nghiên cứu kiến trúc hệ thống tích hợp điện toán đám mây và lbs

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





ĐỖ THỊ NHUNG




NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP
ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ 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

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

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. Nếu có vi phạm, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2014
Học viên


ĐỖ THỊ NHUNG

2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo, cán bộ hƣớng dẫn khoa
học PGS.TS Đặng Văn Đức, ngƣời thầy đã tận tình hƣớng dẫn tôi từ những buổi đầu
tiên khi tiếp cận với đề tài khoa học. Thầy đã hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi về
phƣơng pháp nghiên cứu khoa học, cách làm việc khoa học trong suốt thời gian qua.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo ở trƣờng Đại học Công nghệ

thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, các cán bộ Trung tâm Công nghệ
phần mềm – Sở Thông tin và Truyền thông thành phố Hải Phòng đã tạo mọi điều kiện
cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn học viên K11B – Khoa học máy tính đã giúp
đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, đồng nghiệp và bạn
bè tôi, những ngƣời đã động viên, tạo mọi điều kiện cho tôi lao động và học tập trong
suốt thời gian qua.

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2014
Học viên



ĐỖ THỊ NHUNG

3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
LỜI CẢM ƠN 2
MỤC LỤC 3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN 7
DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN 8
MỞ ĐẦU 10
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LBS VÀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 12
1.1. Giới thiệu chung về LBS 12

1.2. Các thành phần cơ bản của LBS 14
1.3. Các kiểu dịch vụ LBS 16
1.4. Cách thức xử lý các yêu cầu của LBS 16
1.5. Hệ thống định vị 18
1.5.1. Giới thiệu chung 18
1.5.2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS 20
1.5.3. Các loại thiết bị có tính năng định vị ứng dụng trong LBS 21
1.5.4. Khác biệt giữa các hệ thống định vị đƣợc ứng dụng trong LBS với các
hệ thống tƣơng tự 22
1.6. Công nghệ truyền tải dữ liệu 24
1.6.1. WAP/ GPRS/ EDGE 24
1.6.2. Bluetooth/ Wifi/ WiMax 25
1.6.3. Truyền thông vệ tinh 26
1.7. Các mô hình dịch vụ LBS 27
1.8. Điện toán đám mây 28
1.8.1. Khái niệm chung về điện toán đám mây 28
1.8.2. Các tính chất cơ bản của điện toán đám mây 30
1.8.3. Kiến trúc, mô hình và các thành phần của điện toán đám mây 32
1.8.4. Ƣu, nhƣợc điểm của điện toán đám mây 36
1.9. Kết luận chƣơng 1 37
CHƢƠNG II: KIẾN TRÚC TÍCH HỢP LBS VÀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 39
4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2.1. Hình thức tổ chức LBS truyền thống 39
2.2. Lợi ích và ứng dụng của việc tích hợp điện toán đám mây và LBS đối với xã
hội 43
2.3. Lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây 45
2.3.1. Các nhà cung cấp 45

2.3.2. Ƣu điểm của dịch vụ điện toán đám mây của Google 46
2.4. Google App Engine (GAE) 47
2.4.1. Tổng quan về Google App Engine 47
2.4.2. Môi trƣờng chạy thực và lƣu trữ dữ liệu 49
2.4.3. Phát triển ứng dụng App Engine trên nền tảng ngôn ngữ Java 50
2.4.4. Môi trƣờng ứng dụng 51
2.5. Nghiên cứu mô hình tổ chức dữ liệu trên đám mây 51
2.6. Nghiên cứu kiến trúc tích hợp điện toán đám mây và LBS 57
2.6.1. Kiến trúc chung 57
2.6.2. Chức năng của hệ thống 59
2.7. Kết luận chƣơng 2 62
CHƢƠNG III: CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 63
TRÊN NỀN TẢNG GOOGLE APP ENGINE 63
3.1. Giới thiệu, lựa chọn công nghệ cho lƣu trữ dữ liệu 63
3.2. Đặt bài toán và phân tích thiết kế hệ thống 65
3.2.1. Đặt bài toán và mô tả thuật toán 65
3.2.2. Phân tích hệ thống 69
3.2.3. Thiết kế hệ thống 69
3.3. Cài đặt bài toán và giao diện chƣơng trình 75
3.3.1. Thu thập dữ liệu 75
3.3.2. Giao diện chƣơng trình 75
KẾT LUẬN 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79


5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT
Từ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
1
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber Line
Đƣờng truyền thuê bao số
bất đối xứng
4
API
Application Programming Interface
Giao diện lập trình ứng
dụng
5
CSDL

Cơ sở dữ liệu
6
EDGE
Enhanced Data rates for GSM
Evolution
Công nghệ di động đƣợc
nâng cấp từ GPRS
7
E-OTD
Enhanced observed time difference

8
GAE

Google App Engine
Google App Engine
9
GIS
Geographical Information System
Hệ thống thông tin địa lý
10
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến gói tổng
hợp
11
GPS
Global Position System
Hệ thống định vị toàn cầu
12
HTML
HyperText Markup Language
Ngôn ngữ đánh dấu siêu
văn bản
13
HTTP
Hypertext Transfer Protocol
Giao thức truyền siêu văn
bản
14
JDBC
Java Database Connectivity
Kết nối cơ sở dữ liệu Java
15

JSON
JavaScript Object Notation
Ký pháp đối tƣợng
JavaScript
16
LBS
Location-based Services
Dịch vụ dựa trên vị trí
24
OOP
Object Oriented Programming
Lập trình hƣớng đối tƣợng
17
PDA
Personal Digital Assistant
Thiết bị di động số cá
nhân
18
TDOA
Time difference of arrival

19
TOA
Time of arrival

20
WAP
Wireless Application Protocol
Giao thức ứng dụng không
dây

6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
WLAN
Wireless Local Area Network
Mạng nội bộ không dây
22
WML
Wireless Mark-up Language
Ngôn ngữ đánh dấu vô
tuyến
23
XHTML
Extensible HyperText Markup
Language
Ngôn ngữ đánh dấu siêu
văn bản mở rộng


7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN
Bảng 1. 1: Các hoạt động của ngƣời dùng dịch vụ LBS 13
Bảng 2. 1: Mô tả giới hạn sử dụng của một ứng dụng GAE miễn phí 48
Bảng 2. 2: Bảng mô tả free quota của một ứng dụng GAE miễn phí 49
Bảng 3. 1: Tập dữ liệu thử nghiệm 75

8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
Hình 1. 1: Các hệ thống thông tin tích hợp 12
Hình 1. 2: Các thành phần cơ bản của LBS 14
Hình 1. 3: Luồng thông tin trao đổi giữa các thành phần của LBS 17
Hình 1. 4: Định vị dựa trên mạng truyền thông 19
Hình 1. 5: Định vị dựa trên thiết bị đầu cuối 20
Hình 1. 6: Các phần của hệ thống GPS 20
Hình 1. 7: Quỹ đạo các vệ tinh của hệ thống GPS 21
Hình 1. 8: Thiết bị dẫn đƣờng dành cho ô tô 22
Hình 1. 9: Thiết bị điện thoại thông minh (Smartphone) 22
Hình 1. 10: Sơ đồ hệ thống định vị bằng Radar. 24
Hình 1. 11: Mọi thiết bị, nội dung đều tập trung vào đám mây 28
Hình 1. 12: Hình ảnh Cloud Computing 29
Hình 1. 13: Sơ đồ điện toán đám mây, với các dịch vụ đƣợc cung cấp nằm bên trong
đám mây đƣợc truy cập từ các máy tính nằm bên ngoài 30
Hình 1. 14: Các loại dịch vụ Cloud Computing 32
Hình 1. 15: Dịch vụ Public Cloud, Private Cloud và Hybrid Cloud 35
Hình 1. 16: Kiến trúc Cloud Computing 35
Hình 2. 1: Kiến trúc truyền thống của LBS 40
Hình 2. 2: Phần trung gian của LBS 42
Hình 2. 3: Kiến trúc Single-tenant 44
Hình 2. 4: Kiến trúc Multi-tenant 44
Hình 2. 5: Doanh thu dịch vụ điện toán đám mây theo giai đoạn 45

Hình 2. 6: Dịch vụ điện toán đám mây – thị phần và những nhà cung cấp 46
Hình 2. 7: Kiến trúc cổ điển 52
9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 2. 8: Kiến trúc phân đoạn 53
Hình 2. 9: Kiến trúc sao lặp 55
Hình 2. 10: Kiến trúc phân tán 56
Hình 2. 11: Kiến trúc caching 57
Hình 2. 12: Sơ đồ kiến trúc của ứng dụng trên điện toán đám mây 58
Hình 2. 13: Ứng dụng di động phát triển trên điện toán đám mây 59
Hình 2. 14: Sơ đồ chức năng của nhà cung cấp dịch vụ dựa trên vị trí (LSP) 60
Hình 2. 15: Sơ đồ chức năng của ngƣời dùng 60
Hình 2. 16: Sơ đồ chức năng của nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây 61
Hình 2. 17: Sơ đồ chức năng của đám mây 61
Hình 3. 1: Mô hình hệ thống 70
Hình 3. 2: Biểu đồ ca sử dụng quản trị dữ liệu các địa điểm 72
Hình 3. 3: Biểu đồ ca sử dụng hiển thị bản đồ 72
Hình 3. 4: Biểu đồ ca sử dụng truy vấn địa điểm 73
Hình 3. 5: Biểu đồ triển khai hệ thống 74
Hình 3. 6: Quan hệ giữa các đối tƣợng trong cơ sở dữ liệu 74
Hình 3. 7: Giao diện trên web – Đăng nhập hệ thống 76
Hình 3. 8: Giao diện cập nhật địa điểm mới 76
Hình 3. 9: Tìm các nhà hàng có trong phạm vi 6km, trả kết quả và dẫn đƣờng 77



10

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỞ ĐẦU
Theo số liệu của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), số thuê bao di động trên
thế giới ƣớc khoảng 7 tỷ vào giữa năm 2014, trong đó hơn một nửa số thuê bao hiện
nay là ở châu Á - động lực tăng trƣởng của toàn cầu (nguồn www.mic.gov.vn ). Nếu
nhƣ trƣớc đây, nói tới điện thoại di động, ta thƣờng chỉ nhắc tới 2 dịch vụ chính: gọi
điện và gửi tin nhắn. Nhƣng bây giờ, với đà tăng trƣởng chóng mặt của tỷ lệ thuê bao
di động trên đầu ngƣời tại Việt Nam cũng nhƣ sự gia tăng về nhu cầu dịch vụ, văn
hóa…, điện thoại đã trở thành một phần không thể thiếu cho cuộc sống phục vụ nhu
cầu liên lạc và giải trí của con ngƣời.
Điện thoại di động và Internet đã tạo nên cuộc cách mạng trong lĩnh vực truyền
thông và có tác động lớn đến đời sống xã hội, làm thay đổi lối sống của nhiều ngƣời.
Việc gia tăng về số lƣợng điện thoại di động, điện thoại thông minh, các thiết bị trợ
giúp cá nhân kỹ thuật số (PDA - Personal Digital Assistants) cho phép chúng ta có
thể truy cập Internet bất cứ đâu, ở bất cứ thời điểm nào mong muốn. Từ Internet, ta có
thể nhận đƣợc mọi thông tin mà ta cần (tin tức sự kiện, thông tin mua sắm, dự báo thời
tiết, vị trí các trạm xăng, nhà hàng – khách sạn – bệnh viện, ) dựa trên chính vị trí địa
lý của mình. Các dịch vụ dựa trên vị trí (LBS) ra đời từ đó.
Song song với sự ra đời và phát triển của LBS, sự lớn mạnh của điện toán đám
mây trong thời gian qua đã mang lại nhiều cơ hội mới cho LBS và đƣa LBS vào kỷ
nguyên mới. Các nhà cung cấp dịch vụ LBS sẽ trở thành khách hàng của các nhà cung
cấp dịch vụ điện toán đám mây. Thay vì cần một hệ thống tài nguyên và nhân sự cồng
kềnh để vận hành, nhà cung cấp dịch vụ LBS sẽ sở hữu một hệ thống 4 không: không
cần máy chủ, không cần bảo trì, không sợ rủi ro, không có bản quyền – nghĩa là họ chỉ
phải trả tiền cho những gì họ sử dụng. Trong LBS tích hợp điện toán đám mây, các
thông tin về vị trí đƣợc sinh ra từ mỗi thiết bị di động của ngƣời dùng nhƣng lại đƣợc
tích hợp lên trên các đám mây. Ngƣời dùng có thể có thể chia sẻ các thông tin của
mình cho ngƣời khác thông qua điện toán đám mây. Hơn nữa, các nhà cung cấp LBS
có thể khai thác tri thức từ các tập dữ liệu này của vô số ngƣời dùng và các server tốt

hơn khác dƣới dạng sử dụng tri thức. Nói tóm lại, tƣơng lai của LBS là trên điện toán
đám mây.
11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Ở Việt Nam hiện nay, việc xây dựng dịch vụ trên nền tảng Điện toán đám mây
còn là một lĩnh vực mới đang đƣợc nghiên cứu và ứng dụng.
Những nội dung nghiên cứu chính
Trong khuôn khổ đề tài đƣợc giao, 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:
Chƣơng 1: Tổng quan về LBS và điện toán đám mây
Chương này giới thiệu chung về dịch vụ dựa trên vị trí (LBS) và
những ứng dụng của dịch vụ LBS trong thực tiễn.
Ngoài ra, chương nàygiới thiệu một cái nhìn tổng quan nhất về Điện
toán đám mây, về lợi ích và hạn chế khi áp dụng Điện toán đám mây
trong thực tiễn.
Chƣơng 2: Kiến trúc tích hợp điện toán đám mây và LBS
Tổng quan nhất về các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây và
công nghệ Google App Engine của Google.
Trình bày kiến trúc tích hợp điện toán đám mây của Google và LBS
cũng như lợi ích của hệ thống này đối với xã hội.
Chƣơng 3: Cài đặt chƣơng trình thử nghiệm trên nền tảng Google App
Engine
Giới thiệu công nghệ của Google với tập dữ liệu thử nghiệm tại Thái
Nguyên.
Phát triển dịch vụ dựa trên vị trí trên nền tảng điện toán đám mây
trong việc tìm kiếm các trạm xăng, cây ATM, siêu thị xung quanh
một vị trí trên bản đồ.

12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LBS VÀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY
- Chương này đưa ra một cái nhìn tổng quan nhất về
Điện toán đám mây, về lợi ích và hạn chế khi áp dụng
Điện toán đám mây trong thực tiễn.
- Ngoài ra, nội dung chương này giới thiệu chung về
dịch vụ dựa trên vị trí (Location Based Services –
LBS) và những ứng dụng của dịch vụ này trong thực
tiễn.
1.1. Giới thiệu chung về LBS
Dịch vụ LBS viết tắt của Location-based Services (dịch vụ dựa trên vị trí địa lý) 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 [10].
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).

Hình 1. 1: Các hệ thống thông tin tích hợp
Hình 1.1 cho thấy các loại hệ thống thông tin tích hợp đƣợc hình thành nhƣ sau:
- Hệ thống WebGIS đƣợc hình thành từ việc tích hợp Internet và GIS/CSDL
không gian.
13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- 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.
Bảng dƣới đây mô tả một số hành động của ngƣời sử dụng điện thoại di động với
những câu hỏi họ cố gắng để trả lời, và các thao tác cơ bản về địa lý đƣợc sử dụng.
Minh họa
Hoạt động của ngƣời dùng
Câu hỏi liên quan

Định hƣớng và định vị trong
khu vực
Tôi đang ở đâu?
Ngƣời này/cái kia đang ở đâu?

Điều hƣớng trong một khu
vực, lập tuyến đƣờng
Làm thế nào để tôi đến đƣợc nơi đó?

Tìm kiếm ngƣời, vật thể hoặc
đối tƣợng
Đâu là ngƣời/vật/đối tƣợng thích hợp
gần tôi nhất?

Xác nhận cá nhân hoặc đối
tƣợng

Ai/vật gì/Số lƣợng đang ở đây/ở đó?

Kiểm tra các sự kiện, xác định
trạng thái của các đối tƣợng
Cái gì diễn ra ở đây/ở đó?

Bảng 1. 1: Các hoạt động của người dùng dịch vụ LBS
Các ứng dụng dịch vụ LBS đƣợc chia thành một số nhóm chính nhƣ sau:
14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- 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 bao gồm các dịch vụ cho phép gửi các thẻ
ƣu đãi, khuyến mại tới ngƣời mua hàng…
1.2. Các thành phần cơ bản của LBS
Theo [9], LBS bao gồm các thành phần chính sau (thể hiện trên hình 1.2):
- Các thiết bị di động (Mobile Devices)
- Thiết bị định vị (Positioning)
- Mạng truyền tin (Communication Network)

- Nhà cung cấp ứng dụng và dịch vụ (Service and Content Provider)
- Nhà cung cấp dữ liệu và nội dung/CSDL không gian (Geodatabase)
Các thành phần của hệ thống dịch vụ LBS đƣợc mô tả nhƣ sau:

Hình 1. 2: Các thành phần cơ bản của LBS
15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Các thiết bị di động (Mobile Devices)
Là các công cụ để ngƣời dùng yêu cầu và truy cập các thông tin mong muốn. Kết
quả trả về có thể là lời nói, tranh ảnh hay văn bản Các thiết bị có thể là điện thoại di
động, thiết bị hỗ trợ cá nhân kỹ thuật số (PDA), máy tính xách tay, thậm chí là thiết bị
dẫn đƣờng trên ô tô
Mạng truyền thông (Communication Network)
Thành phần thứ hai là mạng truyền thông với vai trò truyền các dữ liệu ngƣời
dùng, các yêu cầu dịch vụ từ các thiết bị di động đầu cuối đến các nhà cung cấp dịch
vụ và sau đó tải các thông tin về phía ngƣời dùng.
Hệ thống định vị (Positioning)
Để dịch vụ có thể hoạt động đƣợc, cần thiết phải xác định đƣợc vị trí của ngƣời
dùng. Vị trí của ngƣời có thể đƣợc xác định bằng thiết bị định vị toàn cầu (GPS) hay
thông qua mạng truyền thông. Thậm chí còn có thể xác định nhờ vào các dấu hiệu hoạt
động, các tín hiệu sóng radio. Nếu vị trí không thể xác định một cách tự động thông
qua mạng hay các thiết bị định vị thì ngƣời sử dụng có thể cập nhật bằng tay và tự
cung cấp cho hệ thống.
Các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng (Service and Content Provider)
Các nhà cung cấp dịch có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau cho ngƣời dùng và
có trách nhiệm xử lý các yêu cầu dịch vụ của ngƣời dùng. Các dịch vụ cung cấp có thể
là tính toán vị trí, tìm đƣờng đi, tìm các trang vàng (yellow pages) theo các khía cạnh
về vị trí hoặc tìm kiếm các thông tin xác định của các đối tƣợng mà ngƣời dùng quan

tâm
Nhà cung cấp dữ liệu và nội dung/CSDL không gian (Geodatabase)
Nhà cung cấp dịch vụ thƣờng không lƣu trữ và bảo quản các thông tin mà ngƣời
dùng quan tâm. Các dữ liệu và nội dung liên quan nhƣ trang vàng, bản đồ, dữ liệu về
giao thông đều đƣợc lƣu trữ tại các công ty, các cơ quan có thẩm quyền cung cấp và
chịu trách nhiệm về nội dung cung cấp các thông tin đó.
16

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.3. Các kiểu dịch vụ LBS
Có hai kiểu dịch vụ là Push (đẩy) và Pull (kéo) đƣợc phân biệt dựa vào đặc điểm
là thông tin đƣợc cung cấp có tƣơng tác với ngƣời dùng hay không [9][6]:
Dịch vụ kiểu Pull: Cung cấp thông tin theo các yêu cầu trực tiếp của ngƣời dùng.
Kiểu dịch vụ này tƣơng tự nhƣ khi ngƣời dùng duyệt một trang web trên Internet bằng
cách gõ địa chỉ trang web vào thanh địa chỉ của trình duyệt và yêu cầu mở. Hơn nữa,
các dịch vụ kiểu Pull có thể chia thành các dịch vụ chức năng (functional services)
kiểu nhƣ gọi xe taxi hay xe cứu thƣơng chỉ bằng một động tác nhấn nút trên thiết bị và
các dịch vụ thông tin (Information services) giống nhƣ việc tìm kiếm một nhà hàng,
hay trạm xăng gần nhất vậy.
Dịch vụ kiểu Push: Cung cấp thông tin theo yêu cầu trực tiếp hoặc không trực tiếp
của ngƣời dùng. Dịch vụ hoạt động theo các sự kiện. Các sự kiện có thể xuất hiện khi
đi vào một vùng xác định hay theo thời gian. Ví dụ nhƣ các thông tin quảng cáo tự
động đƣợc gửi đến cho ngƣời dùng khi họ đi vào khu phố buôn bán, có nhiều nhà
hàng, siêu thị hay thông tin cảnh báo về thời tiết khi có sự thay đổi.
1.4. Cách thức xử lý các yêu cầu của LBS
Mục 1.2 đã giới thiệu các thành phần của LBS bao gồm: các thiết bị di động, mạng
truyền thông, Internet, hệ thống định vị, các nhà cung cấp dịch vụ và nội dung. Vậy
các thành phần này có mối quan hệ và tƣơng tác với nhau thế nào để hệ thống dịch vụ
LBS hoạt động nhịp nhàng?

Giả sử ngƣời dùng khai thác dịch vụ LBS để tìm kiếm một cửa hàng ăn nhanh, các
thông tin về việc yêu cầu sẽ đƣợc thể hiện phía dƣới. Thông tin mà ngƣời dùng cần là
đƣờng đi từ vị trí yêu cầu hiện tại đến cửa hàng ăn nhanh gần nhất. Khi đó ngƣời dùng
có thể sử dụng thiết bị di động mà họ có (ví dụ nhƣ một Smart Phone hay một PDA),
khởi động chức năng cần thiết để gửi yêu cầu, ví dụ: Tìm kiếm => Cửa hàng ăn =>
kiểu tìm kiếm: đƣờng đi ngắn nhất. Luồng thông tin yêu cầu của ngƣời dùng cũng nhƣ
các trả lời đƣợc thể hiện trên hình 1.3:

17

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Hình 1. 3: Luồng thông tin trao đổi giữa các thành phần của LBS
Sau khi chức năng đƣợc kích hoạt, vị trí của thiết bị di động (cũng chính là vị trí
của ngƣời dùng) đƣợc xác định và cung cấp bởi dịch vụ định vị. Vị trí này có thể đƣợc
xác định nhờ vào dịch vụ GPS hoặc một dịch vụ định vị bởi mạng truyền thông. Tiếp
theo đó, thiết bị di động của ngƣời dùng sẽ gửi các thông tin yêu cầu bao gồm đối
tƣợng cần tìm kiếm và vị trí hiện tại thông qua một mạng truyền thông đƣợc gọi
gateway.
Gateway có nhiệm vụ truyền tải các thông điệp giữa mạng truyền thông di động và
Internet. Các thông điệp có thể đƣợc truyền tải thông qua một vài máy chủ ứng dụng
để đến một máy chủ xác định đồng thời lƣu giữ lại các thông tin về yêu cầu và vị trí
của ngƣời dùng.
Máy chủ ứng dụng sẽ đọc yêu cầu và kích hoạt dịch vụ phù hợp để đáp ứng yêu
cầu (trong ví dụ này, một dịch vụ tìm kiếm không gian sẽ đƣợc kích hoạt).
Tiếp theo, dịch vụ tìm kiếm sẽ phân tích thông điệp thêm lần nữa và quyết định
thông tin gì cần đƣợc bổ sung vào điều kiện tìm kiếm và vị trí của ngƣời gửi yêu cầu.
Trong tình huống này, dịch vụ sẽ tìm kiếm các thông tin cần thiết về nhà hàng từ các
trang vàng của một khu vực cụ thể và yêu cầu nhà cung cấp dữ liệu về các thông tin

cần thiết.
18

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Tiếp theo dịch vụ sẽ tìm các tuyến đƣờng dẫn đến nhà hàng cần tìm thỏa mãn yêu
cầu tìm kiếm và đánh dấu lại.
Sau khi đã có đƣợc các thông tin cần thiết, dịch vụ sẽ hoạt động trên bộ đệm
không gian để tìm đƣờng đi đến các nhà hàng. Sau khi tính toán và liệt kê ra đƣợc
danh sách các nhà hàng gần nhất, dịch vụ sẽ gửi lại cho ngƣời dùng kết quả thông qua
mạng Internet, gateway, qua mạng thông tin di động đến với thiết bị di động của ngƣời
dùng.
Kết quả tìm kiếm có thể đƣợc gửi về cho ngƣời dùng dƣới dạng văn bản (một danh
sách các nhà hàng đƣợc sắp xếp theo thứ tự khoảng cách) hoặc vẽ trên bản đồ. Ngƣời
dùng có thể yêu cầu thêm các thông tin chi tiết về nhà hàng họ quan tâm (sẽ làm kích
hoạt các dịch vụ khác). Cuối cùng họ chọn một nhà hàng cụ thể và tiếp tục yêu cầu chỉ
đƣờng đi đến nhà hàng.
1.5. Hệ thống định vị
1.5.1. Giới thiệu chung
Hệ thống định vị có vai trò rất lớn trong việc triển khai các dịch vụ LBS. Hệ thống
này cung cấp dịch vụ xác định vị trí của thiết bị di động và cung cấp cho các thiết bị
này thông tin về vị trí của chúng để các thiết bị gửi kèm theo các yêu cầu dịch vụ LBS
đến các nhà cung cấp dịch vụ LBS.
Ngoại trừ trƣờng hợp ngƣời dùng nhập trực tiếp tọa độ (vị trí), phƣơng pháp xác
định vị trí có thể đƣợc chia thành hai nhóm [9]:
Định vị dựa trên mạng (network-based positioning)
Nhóm này bao gồm hai phƣơng pháp định vị là Cell Global Identity (CGI) và
Time of Arrival (TOA).
Trong nhóm này, việc xác định vị trí của các thiết bị di động hay ngƣời dùng đƣợc
thực hiện nhờ vào các trạm cơ sở của mạng. Trong khi hoạt động, các thiết bị di động

thƣờng gửi tín hiệu liên lạc với các trạm cơ sở của mạng, mỗi trạm cơ sở chỉ kiểm soát
trong một phạm vi giới hạn nên chỉ có một số trạm là có thể thu đƣợc tín hiệu gửi từ
thiết bị di động, do vậy dựa vào tín thiệu thu nhận đƣợc từ các trạm cơ sở này mà xác
định đƣợc thiết bị di động đang ở khu vực nào (thể hiện nhƣ ở hình 1.4).
19

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Hình 1. 4: Định vị dựa trên mạng truyền thông
Định vị dựa trên thiết bị đầu cuối (terminal-based positioning) với ba phƣơng
pháp:
Global Positioning System (GPS)
Assisted Global Positioning System (A-GPS)
Enhanced Observed Time Distance (E-OTD)
Trong nhóm này, vị trí của thiết bị đƣợc tính toán bởi chính các thiết bị dựa trên
các tín hiệu thu đƣợc từ các trạm cơ sở (hình 1.5).Một đại diện trong nhóm này là hệ
thống định vị toàn cầu GPS. Trong hệ thống này, các trạm cơ sở chính là các vệ tinh
GPS.

20

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 1. 5: Định vị dựa trên thiết bị đầu cuối
1.5.2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS
Hệ thống định vị toàn cầu (tiếng Anh gọi là Global Positioning System - GPS) là
hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của mạng lƣới các vệ tinh nhân tạo đƣợc đƣa lên
trên quỹ đạo không gian. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác
định đƣợc khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính đƣợc tọa độ của vị trí đó.

GPS là một trong những 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. Ngoài việc phục vụ các mục
đích cá nhân, 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 đƣợc thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Mỹ, nhƣng chính phủ Mỹ cho
phép mọi ngƣời trên thế giới sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch nào. Các nƣớc
trong Liên minh châu Âu đã xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có tính năng giống
nhƣ GPS của Mỹ, bắt đầu hoạt động năm 2013.

Hình 1. 6: Các phần của hệ thống GPS
Phần không gian: GPS là một hệ thống gồm 27 vệ tinh (kể cả 3 vệ tinh dự phòng)
chuyển động trên các quỹ đạo xung 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
21

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

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 4 vệ tinh [3].


Hình 1. 7: Quỹ đạo các vệ tinh của hệ thống GPS
Phần kiểm soát: Mục đích của phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hƣớng theo
quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác. Có tất cả 5 trạm kiểm soát đƣợc đặt rải rác
trên trái đất. Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là
trung tâm. Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin
này đến trạm kiểm soát trung tâm. Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu
cho đúng và kết hợp với hai anten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh .
Phần sử dụng: là các thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và ngƣời sử dụng thiết bị
này.

1.5.3. Các loại thiết bị có tính năng định vị ứng dụng trong LBS
Đối tƣợng sử dụng LBS có thể là ngƣời hoặc máy móc. Phụ thuộc vào kỹ năng của
ngƣời sử dụng thiết bị di động, khả năng lƣu trữ của thiết bị và mục đích sử dụng, có
thể chia các thiết bị có tính năng định vị ứng dụng trong LBS thành 02 loại chính là:
đơn mục đích và đa mục đích.
22

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Thiết bị đơn mục đích: Thực hiện nhiệm vụ cơ bản của dịch vụ LBS. Ví dụ:
hộp dẫn đƣờng cho ô tô, hộp công cụ hoặc thiết bị khẩn cấp cho ngƣời già hoặc ngƣời
tàn tật… Hình 1.8 dƣới đây mô tả thiết bị dẫn đƣờng cho ô tô:

Hình 1. 8: Thiết bị dẫn đường dành cho ô tô
- Thiết bị đa mục đích: Thực hiện nhiều dịch vụ tiện tích dựa trên dịch vụ LBS.
Thiết bị này có thể là điện thoại thông minh, máy hỗ trợ cá nhân dùng kỹ thuật số
PDA, máy tính xách tay… Dƣới đây là hình minh họa cho thiết bị smartphone, một
trong những thiết bị di động phổ thông nhất hiện nay.

Hình 1. 9: Thiết bị điện thoại thông minh (Smartphone)
1.5.4. Khác biệt giữa các hệ thống định vị đƣợc ứng dụng trong LBS
với các hệ thống tƣơng tự
Ngoài các kỹ thuật định vị đã dùng cho LBS, còn có một số kỹ thuật tƣơng tự khác
cũng nhằm mục đích định vị, nhƣng chúng lại thƣờng không đƣợc sử dụng để cung
23

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

cấp LBS. Tuy không phải là phƣơng thức định vị chính nhƣng các hệ thống này có thể
bổ trợ cho GPS, chẳng hạn nhƣ để xác định ngƣời dùng đang ở phòng nào bên trong

tòa nhà, nơi mà tín hiệu GPS có thể rất yếu.
Hệ thống định vị thời gian thực (real time locating system)
Định vị thời gian thực là tập hợp một số công nghệ cũng có chức năng xác định vị
trí của một vật hoặc ngƣời dùng, tuy nhiên định vị thời gian thực thƣờng:
Gồm một hệ thống thu/phát chủ động (và tín hiệu thu đƣợc thƣờng đƣợc tập
trung lại để xử lý), trong khi đối tƣợng cần xác định chỉ trả lời hoặc biến đổi các tín
hiệu một cách thụ động (khi hệ thống phát yêu cầu).
Việc xử lý thƣờng đƣợc hệ thống thu/phát đảm nhận; các vật cần đƣợc định vị
thƣờng không có năng lực xử lý. Do đó các vật có khả năng đƣợc định vị thƣờng có
giá khá rẻ và cấu tạo đơn giản nhƣ nhãn hoặc thẻ và đƣợc gắn vào các vật khác để định
vị chúng.
Tầm hoạt động thƣờng nhỏ và mang tính cục bộ (trong phạm vi một cửa hàng,
thƣ viện, bệnh viện, v.v…)
Có tính chất đúng nhƣ tên gọi, đặt nặng tốc độ hơn độ chính xác.
Hệ thống định hướng và theo dõi
Các hệ thống định hƣớng và theo dõi (navigation & tracking) thƣờng đƣợc dùng
để xác định vị trí của các đối tƣợng trong môi trƣờng xung quanh, nhƣng các hệ thống
này lại thƣờng không đòi hỏi các hệ thống thu/phát riêng biệt.
Có thể nói hệ thống tiêu biểu nhất loại này là radar. Radar là thiết bị phát sóng và
nhận lại tín hiệu phản hồi. Sóng radar khi gặp phải các vật thể khác thì dội lại, từ thời
gian đi và về của sóng, radar có khả năng xác định vật đích cách trạm thu phát bao
nhiêu.
24

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Hình 1. 10: Sơ đồ hệ thống định vị bằng Radar.
Vật cần định vị không nhận được vị trí của mình.
Chỉ có hệ thống thu/phát biết đƣợc vị trí của các vật thể xung quanh, các vật thể

không biết đƣợc sóng tới xuất phát từ khoảng cách bao nhiêu nên khó định vị đƣợc
nguồn phát. Do đó các hệ thống này thƣờng dùng với mục đích định hƣớng: xác định
các chƣớng ngại vật để né tránh (ở tầm xa hoặc trong điều kiện mắt thƣờng không thể
nhìn thấy đƣợc nhƣ sƣơng mù) hoặc theo dõi đƣờng đi của các vật thể trong một vùng
xác định.
1.6. Công nghệ truyền tải dữ liệu
Công nghệ truyền tải dữ liệu giúp các hệ thống LBS truyền tải thông tin cần xử lý
cũng nhƣ đã xử lý đến thiết bị của ngƣời dùng. Vì khả năng sử dụng LBS tồn tại trên
khá nhiều thiết bị khác nhau nên cũng có nhiều công nghệ truyền tải phù hợp ra đời.
1.6.1. WAP/ GPRS/ EDGE
WAP (Wireless Application Protocol)
WAP là một bộ giao thức đƣợc phát triển cho các ứng dụng di động. Từ khi WAP
bắt đầu phổ biến vào năm 1999, các nhà cung cấp dịch vụ đã bắt đầu cung cấp khả
năng truy cập nội dung số trên thiết bị di động, đi kèm với đó là các dịch vụ tiện ích
nhƣ Internet, email, nhạc chuông. WAP có thể đƣợc dùng để đƣa nội dung đến với