Kiến trúc hệ thống tích hợp media và dịch vụ LBS luận văn ths công nghệ thông tin 60 48 01 04 pdf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐỖ THỊ HUYỀN

KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP MEDIA VÀ DỊCH VỤ LBS

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐỖ THỊ HUYỀN

KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP MEDIA VÀ DỊCH VỤ LBS

Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 60480104

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đặng Văn Đức

Hà Nội - 2015


i

LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sĩ này được thực hiện tại Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia
Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Đặng Văn Đức. Xin được gửi lời cảm ơn sâu
sắc đến thầy về định hướng khoa học, liên tục quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi trong
suốt quá trình nghiên cứu hoàn thành luận văn này. Tôi xin được gửi lời cảm ơn đến
các Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn Hệ thống thông tin cũng như các Thầy giáo, Cô
giáo trong Khoa Công nghệ thông tin đã mang lại cho tôi những kiến thức vô cùng quý
giá và bổ ích trong quá trình theo học tại trường.
Tôi cũng xin trân thành cảm ơn đến gia đình tôi, những sự quan tâm và động viên
của gia đình đã giúp tôi có thêm nghị lực, cố gắng để hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các bạn cùng học K19, các bạn
đồng nghiệp, các bạn trong nhóm nghiên cứu đã giúp đỡ tôi trong suốt 2 năm học tập.
Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2015
Học viên

Đỗ Thị Huyền


ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Kiến trúc hệ thống tích hợp Media và dịch vụ LBS”
là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Đặng Văn
Đức, trung thực và không sao chép của tác giả khác. Trong toàn bộ nội dung nghiên
cứu của luận văn, các vấn đề được trình bày đều là những tìm hiểu và nghiên cứu của
chính cá nhân tôi hoặc là được trích dẫn từ các nguồn tài liệu có ghi tham khảo rõ
ràng, hợp pháp.
Tôi xin chịu mọi trách nhiệm và mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam
đoan này.
Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2015
Học viên

Đỗ Thị Huyền


ii
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ ii
DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN ............................................... iv
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................... vi
PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1
Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................... 3
1.1. Kiến trúc tổng thể LBS .................................................................................. 3
1.1.1. Giới thiệu về dịch vụ dựa trên vị trí (LBS)........................................... 3
1.1.2. Các thành phần cơ bản của LBS ........................................................... 4
1.1.3. Mô hình hoạt động của hệ thống LBS .................................................. 6
1.1.4. Các ứng dụng phổ biến của dịch vụ LBS ............................................. 7
1.2. Hệ thống định vị toàn cầu .............................................................................. 9
1.2.1. Giới thiệu về các hệ thống định vị sử dụng vệ tinh .............................. 9
1.2.2. Cấu trúc hệ thống GPS........................................................................ 10
1.2.3 Ứng dụng của hệ thống GPS................................................................ 11
1.3. Công nghệ định vị ........................................................................................ 12
1.3.1. Kỹ thuật định danh tế bào (Cell identification) .................................. 12
1.3.2. Định vị bằng vệ tinh: hệ thống định vị toàn cầu (GPS) ...................... 14
1.4. Các công nghệ truyền tin.............................................................................. 16
1.4.1. WAP / GPRS / EDGE / 3G ................................................................. 16
1.4.2. Bluetooth / Wifi / WiMax ................................................................... 18
1.4.3. Truyền thông vệ tinh ........................................................................... 18

1.5. Hệ thống thông tin địa lý (GIS).................................................................... 19
1.5.1. Giới thiệu về GIS ................................................................................ 19
1.5.2. Thành phần và chức năng của GIS ..................................................... 19
1.5.3. Mô hình dữ liệu địa lý......................................................................... 23
1.5.4. Trình diễn thông tin địa lý. ................................................................. 24
1.6. Kết chương ................................................................................................... 24
Chương 2. KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP MEDIA - LBS .............. 25
2.1. Giới thiệu về MEDIA - LBS ........................................................................ 25


iii
2.2. Cơ sở hạ tầng ................................................................................................ 27
2.3. Công nghệ điện toán đám mây ..................................................................... 28
2.3.1. Giới thiệu về điện toán đám mây ........................................................ 28
2.3.2. Những tính chất cơ bản của điện toán đám mây................................. 30
2.3.3. Ưu và nhược điểm của điện toán đám mây ........................................ 31
2.3.4. Dịch vụ điện toán đám mây Google App Engine ............................... 33
2.3.4. Mô hình công nghệ cho việc lưu trữ dữ liệu đa phương tiện trên đám
mây ................................................................................................................ 36
2.4. Ngôn ngữ lập trình Java và một số công nghệ phụ trợ ................................ 40
Chương 3: PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM MEDIA - LBS .... 42
3.1. Mô hình hệ thống thử nghiệm Media - LBS ................................................ 42
3.2. Phân tích thiết kế hệ thống quản lý dữ liệu đa phương tiện trên đám mây.. 44
3.2.1. Các biểu đồ ca sử dụng của hệ thống.................................................. 45
3.2.2. Đặc tả chi tiết một số ca sử dụng chính .............................................. 48
3.3. Phân tích và thiết kế phần mềm Media-LBS trên điện thoại thông minh .... 51
3.3.1. Phân tích phần mềm Media-LBS trên điện thoại thông minh ............ 51
3.3.2. Thiết kế phần mềm Media-LBS trên điện thoại thông minh .............. 53
3.4. Xây dựng hệ thống thử nghiệm .................................................................... 59
3.4.1. Giới thiệu hệ thống thử nghiệm. ......................................................... 59

3.4.2. Kết quả thử nghiệm ............................................................................. 60
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 65


iv
DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
Hình 1.1: LBS là sự kết hợp của nhiều công nghệ................................................ 3
Hình 1.2: Các thành phần cơ bản của LBS ........................................................... 5
Hình 1.3: Trao đổi thông tin giữa các thành phần trong hệ thống LBS ................ 6
Hình 1.4. Ứng dụng địa điểm nhà hàng ................................................................ 7
Hình 1.5: Mô tả hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS [11]. ....................... 10
Hình 1.6: Các thành phần của hệ thống GPS. ..................................................... 10
Hình 1.7: Mạng lưới trạm giám sát và điều khiển trung tâm của hệ thống GPS.11
Hình 1.8: Định vị sử dụng BTS (Cell ID) ........................................................... 13
Hình 1.9: Định vị sử dụng 3 Cell ID gần nhất .................................................... 13
Hình 1.10: Mô hình của hệ thống GPS ............................................................... 14
Hình 1.11: Cách xác định vị trí trong không gian 2D ......................................... 14
Hình 1.12: Cách xác định vị trí trong không gian 3D ......................................... 15
Hình 1.13: Cách xác định vị trí khi có 4 vệ tinh ................................................. 15
Hình 1.14: Hệ thống A - GPS ............................................................................ 16
Hình 1.15: Các nhóm chức năng trong GIS ........................................................ 22
Hình 1.16: Mô hình raster và vector biểu diễn Thế giới thực ............................. 23
Hình 2.1: Mô hình tổng quát Media LBS ........................................................... 25
Hình 2.2: Ứng dụng King's Cross Streetstories [12]........................................... 26
Hình 2.3: Cơ sở hạ tầng Media LBS ................................................................... 27
Hình 2.4: Đặc điểm của điện toán đám mây và các nhóm mô hình phân loại.... 30
Hình 2.5. Hiện tượng thắt cổ chai trong ứng dụng Google App Engine khi có
nhiều truy cập đến tại cùng thời điểm ................................................................. 33
Hình 3.1: Mô hình hệ thống Media LBS ............................................................ 42

Hình 3.2: Mô hình thử nghiệm hệ thống Media LBS ......................................... 59
Hình 3.3: Giao diện khởi động chương trình chạy trên di động mediatour ........ 62
Hình 3.4: Danh sách các địa điểm thăm quan sau khi nhấn nút “Bắt đầu” ........ 63
Hình 3.5: Giao diện khi người sử dụng lựa chọn video tương ứng với địa điểm
cần thăm quan...................................................................................................... 63


v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Bảng theo dõi hoạt động ứng dụng của GAEError! Bookmark not
defined.
Bảng 2.2: Bảng mô tả giới hạn sử dụng của một ứng dụng GAE miễn phí ....... 35
Bảng 2.3: Bảng mô tả free quota của một ứng dụng GAE miễn phí .................. 36
Bảng 3.1: Bảng dữ liệu thử nghiệm .................................................................... 61


vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT

TỪ VIẾT

TÊN TIẾNG ANH

TẮT

1.

2G

Second Generation Technology

2.

3G

Third Generation Technology

3.

A-GPS

Assisted - Global Positioning System

4.

AP

Access Point

5.

API

Application Program Interface

6.

BTS

Base Transceiver Station

7.

CA

Coarse Acquisition

8.

DCT

Discrete Cosine Transform

9.

DGPS

Differential Global Positioning System

10.

EDGE

Enhanced Data rates for GSM Evolution

11.

EU

European Union

12.

FAA

Federal Aviation Administration

13.

FIFO

First In First Out

14.

GAE

Google App Engine

15.

GIS

Geographic Information Systems

16.

GLONASS

GLObal NAvigation Satellite System

17.

GNSS

Global Navigation Satellite System

18.

GPRS

Stands for General Packet Radio Service

19.

GPS

Global Positioning System

20.

GSM

Global System for Mobile

21.

IaaS

Infrastructure as a Service

22.

IP

Internet Protocol

23.

JSON

JavaScript Object Notation

24.

JSP

Java Scripting Preprocessor

25.

LAAS

Local Area Augmentation Systems

26.

LBS

Location Based Services

27.

Media LBS

Media Location Based Services


vii
28.

MCS

Master Control Station

29.

MMS

30.

MS

Monitor Station

31.

OS

Operating system

32.

PaaS

Platform as a Service

33.

PPP

Point to Point Protocol

34.

PPS

Precise Positioning Service

35.

QZSS

Quasi-Zenith System

36.

RFID

Radio-frequency identification

37.

RPC

Remote Procedure Call

38.

RSS

Relative Signal Strength

39.

RTLS

Real-Time Locating Systems

40.

Saas

Software as a Service

41.

SDK

Software Development Kit

42.

SMS

Short Message Services

43.

SPS

Standard Positioning Service

44.

SQL

Structured Query Language

45.

TDMA

Time division multiple access

46.

TDOA

Time Difference Of Arrival

47.

UMTS

Universal Mobile Telecommunications System

48.

WAAS

Wide Area Augmentation System

49.

WAP

Wireless Application Protocol

50.

WiMax

Worldwide Interoperability for Microwave Access

51.

WLAN

Wireless Local Area Network


1
PHẦN MỞ ĐẦU
“Locative Media” hay “Location-based media” (LBM) là phương tiện truyền
thông hoạt động trên cơ sở vị trí địa lý. Nói cách khác, LBM cung cấp thông tin đa
phương tiện trực tiếp đến người sử dụng các thiết bị di động phụ thuộc vào vị trí địa lý
của họ.
LBM được xem như một tiếp cận thiết kế hệ thống Location - Based Service
(LBS) với khả năng cung cấp dữ liệu đa phương tiện cho người sử dụng. Kiến trúc hệ
thống Media - LBS là một hệ thống truyền thông dựa trên vị trí. Do vậy với sự phát
triển công nghệ như hiện nay thì hệ thống Media - LBS trở nên gần gũi, nó giải quyết
các vấn đề về xã hội đang cần như việc định vị, theo dõi, dự báo thời tiết, dịch vụ khẩn
cấp, hay truyền thông đa phương tiện…Chúng ta có thể thấy việc phát triển công nghệ
của một số hãng như Google, Microsoft, Samsung, IPhone,… đã góp phần làm nên kỷ
nguyên về công nghệ như ngày nay. Chỉ cách đây vài thập kỷ việc mang một chiếc
máy tính theo bên mình còn là chuyện không tưởng 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 đường đi chỉ với một chiếc điện
thoại di động.
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 thì khả năng đó mới bắt đầu được tích hợp vào
các thiết bị dành cho người dùng phổ thông, cung cấp nền tảng cho các dịch vụ dựa
trên vị trí (Location Based Services - LBS) có thể hoạt động.
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 đường nhưng sau một vài
năm nhu cầu đã tăng lên nhanh chóng, người dùng đòi hỏi nhiều những ứng dụng tiện
lợi cho mình hơn như dịch vụ hỗ trợ tìm kiếm những đối tượng thực tế dựa trên vị trí
được số hóa như nhà hàng, khách sạn, bệnh viện, bến xe, trường học, tin tức thể

thao…cho đến việc đòi hỏi một ứng dụng hỗ trợ truyền thông tổng hợp dựa trên vị trí
như Media LBS.
Nói một cách ngắn gọn, Media LBS là một dịch vụ cung cấp nội dung thông tin
đa phương tiện dựa trên vị trí hiện tại của người dùng mà không cần sự tương tác của
người dùng.
Hướng nghiên cứu này đã được các nhà khoa học và các công ty công nghệ lớn
chú ý trong một vài năm gần đây. Còn ở trong hệ thống tích hợp dịch vụ Media - LBS
còn mới mẻ, chưa có một mô hình ứng dụng đề xuất theo phương hướng này.


2
Trong phạm vi đề tài tác giả trình bày về mô hình dịch vụ theo vị trí (LBS) ở mức
truyền thống, sau đó trình bày về kiến trúc Media - LBS. Phân tích thiết kế hệ thống
Media - LBS. Xây dựng mô đun phần mềm trên điện thoại thông minh và thử nghiệm
toàn bộ hệ thống Media - LBS. Phạm vi khu vực ứng dụng sẽ thực hiện là Các Trường
Đại học, Các Khoa, Trung tâm trực thuộc Đại Học Quốc Gia Hà Nội; Các Khoa thuộc
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Người tham quan có thể nhận được các dữ liệu đa
phương tiện chứa thông tin giới thiệu về các các địa điểm trên tại nơi mà họ đang đứng
một cách tự động thông qua ứng dụng Media - LBS.
Những nội dung nghiên cứu chính
Luận văn được trình bày trong 3 chương, có phần mở đầu, phần kết luận, phần
mục lục, tài liệu tham khảo. Các nội dung cơ bản của luận văn được trình bày theo cấu
trúc như sau:
Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trình bày Kiến trúc tổng thể hệ thống dịch vụ LBS, Hệ thống định vị toàn cầu
(GPS); Công nghệ định vị; Các công nghệ truyền tin, Hệ thống thông tin địa lý (GIS).
Chương 2: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP MEDIA - LBS
Giới thiệu về hệ thống Media - LBs, cơ sở hạ tầng của hệ thống, Công nghệ điện
toán đám mây, Ngôn ngữ lập trình java và một số công nghệ phụ trợ.
Chương 3: PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM MEDIA - LBS

Tác giả đi vào trình bày Mô hình hệ thống thử nghiệm, Phân tích thiết kế hệ
thống quản lý dữ liệu đa phương tiện trên đám mây, phân tích thiết kế phần mềm
Media - LBS trên điện thoại thông minh. Cuối cùng xây dựng thử nghiệm hệ thống
Media – LBS trên điện thoại thông minh.


3
Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Ngày nay, tại Việt Nam cũng như trên thế giới thị trường thiết bị di động thông
minh đang phát triển rất mạnh. Các nhà sản xuất thiết bị viễn thông càng ngày càng
cho ra mắt những sản phẩm vượt trội hơn với những tính năng độc đáo. Thêm vào đó,
với việc các dịch vụ mạng không dây như wifi, wimax, 3G đã được phủ sóng rộng khắp
với chất lượng tương đối đảm bảo, thì các ứng dụng trên thiết bị di động cũng trở nên
vô cùng phong phú. Một trong những ứng dụng được sử dụng nhiều trên các thiết bị
này là ứng dụng dựa trên vị trí (LBS-Location Based Service. Ứng dụng hoạt động
nhờ vào dữ liệu bản đồ và tính năng định vị toàn cầu GPS được tích hợp sẵn trên các
thiết bị này. Ứng dụng này giúp người dùng có thể tìm đường, tìm các điểm tiện ích
như cây xăng, bệnh viện, trường học, … xung quanh vị trí mình đang đứng. Như vậy
để tìm hiểu và nghiên cứu hoạt động của hệ thống LBS trước tiên tác giả trình bày về
kiến trúc tổng thể LBS sau đó trình bày các vấn đề liên quan đến hệ thống này như: Hệ
thống định vị toàn cầu, các công nghệ định vị, công nghệ truyền tin và hệ thống thông
tin địa lý.

1.1. Kiến trúc tổng thể LBS
1.1.1. Giới thiệu về dịch vụ dựa trên vị trí (LBS)
Dịch vụ LBS 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 [11].
Dịch vụ dựa trên vị trí: Location - Based Services (LBS) là dịch vụ thông tin
cung cấp nội dung và khả năng tương tác với người dùng dựa trên vị trí hiện tại.
Chẳng hạn như phát hiện máy rút tiền ATM hoặc tìm địa chỉ của nơi cần đến....

Hình 1.1: LBS là sự kết hợp của nhiều công nghệ
Dịch vụ LBS là dịch vụ được tạo ra từ sự kết hợp của ba thành phần chính được
thể hiện như trong hình 1.1 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) [2].


4
Hệ thống WebGIS được hình thành từ việc tích hợp Internet và GIS/CSDL không gian.
Hệ thống GIS di động (Mobile GIS) được hình thành từ việc tích hợp GIS/CSDL
không gian và các thiết bị di động như điện thoại di động và GPS.
Hệ thống Internet di động (Mobile Internet) được hình thành trên cơ sở tích hợp
các thiết bị di động như điện thoại di động và Internet.
Dịch vụ LBS là dịch vụ có khả năng cung cấp hai nhóm hoạt động chính bao
gồm liên lạc thông tin và tương tác qua lại giữa khách hàng và dịch vụ. Do đó,
khách hàng có thể cung cấp cho nhà cung cấp dịch vụ biết các thông tin cần thiết, phù
hợp với vị trí của họ theo thời gian thực. Khi đó dịch vụ sẽ cung cấp các thông tin phù
hợp với người sử dụng.
Các ứng dụng dịch vụ LBS được chia thành những nhóm chính như sau [4]
Dịch vụ thông tin và dẫn đường (Information and Navigation Services): LBS
cung cấp dữ liệu trực tiếp cho người dùng cuối (End-user). Các thông tin này bao gồm
vị trí hiện tại, vị trí đích, một số gợi ý nâng cao tương ứng…
Dịch vụ hỗ trợ khẩn cấp (Emergency assistance): dịch vụ LBS cung cấp vị trí
người dùng trong trường hợp rủi ro, tai nạn cần hỗ trợ.
Dịch vụ giám sát (Tracking services): dịch vụ này cho phép lưu lại các vị trí của
người dùng theo thời gian. Tuy nhiên, với các yêu cầu về an ninh nên các thông tin
này thường không được sử dụng công khai.
Dịch vụ thanh toán (Billing services): Bao gồm các dịch vụ tính phí người 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 đường, 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 ưu đãi, khuyến mại tới người
mua hàng…
Dịch vụ mạng liên quan (Network related services): vị trí người dùng có thể nhận
được thông qua bộ tiếp nhận GNSS được tích hợp trong các thiết bị di động hoặc
thông qua chính mạng truyền thông của thiết bị.
LBS có thể dựa trên thiết bị nối mạng mở ra rất nhiều hình thức trong giải pháp
ứng dụng dựa trên vị trí khách hàng cho đến dịch vụ thời tiết cá nhân, trò chơi. LBS
được xem là một minh chứng về sự hội tụ viễn thông.

1.1.2. Các thành phần cơ bản của LBS
Một hệ thống dịch vụ LBS bao gồm có 5 thành phần cơ bản đó là: Các thiết bị di
động (Mobile Devices); Thiết bị định vị (Positioning); Mạng truyền tin


5
(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 được mô tả như trong hình 1.2, bao gồm:

Hình 1.2: Các thành phần cơ bản của LBS
Các thiết bị di động (Mobile Devices)
Là công cụ giúp người sử dụng đưa ra các yêu cầu về thông tin. Dữ liệu trả về có
thể là tiếng nói, hình ảnh, văn bản… Các thiết bị di động có thể là PDA, điện thoại di
động (Cell Phones), máy tính cá nhân (Laptop), các thiết bị dẫn đường trên ô tô…
Thiết bị định vị (Positioning)
Được dùng để xác định ví trí người sử dụng. Thiết bị định vị có thể là GPS ở ngoài
trời (Outdoor), mạng sóng radio ở trong nhà (Indoor). Nếu vị trí của người sử dụng
không được định vị tự động thì người sử dụng có thể cho biết vị trí của mình một cách
thủ công (manual).

Mạng truyền tin (Communication Network)
Có nhiệm vụ truyền tải dữ liệu giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng
Nhà cung cấp ứng dụng và dịch vụ (Service and Content Provider)
Nhà cung cấp ứng dụng và dịch vụ có khả năng cung cấp các dịch vụ khác nhau
tới người sử dụng, xử lý các yêu cầu dịch vụ do người sử dụng gửi lên thông qua mạng
truyền tin. Các dịch vụ được cung cấp phải có các chức năng cơ bản như xác định vị
trí, tìm đường đi (ngắn nhất, nhanh nhất), tìm kiếm các thông tin liên quan đến vị trí
theo yêu cầu của người sử dụng.
Nhà cung cấp dữ liệu và nội dung/CSDL không gian (Geodatabase)
Các nhà cung cấp dữ liệu và nội dung không lưu trữ và quản lý thông tin do
người sử dụng yêu cầu. Các dữ liệu và nội dung liên quan như trang vàng, bản đồ, giao


6
thông đều được lưu trữ tại các cơ quan, công ty có thẩm quyền cung cấp và chịu trách
nhiệm về nội dung cung cấp.

1.1.3. Mô hình hoạt động của hệ thống LBS
Hệ thống dịch vụ LBS hoạt động cần có sự phối hợp nhịp nhàng của tất cả các
thành phần trong hệ thống. Sơ đồ biểu diễn luồng thông tin trao đổi giữa các thành
phần trong hệ thống được mô tả như hình 2.3:

Hình 1.3: Trao đổi thông tin giữa các thành phần trong hệ thống LBS
 Dịch vụ yêu cầu LBS
Người dùng sẽ gửi thông tin yêu cầu bằng cách lựa chọn tính năng tích hợp trên
thiết bị di động của mình.
 Thiết bị di động
Là đối tượng sử dụng dịch vụ LBS có thể là người hoặc máy móc. Dựa vào kỹ năng
của người sử dụng thiết bị di động, khả năng lưu trữ của thiết bị và mục đích sử dụng có
thể chia các thiết bị di động thành 2 loại chính là: đơn mục đích và đa mục đích

Thiết bị đơn mục đích: thực hiện nhiệm vụ cơ bản của dịch vụ LBS. Ví dụ: hộp
dẫn đường cho ô tô, hộp công cụ hoặc thiết bị khẩn cấp cho người tàn tật…
Thiết bị đa mục đích: thực hiện nhiều dịch vụ tiện ích dựa trên dịch vụ LBS.
Thiết bị này có thể là điện thoại di động, máy hỗ trợ cá nhân dùng kỹ thuật số PDA,
máy tính xách tay, máy tính để bàn…
 Mạng di động không dây
Mạng di động không dây có nhiệm vụ truyền tải dữ liệu giữa người dùng và nhà
cung cấp dịch vụ. Mạng không dây thường được sử dụng là WWAN – Wireless Wide
Area Network ví dụ GMS và UMTS, WLAN – Wireless Local Area Network ví dụ


7
IEEE 802.11 chuẩn b/g/n và WPAN – Wireless Personal Area Network ví dụ
Bluetooth.
 Người cung cấp nội dung và dữ liệu
Dựa vào mục đích sử dụng, chia thành 2 loại ứng dụng LBS với các loại dữ liệu
khác nhau:
Các ứng dụng LBS với mục đích chuyên biệt: thể hiện qua các dịch vụ chuyên
biệt như trợ giúp người tàn tật, các dịch vụ được cung cấp ở công viên quốc gia…
Các ứng dụng LBS phổ biến được xây dựng và đưa ra sử dụng đại trà bởi các nhà
cung cấp truyền thông như AT&T, Vodaphone… hay các công ty cung cấp dịch vụ
bản đồ số Google, Diadiem.com …

1.1.4. Các ứng dụng phổ biến của dịch vụ LBS
Ứng dụng địa điểm du lịch: đây là loạt ứng dụng di động được sử dụng nhiều
nhất khi du khách đến một thành phố mới. Người dùng chỉ cần vào kho ứng dụng và
gõ tên thành phố mình đến là xuất hiện khá nhiều chương trình cho mình lựa chọn.
Tìm kiếm dịch vụ: Ứng dụng này cho phép người dùng xác định vị trí của mình
và các dịch vụ của doanh nghiệp sẽ hiện thị xung quanh, ví dụ như hệ thống máy
ATM, cửa hàng xăng hay nhà hàng. Tiêu biểu như : ATM Viet Nam hay Tìm ATM

đối với thị trường trong nước tuy nhiên những ứng dụng này còn thiếu sự đầu tư về
mọi mặt nhất là trong việc cập nhật dữ liệu. Còn nếu ở nước ngoài thì có thể tìm từ
khóa "ATM+ địa điểm". Những ứng dụng nhà hàng đang nổi lên tại Việt Nam như
Nha Nha hay Foody.

Hình 1.4. Ứng dụng địa điểm nhà hàng


8
Điều hướng: Dịch vụ tìm và dẫn đường là ứng dụng phổ biến nhất, các nền tảng
di động đều trang bị cho mình hệ thống bản đồ riêng, Android với Google Maps, iOS
với Apple Maps, Windows Phone với HERE Maps. Một số ứng dụng Việt đáng chú ý
như Địa Điểm hay Việt Maps.
Hệ thống trợ giúp, chăm sóc sức khoẻ: các thiết bị đeo là dòng sản phẩm được
ứng dụng nhiều nhất, đáng kể như Fitbit. Ngoài ra các ứng dụng trên thiết bị di động
cũng rất đa dạng như MyFitness-Pal, Runtastic ,MapMyRun, SmartRun ner, Adidas
Micoach ... tất cả những ứng dụng này đều có trên mọi hệ điều hành.
Tìm kiếm bạn bè trên thiết bị di động: ứng dụng Nearby Friends có thể tìm kiếm
bạn bè với khu vực định vị bán kính 500 m, các mạng xã hội hay hệ điều hành khác
cũng có những tính năng tương tự.
Ứng dụng Internet of Things: Hệ thống cảnh báo rò rỉ khí ga bao gồm thiết bị cố
định và ứng dụng thông báo. Tại Việt Nam, Công ty CP Công nghệ TechPal đã giới
thiệu hệ thống TP-Gas Alarm với ứng dụng Mobile Gas Alarm (TP-Gas Alarm v1.0B)
- cảnh báo qua mạng điện thoại di động. Thiết bị này ngoài báo động tại nhà còn có
chức năng gọi điện đến các số điện thoại đã đăng ký. Các hệ thống an ninh hay nhà
thông minh cũng được trang bị các ứng dụng quản lý và cảnh báo riêng biệt tuy nhiên
nhu cầu cũng như thị trường Việt Nam tương đối nhỏ.
Quảng cáo di động dựa trên địa điểm: ứng dụng này hay còn có tên gọi chung là
Mobile Geofencing, còn được gọi là Geotargeting, dựa trên thông tin địa lý cho phép
một thương hiệu đưa ra quyết định hoặc hành động dựa trên địa điểm của một thuê bao

SMS. Mobile Geofencing không phải là một công nghệ mới: nhưng khi mạng di động
không ngừng phát triển, các nhà phát triển và thương hiệu nhận ra các giá trị gia tăng
mà Mobile Geofencing có thể mang lại cho các chiến dịch tiếp thị.
Tìm kiếm tài sản thất lạc: Ứng dụng phổ biến nhất là tìm kiếm smartphone bị
thất lạc. Thiết bị Windows Phone được trang bị tính năng Find my Phone, Android với
Android Device Manager hay iOS có Find My iPhone... Ngoài ra các ứng dụng bên
thứ 3 đáng chú ý như Where’s My Droid, Lookout... Ngoài ra tại Việt Nam còn phổ
biến dòng sản phẩm chống mất cắp xe máy với các hệ thống thiết bị gắn trên xe và ứng
dụng tìm kiếm thông qua GPS. Những sản phẩm đáng chú ý như của Định vị Việt,
VPTech hay SeTechViet.
Bảo mật thông tin: Về cơ bản có 3 đối tượng trong việc sử dụng dịch vụ định vụ:
Các nhà cung cấp vị trí (LP-Location Provider); người dùng và LBS (Location- Based
Service). Các công ty như Google và Apple sử dụng dữ liệu khách hàng để lập cơ sở
dữ liệu lớn thông qua các nhà mạng và Wi-Fi. Dữ liệu vị trí của người dùng được


9
truyền qua mạng di động hoặc Wi-Fi đến các công ty cung cấp dịch vụ. Những dữ liệu
vị trí sau đó có thể được chia sẻ với các bên thứ ba cho mục đích sử dụng khác nhau.
Một công ty tư vấn về vấn đề an ninh bảo mật đã chỉ ra rằng có 82% số ứng dụng
Android miễn phí và 49% số ứng dụng Android trả tiền hàng đầu theo dõi vị trí người
dùng. Con số ở iOS thấp hơn là 50% ứng dụng miễn phí và 24% số ứng dụng trả tiền
hàng đầu theo dõi vị trí người dùng
 Những dạng ứng dụng địa điểm mà người dùng dễ dàng bị khai thác nhiều nhất:


Hệ thống bản đồ, dẫn đường: Google Maps, Apple Maps hay HERE Maps

có thể xác định được vị trí người dùng đang ở đâu, lộ trình quen thuộc, địa điểm
thường đến. Trên thực tế, khi người dùng vô hiệu hóa dịch vụ định vị trên thiết bị của

mình thì dường như bằng cách nào đó, nó vẫn có thể trở về trạng thái kích hoạt dịch
vụ.


Mạng xã hội: Tính năng check-in được yêu thích hầu hết trên các mạng xã

hội từ Facebook cho đến Foursquare, ngay cả các đoạn tin nhắn trên đó cũng có thể
hiện thị rõ vị trí người dùng.


Chụp ảnh: Tính năng được sử dụng phổ biến trên smartphone, khá nhiều

người dùng ưa thích gắn thẻ vị trị nhằm chia sẻ vị trí chụp hình.
 Ứng dụng tích hợp: Đây là những ứng dụng mặc định của hệ điều hành có
yêu cầu sử dụng định vị GPS. Các tính năng trên iOS có thể kể đến như Siri, Find My
iPhone, Compass... còn trên Android cũng tương tự với Google Now, Android Device
Manager...

1.2. Hệ thống định vị toàn cầu
1.2.1. Giới thiệu về các hệ thống định vị sử dụng vệ tinh
Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS (Global Navigation Satellite System) là
tên dùng chung cho các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh để định vị vị trí một
điểm trên mặt đất. Trên thế giới hiện có các hệ thống thuộc GNSS, đó là: GPS (Hoa
Kỳ), GALILEO (Liên minh Châu Âu), GLONASS (Liên bang Nga), Bắc Đẩu (Trung
Quốc), QZSS (Quasi-Zenith System, (Nhật Bản)) và gần đây Ấn Độ cũng đang phát
triển hệ thống vệ tinh định vị (IRNSS) của họ.


10

Hình 1.5: Mô tả hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS [11].

1.2.2. Cấu trúc hệ thống GPS
Hệ thống định vị vệ tinh GPS bao gồm ba thành phần chính:
- Mảng Không gian (Space segment).
- Mảng Người sử dụng (User segment).
- Mảng Điều khiển (Control segment).

Hình 1.6: Các thành phần của hệ thống GPS.

1.2.2.1 Mảng không gian
Mảng không gian bao gồm 27 quả vệ tinh (tính cả các vệ tinh đang hoạt động và
dự phòng) hoạt động ở độ cao khoảng 20200 km so với mặt đất với góc nghiêng là 55°
so với xích đạo, chu kì 12 giờ (11 giờ 58 phút). Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí
sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ
thời điểm nào.


11
1.2.2.2 Mảng người sử dụng
Mảng người sử dụng bao gồm tất cả các bộ thu GPS trên mặt đất cho phép người
sử dụng thu nhận tín hiệu phát quảng bá từ vệ tinh và tính toán thời gian, vận tốc, tọa
độ cho bộ thu của họ một cách chính xác.

1.2.2.3. Mảng Điều khiển
Mảng điều khiển gồm một trạm điều khiển chủ ở Colorado Springs, Colorado cùng
năm trạm giám sát (ở Colorado Springs, đảo Ascension, đảo Diego Garcia, đảo Hawaii
và đảo Kwajalein) và 03 ăng ten mặt đất đặt ở Ascension, Diego Garcia và Kwajalein
dùng để triển khai tuyến lên, truyền thông tin từ mặt đất lên vệ tinh, bao gồm các dữ liệu
lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ và các bản tin quảng bá khác. Chỉ có Bộ quốc

phòng Mỹ mới có trách nhiệm với phân hệ điều khiển; bao gồm việc xây dựng, triển
khai, duy trì bảo dưỡng và giám sát hoạt động liên tục của các vệ tinh GPS.

Hình 1.7: Mạng lưới trạm giám sát và điều khiển trung tâm của hệ thống GPS.

1.2.3 Ứng dụng của hệ thống GPS
- Ứng dụng trong quân sự: Bao gồm dẫn đường cho các phương tiện bay, tàu của
các lực lượng quân đội Mỹ; dẫn đường cho các loại vũ khí có thông minh có độ chính
xác cao; các ứng dụng thời gian thực… Ngoài ra, các vệ tinh GPS còn mang theo các
bộ thu phát để phát hiện các vụ nổ hạt nhân [11].
- Ứng dụng trong giao thông và thông tin trên mặt đất: Ngày nay, việc phổ biến
rộng rãi công nghệ định vị sử dụng vệ tinh GPS trong giao thông dân dụng kết hợp với
bản đồ số để xác định, theo dõi lịch hành trình của các phương tiện trên mặt đất. Ứng
dụng này rất quan trọng đối với các phương tiện thi hành luật pháp, công tác tìm kiếm
hoặc cứu hộ....
- Ứng dụng trong giao thông và hải dương học: Hệ thống định vị GPS đã trở
thành một công cụ dẫn đường hàng hải trên biển lý tưởng; nghiên cứu các dòng chảy
của đại dương.


12
- Ứng dụng trong trắc địa và bản đồ trên biển: Hỗ trợ đo vẽ bản đồ, tính toán vị
trí các đảo, bãi ngầm và đo vẽ các cầu tàu, bến cảng; thám hiểm địa lý đáy biển (ví dụ
đo địa chấn) cũng như các yêu cầu về định vị hố khoan đều có thể được đáp ứng bằng
GPS. Trong trắc địa biển (địa hình đáy biển, trường trọng lực của trái đất...) đều có thể
dùng GPS làm công cụ định vị.
- Ứng dụng trong giao thông hàng không: Ngày nay, Tổ chức hàng không dân
dụng quốc tế đã qui định sử dụng hệ thống định vị vệ tinh GPS trong dẫn đường và
cất, hạ cánh cho các máy bay dân dụng.
- Ứng dụng trong thương mại: Với ưu điểm là hệ thống thời gian thực, hệ thống

GPS được ứng dụng rộng rãi trong việc sử dụng tham chiếu thời gian thực giữa các
điểm giao dịch trên thị trường tài chính, thương mại như ngân hàng, chứng khoán…
- Ứng dụng trong giải trí: Hiện nay, công nghệ định vị sử dụng vệ tinh GPS đã
tích hợp nhiều vào các thiết bị có kích thước, trọng lượng rất nhỏ (như điện thoại,
đồng hồ đeo tay…) với chi phí khá rẻ, nên thực tế đã có nhiều ứng dụng xác định vị trí
được sử dụng, cung cấp cho thị trường giải trí rộng lớn những máy thu đeo tay, xách
tay, giá rẻ dễ sử dụng. Một số hoạt động giải trí và tập luyện thể thao sẽ trở nên thú vị
hơn nếu người chơi có thể xác định được vị trí của mình, và có thể theo dõi sự chuyển
động. Ví dụ trong việc chơi kinh khí cầu, khi vận hành, các thông tin về vị trí, độ cao,
và tốc độ của kinh khí cầu cũng có thể giúp cho người điều khiển có thể điều chỉnh
một cách hợp lý.

1.3. Công nghệ định vị
1.3.1. Kỹ thuật định danh tế bào (Cell identification)
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 được vị trí của người dùng điện thoại di động, tuy nhiên độ chính xác là không cao.
Độ chính xác phụ thuộc vào kích thước của Cell ID, nó thường cho biết kết quả
vị trí định vị trong khu vực lớn tương đương với vùng tế bào của (Cell) đó. Tại các
vùng thành thị vùng định vị thường dưới 250 m2. Tại các vùng nông thôn, vùng tế bào
định vị lớn hơn một vài km2 do đó độ chính xác tương ứng giảm xuống. Mỗi BTS
thường gồm 3 anten phát lệch nhau 1200. Do vậy ta có thể xác định được người dùng
đang nằm trong vùng phủ của anten nào.


13

Hình 1.8: Định vị sử dụng BTS (Cell ID)
Trong hình 1.8 cho biết người dùng nằm trong hình quạt màu vàng. Tuy nhiên
vùng phủ hình quạt này thường rất rộng nên trong phương pháp này thường dùng 3

Cell ID gần nhất và độ mạnh của tín hiệu để xác định chính xác hơn vị trí của người
dùng di động.

Hình 1.9: Định vị sử dụng 3 Cell ID gần nhất
Hiện phương pháp này đã được cải tiến bằng cách kết hợp thêm thông tin về các vị
trí trước đó của người dùng, cũng như 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 được xếp vào nhóm định vì từ một phía (unilateration). Điểm mạnh
của hình thức định vị này là rất nhanh có thể xác định được vị trí của người dùng.


14
1.3.2. Định vị bằng vệ tinh: hệ thống định vị toàn cầu (GPS)

Hình 1.10: Mô hình của hệ thống GPS
Muốn xác định được vị trí thì người 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 được 2 thông tin là:
- Vị trí của ít nhất ba vệ tinh bên trên nó
- Khoảng cách giữa máy thu GPS đến từng vệ tinh nói trên và thời gian tương
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 được 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
300.000 km/giây trong chân không. Máy thu có thể tính toán được khoảng cách dựa
vào thời gian cần thiết để tín hiệu đến được máy thu.
Trong không gian 2D (chiều) thì việc xác định được hiểu như sau:
Giả sử muốn xác định vị trí của một đối tượng nào đó thì ta cần ít nhất 3 thông tin.
Ví dụ: ta muốn xác định Ông A 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 như cách Hải Phòng 80km, cách Hà Nội 100km, cách Thanh Hóa
70km. Và nếu thông tin là chính xác thì ta sẽ xác định được vị trí của Ông A.

Hình 1.11: Cách xác định vị trí trong không gian 2D


15
Trong không gian 3D cũng theo lý thuyết chỉ cần có 3 vệ tinh là có thể tính toán
được vị trí (tính ra tọa độ x, y, z trong không gian), tuy nhiên do có sai số 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 được chính xác.
Với 3 vệ tinh thì ta sẽ có 3 mặt cầu thay vì 3 đường tròn, giao nhau tại một điểm.

Hình 1.12: Cách xác định vị trí trong không gian 3D
Như vậy với ta quay trở lại bài toán ở phần 2D, nếu biết rằng mình đang ở cách vệ
tinh A 10.000 km, như 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 đường 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 đường tròn V tại hai điểm. Trái đất
chính là mặt cầu thứ tư, 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
trường 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 1.13: Cách xác định vị trí khi có 4 vệ tinh
Như vậy, 4 mặt cầu phải giao nhau tại 1 điểm. Nhưng do sai số đồng hồ quartz
của máy thu so với đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh nhận tạo, 4 mặt cầu đã không cho 1
giao điểm duy nhất. Biết rằng sai số này gây ra bởi đồng hồ trên máy thu là như nhau
Δt, máy thu có thể dễ dàng loại trừ sai số này bằng cách tính toán ra lượng hiệu chỉnh
cần thiết để 4 mặt cầu giao nhau tại một điểm. Dựa vào đó, máy thu tự động điều chỉnh