 năm 2011, bản đồ trong nhà được thêm vào Google Maps cho
hệ điều Android, cho phép người dùng khả năng điều hướng trong các tòa nhà
như sân bay, viện bảo tàng, trung tâm mua sắm, trường đại học và không gian
công cộng khác.
Google đã phát hành bản đồ trong nhà đầu tiên tại Úc cho phép người
dùng tìm đường xung quanh sân bay, trung tâm mua sắm, nhà ga và các tòa
nhà lớn khác sử dụng các thiết bị di động của họ. Đội kỹ sư phát triến tại Úc
đến từ các công ty như Navisens, CSIRO và UNSW đang dẫn đầu thế giới
trong việc phát triển công nghệ định vị trong nhà cao cấp có khả năng giúp
người dùng xác định vị trí sản phẩm cụ thể trên kệ siêu thị, theo dõi hiệu suất
vận động viên, hướng dẫn người khiếm thị.
Công nghệ Indoor Google Maps đó là sử dụng các điểm truy cập Wifi và
tháp điện thoại di động chứ không phải là GPS để xác định vị trí của thiết bị.
Các bản đồ trong nhà sẽ tự động xuất hiện khi bạn phóng to trên một tòa nhà.
Danh sách bản đồ có sẵn bao gồm 10 nhà ga xe lửa (như Flinders Street và

Tòa thị chính), sân bay (Sydney, Melbourne và Adelaide), một số cửa hàng
IKEA, địa điểm thể thao (Hisense Arena, sân Rod Laver Arena, sân vận động
Etihad, Sân vận động ANZ) và một số địa điểm văn hoá bao gồm cả triển lãm
Quốc gia Úc, Thư viện Nghệ thuật của NSW và nhà hát Opera Sydney.
Trên toàn thế giới cho đến nay khoảng 10.000 bản đồ trong đã được thêm
vào Google Maps ở các nước trong đó có Mỹ, Anh, Thụy Sĩ, Thụy Điển,
Singapore, Tây Ban Nha, Nhật Bản, Đức, Pháp, Đan Mạch, Canada và Bỉ.
Google maps có độ chính xác cao khi thiết bị di động được trang bị chíp
Wifi chuẩn 801.11 b/n và những nơi có cơ sở hạ tầng đáp ứng đủ điều kiện
cho hai công nghệ định vị làm việc. Nhưng trên thực tế Google maps không
đáp ứng được độ ổn định và thường có sai số lớn bởi các yếu tố gây nhiễu và
hiệu ứng đa đường truyền.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.3.2 Bing maps

Hình 1.3.2: Ứng dụng Bing maps

Bing Maps là sản phẩm bản đồ của Microsoft. Bản đồ trong nhà cho
Bing Maps thêm vào Bing Maps đầu năm 2011, ứng dụng có thể chạy trên
các nền tảng điện thoại phổ biến như iOS, Android và các Blackberry. Định vị
trong nhà của Bing Maps dựa trên công nghệ tổng hợp gồm cảm biến gia tốc
kế của điện thoại thông minh, con quay hồi chuyển, từ kế và các tín hiệu Wi-
Fi xung quanh. Bản đồ trong nhà của Bing có sẵn cho khoảng 3000 trung tâm
mua sắm và một số sân bay ở Mỹ.
Microsoft thiết kế ứng dụng của mình sao cho dễ dàng sử dụng cho tất cả
người dùng có mong muốn tìm kiếm thông tin dịch vụ dưa trên vị trí từ các
bản đồ và địa điểm. Ứng dụng có độ chính xác cao và làm việc tốt trong trung
tâm thương mại rộng lớn và có thể tự động chuyển đổi bản đồ các tầng khi

người dùng đi lên xuống cầu thang.




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.3.3 Nokia Indoor Navigation



Hình 1.3.3: Hình ảnh về một số tính năng nổi bật của Nokia

Nokia cũng tung ra phiên bản ứng dụng điều hướng trong nhà đầu tiên
vào đầu năm 2011. Hãng này sử dụng công nghệ riêng của mình được gọi là
định vị trong nhà với độ chính xác cao (High Accuracy Indoor Positioning).
Nokia tập trung vào việc phát triển công nghệ định vị trong nhà bằng cách sử
dụng Bluetooth LE 4.0 được sửa đổi lại các đặc điểm kỹ thuật, cho phép độ
chính xác khoảng 1m. Công nghệ này cũng có thể được cải tiến với độ chính
xác 20 cm với những thay đổi bổ sung sau này. Việc sửa đổi Bluetooth LE
dựa trên các tiêu chuẩn đã được phát triển và tạo nguyên mẫu của Nokia.
Nokia và các công ty khác đang làm việc trong Bluetooth Special Interest
Group (Bluetooth SIG) để có những sửa đổi và phát hành trong thời gian sắp
tới.
Vị trí trong nhà của đối tượng có thể được tính bằng cách lắp đặt thêm
các thiết bị phát (Beacon) Bluetooth LE được cài đặt trên trần nhà hoặc khu
vực cần triển khai, khi nhận tín hiệu không dây được truyền đi bởi các nguồn
phát. Các bộ thu tín hiệu được cài đặt trong một thiết bị di động hoặc chúng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

có thể là các thẻ thu tin hiệ. Các tiêu chí của Nokia đối với công nghệ định vị
trong nhà có độ chính xác cao, tiêu thụ điện năng thấp, di động, và chi phí
thấp. Các giải pháp phải được thực hiện dễ dàng và dễ sử dụng.
Hiện tại Nokia chỉ cung cấp các bản đồ trong nhà tại một số các trung tâp
mua sắp và sân bay. Nhưng những địa điểm này phải được trang bị các điểm
phát Bluetooth trên mái nhà. Một số tính năng nổi bật của ứng dụng này được
thể hiện trong hình 3.3, ví dụ như tự động chuyển bản đồ Outdoor thành
Indoor, cung cấp thông tin thời tiết và báo mất đồ.
1.3.4 Fastmall

Hình 1.3.4: Hình ảnh trong ứng dụng Fastmall

FastMall phát hành phiên bản ứng dụng đầu tiên trên iPhone vào đầu
năm 2010. Đây là ứng dụng giúp người mua hàng nhanh chóng và dễ dàng chỉ
hướng tới các trung tâm và các điểm đến mua sắm lớn với tương tác hướng
dẫn tuần tự. Phát triển bởi MindSmack.com, công ty đã đoạt giải thưởng
tương tác về ứng dụng di động. Trong hình 3.4, cho thấy ứng dụng FastMall
có giao diện đồ họa đẹp, thân thiện và thể hiện trực quan các tính năng giúp
cho người dùng có thể thao tác dễ dàng với ứng dụng. Để sử dụng được
FastMall người mua hàng phải tải ứng dụng miễn phí từ Apple Store và sau
đó chọn các bản đồ trung tâm mua sắm mà mình cần. Bản đồ của Menlo Park
Mall ở Edison, New Jersey được miễn phí, cho phép người dùng để cảm nhận

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

về cách FastMall làm việc với các công nghệ lập bản đồ ảo. Cơ sở dữ liệu
FastMall hiện tại bao gồm 1.250 trung tâm thương mại ở Mỹ, bốn ở Canada
(West Edmonton, Công viên Hoàng gia tại Vancouver, Toronto Eaton Centre
và Metropolis at Metrotown) và một tại Vương quốc Anh (Bluewater Mall),

với 62 tính năng công nghệ bản đồ trung tâm mua sắm ảo. Các bản đồ trong
nhà đang được bổ sung trên cơ sở hàng tuần. FastMall cũng chấp nhận yêu
cầu thêm trung tâm thương mại, khu mua sắm khác và bất cứ nơi nào khác mà
có thể được hưởng lợi từ một bản đồ ảo từ người dùng. Người dùng chỉ cần
gửi email đến để thực hiện yêu cầu.
FastMall sử dụng GPS để xác định vị trí hiện tại của người dùng và sau
đó tìm ra các trung tâm gần nhất và đưa ra gợi ý. FastMall đã được phát triển
để làm việc offline (bằng cách tải về bản đồ vào điện thoại của người sử
dụng). Ứng dụng iPhone này bao gồm tích hợp đầy đủ với Facebook và
Twitter để bạn bè, gia đình và đồng nghiệp có thể kết nối khi mua sắm. Bất cứ
ai cũng có thể tạo ra một danh sách các trung tâm mua sắm yêu thích, các cửa
hàng và nhà hàng, cũng như danh sách mong muốn cho các sản phẩm cụ thể.
FastMall hiện có hơn 30.000 cửa hàng độc đáo và hơn 250.000 cửa hàng tổng
thể. Phiên bản mới nhất của FastMall có sẵn miễn phí từ App Store.
1.3.5 Micello
Hình 1.3.5: Hình ảnh tính năng dẫn đường của Micello