Nghiên cứu kiến trúc hệ thống media LBS

1

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

NGUYỄN TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MEDIA- LBS

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Thái Nguyên - 2014


2

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

NGUYỄN TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MEDIA-LBS

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC

Thái Nguyên - 2014

3

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 người khác, nó mang tính độc lập nhất định với tất cả các công
trình nghiên cứu trước đây. Nó có vi phạm, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2014
Học viên

NGUYỄN TRUNG KIÊN


4

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

tự hào của tôi.

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2014
Học viên

NGUYỄN TRUNG KIÊN


5

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... 9
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... 11
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................... 16
1.1.

Tổng quan về LBS .................................................................................. 16

1.2.

Các hệ thống định vị hiện có................................................................... 17

1.2.1. Khái niệm và các hệ thống định vị toàn cầu hiện có........................... 17
1.2.2. Navstar GPS ........................................................................................ 18
1.2.3. Glonass (GLObal NAvigation Satellite System) ................................ 19
1.2.4. Galileo ................................................................................................. 20
1.2.5. Hệ thống định vị Bắc Đẩu ................................................................... 21
1.3.

Cách thức định vị .................................................................................... 21

1.3.1. Cell identification / Cell of origin ....................................................... 21
1.3.2. Định vị bằng vệ tinh: hệ thống định vị toàn cầu (GPS) ...................... 23
1.3.3. Những hệ thống định vị khác LBS. ..................................................... 27
1.4.

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) .............................................................. 27

1.4.1. Dữ liệu cho GIS ................................................................................... 29
1.4.2. Xử lý thông tin với GIS ....................................................................... 31
1.4.3. Trình bày thông tin với GIS ................................................................ 34
1.5.

Công nghệ truyền tải dữ liệu ................................................................... 34

1.5.1. WAP / GPRS / EDGE / 3G ................................................................. 34
1.5.2. Bluetooth / Wifi / WiMax ................................................................... 35
1.5.3. Truyền thông vệ tinh ........................................................................... 36
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MEDIA LBS .................................... 38
2.1.

Hệ thống Media LBS .............................................................................. 38

2.1.1

Hệ thống Media LBS........................................................................... 38

2.1.2

Công nghệ và vấn đề cần nghiên cứu trong Media–LBS.................... 40

2.1.3

Vấn đề định vị trong nhà (indoor) ....................................................... 40

2.1.4

Bối cảnh trong một Media LBS .......................................................... 42

2.1.5

Tác động của Media LBS với xã hội................................................... 42

2.2.

Kiến trúc hệ thống Media LBS ............................................................... 43


6

2.2.1. Cơ sở hạ tầng ....................................................................................... 44
2.2.2. Mô hình hệ thống................................................................................. 46
2.3.

Tính năng yêu cầu của hệ thống Media LBS .......................................... 47

2.4.

Kiến trúc tổ chức dữ liệu trên điện toán đám mây .................................. 48

2.4.1. Cơ sở dữ liệu lưu trữ của Google ........................................................ 49
2.4.2. Chỉ mục tối ưu trên dữ liệu.................................................................. 51
2.4.3. Phân lớp dữ liệu................................................................................... 52
2.5.

Lựa chọn kỹ thuật nén dữ liệu................................................................. 53

2.6.

Các kỹ thuật tính toán vị trí..................................................................... 55

2.6.1. Kỹ thuật tính toán vị trí thông qua GPS .............................................. 55
2.6.2. Các phương pháp định vị trong các thiết bị trong nhà ........................ 58

2.7.

2.6.2.1. Phương pháp định vị tiệm cận (proximity sensing)................. 58
2.6.2.2. Phương pháp phân tích cảnh (scene analysis) ......................... 59
2.6.2.3. Phương pháp giao khoảng cách (Lateration) ........................... 60
2.6.2.4. Giao đường tròn (Circular lateration) ...................................... 60
2.6.2.5. Giao Hyperbolic ....................................................................... 61
2.6.2.6. Phương pháp giao góc (angulation) ......................................... 62
2.6.2.7. Phương pháp dấu vân tay trong mạng nội bộ không dây
(WLAN Fingerprint) ............................................................................... 63
Xây dựng hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho hệ thống Media LBS................ 67

CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM ............................ 72
3.1.

Bài toán thử nghiệm ................................................................................ 72

3.2.

Lựa chọn công nghệ ................................................................................ 72

3.2.1. Công nghệ lưu trữ ................................................................................ 73
3.2.2. Công nghệ lập trình giao tiếp với CSDL Cloud Datastore ................. 73
3.2.3. Công nghệ lập trình ứng dụng chạy trên Android............................... 73
3.2.4. Một số công nghệ phụ trợ.................................................................... 75
3.3.

Phân tích và Thiết kế hệ thống ................................................................ 75

3.3.1

Các module được xây dựng trong chương trình.................................. 76

3.3.2

Thiết kế hệ thống ................................................................................. 77

3.4.

Cài đặt bài toán........................................................................................ 79

3.4.1. Dữ liệu thử nghiệm.............................................................................. 79
3.4.2. Giao diện chương trình ........................................................................ 81


7

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
Hình C1. 1: Các hệ thống thông tin tích hợp ...................................................... 16
Hình C1. 2: Vị trí của 4 vệ tinh Galileo và 12 vệ tinh GPS trên bầu trời Hà Nội
................. 20
Hình C1. 3: Mô hình hoạt động của hệ thống Bắc Đẩu - (Ảnh: beidou.gov.cn) 21
Hình C1. 4: Người dùng đang nằm trong vùng hình quạt màu vàng.................. 22
Hình C1. 5: Định vị theo phương pháp Cell ID .................................................. 22
Hình C1. 6: Mô hình của hệ thống GPS ............................................................. 23
Hình C1. 7: Cách xác định vị trí trong không gian 2D ....................................... 24
Hình C1. 8: Cách xác định vị trí trong không gian 3D ....................................... 25
Hình C1. 9: Điều đơn giản nhất là khi có 4 vệ tinh ............................................ 25
Hình C1. 10: Cách thức làm việc của hệ thống A - GPS ................................... 26
Hình C1. 11: Mô hình dữ liệu của GIS ............................................................... 28
Hình C1. 12: Dữ liệu GIS.................................................................................... 31
Hình C2. 1: Mô hình tổng quát Media LBS....................................................... 38
Hình C2. 2: Ứng dụng King's Cross Streetstories............................................... 39
Hình C2. 3: Biểu đồ thống kê khả năng cung cấp dịch vụ định vị trong nhà
những năm gần đây – (Ảnh: IndoorLBS.com) .................................................... 41
Hình C2. 4: Cơ sở hạ tầng Media LBS ............................................................... 44
Hình C2. 5: Các mô hình dịch vụ SaaS, PaaS, IaaS ........................................... 45
Hình C2. 6: Mô hình hệ thống Media LBS ......................................................... 46
Hình C2. 7: Tổ chức và hoạt động của Google App Engine .............................. 49
Hình C2. 8: Quá trình nén ảnh theo chuẩn JPEG................................................ 54
Hình C2. 9: Quá trình giải nén ảnh theo chuẩn JPEG ........................................ 54
Hình C2. 10: Hoạt động cơ bản của bộ mã hóa MPEG-2................................... 55
Hình C2. 11: Cách xác định vị trí người dùng thông qua GPS........................... 55
Hình C2. 12: Differential GPS ............................................................................ 57
Hình C2. 13: Bản đồ các trạm phát DGPS và phạm vi phủ sóng ở Mỹ ............. 57
Hình C2. 14: Bản đồ các trạm phát DGPS và phạm vi phủ sóng ở Nhật ........... 57

Hình C2. 15: Hệ thống WAAS ........................................................................... 58
Hình C2. 16: Nguyên tắc hoạt động của phương pháp định vị tiệm cận ............ 59


8

Hình C2. 17: Một ví dụ về phương pháp phân tích cảnh .................................... 60
Hình C2. 18: Phương pháp giao đường tròn trong không gian hai chiều ........... 61
Hình C2. 19: Tập hợp các điểm có cùng TDoA tới hai trạm thu sẽ nằm trên hai
nửa của hình hyperboloid ................................................................................... 62
Hình C2. 20: Xác định vị trí đối tượng qua phương giao góc ............................ 63
Hình C2. 21: Ví dụ về một môi trường áp dụng phương pháp fingerprint ......... 65
Hình C2. 22: Các mô hình hoạt động của fingerprint ......................................... 66
Hình C2. 23: Mô hình kiến trúc tổ chức dữ liệu của hệ thống Media LBS ........ 69
Hình C3. 1: Vai trò của Serverlet ........................................................................ 73
Hình C3. 2: Sơ đồ kiến trúc của hệ điều hành Android ...................................... 75
Hình C3. 3: Mô hình thử nghiệm hệ thống Media LBS ..................................... 76
Hình C3. 4: Sơ đồ Ca sử dụng của tác nhân Quản trị dữ liệu ............................. 77
Hình C3. 5: Sơ đồ Ca sử dụng của tác nhân Người dùng ................................... 78
Hình C3. 6: Biểu đồ tuần tự hoạt động của hệ thống .......................................... 78
Hình C3. 7: Sơ đồ triển khai ứng dụng ............................................................... 79
Hình C3. 8: Giao diện ban đầu của ứng dụng web ............................................. 81
Hình C3. 9: Giao diện hiển thị danh sách địa điểm đã được thêm ..................... 81
Hình C3. 10: Giao diện cập nhật địa điểm và đa phương tiện kmediaLBS........ 82
Hình C3. 11: Giao diện chương trình chạy trên di động kmMediaLBS ............. 82


9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT

TÊN TIẾNG ANH

1.

TỪ VIẾT
TẮT
2D

2-Dimensional

2.

2G

Second Generation Technology

3.

3D

3-Dimensional

4.

3G

Third Generation Technology

5.

A-GPS

Assisted - Global Positioning System

6.

AP

Access Point

7.

API

Application Program Interface

8.

BTS

base transceiver station

9.

DCT

Discrete Cosine Transform

10.

DGPS

Differential Global Positioning System

11.

EDGE

Enhanced Data rates for GSM
Evolution

12.

EU

European Union

13.

FAA

Federal Aviation Administration

14.

GAE

Google App Engine

15.

GIS

Geographic Information Systems

16.

Glonass

GLObal NAvigation Satellite System

17.

GPRS

Stands for General Packet Radio
Service

18.

GPS

Global Positioning System

19.

GSM

Global System for Mobile

20.

HTML

HyperText Markup Language

21.

hyperbol

Hyperbolic Lateration

22.

IaaS

Infrastructure as a Service

23.

IP

Internet Protocol

TÊN TIẾNG
VIỆT

10

24.

LAAS

Local Area Augmentation Systems

25.

LBS

Location Based Services

26.

LZ77

Lempel-Ziv Coding 1977

27.

LZ78

Lempel-Ziv Coding 1978

28.

LZW

Lempel–Ziv–Welch

29.

Media LBS

Media Location Based Services

30.

NFC

Near field communication

31.

OS

Operating system

32.

PaaS

Platform as a Service

33.

PPP

Point to Point Protocol

34.

RFID

Radio-frequency identification

35.

RSS

Really Simple Syndication

36.

RTLS

Real-Time Locating Systems

37.

Saas

Software as a Service

38.

SDK

Software Development Kit

39.

SQL

Structured Query Language

40.

TDOA

Time Difference Of Arrival

41.

UMTS

Universal Mobile Telecommunications
System

42.

WAAS

Wide Area Augmentation System

43.

WAP

Wireless Application Protocol

44.

WiMax

Worldwide Interoperability for
Microwave Access

45.

WLAN

46.

CSDL

Wireless Local Area Network

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Cơ sở dữ liệu

/>

11

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Dữ liệu thông tin trong phương pháp fingerprint ................................. 64

Bảng 2: Lớp PositionPlace ................................................................................. 69
Bảng 3: Lớp MediaLink ..................................................................................... 70
Bảng 4: Lớp sUser.............................................................................................. 70
Bảng 5: Lớp FriendShip ..................................................................................... 71
Bảng 6: Lớp sPer ................................................................................................ 71
Bảng 7: Lớp sGroup ........................................................................................... 71
Bảng 8: Lớp sGroupUserPer .............................................................................. 71
Bảng 9: Dữ liệu thử nghiệm ............................................................................... 80

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


12

PHẦN MỞ ĐẦU
Đề tài tập trung vào nghiên cứu kiến trúc và phát triển ứng dụng Media
LBS, cung cấp dịch vụ đa phương tiện dựa trên vị trí trên nền tảng điện toán
đám mây. Khi di chuyển với ứng dụng Media LBS đã được cài đặt sẵn trên điện
thoại thông minh, người dùng sẽ được thông báo và cung cấp những thông tin đa
phương tiện hữu ích trong phạm vi một khu vực nào đó như một ngôi nhà, một
khu du lịch hoặc là một thành phố.
Kiến trúc hệ thống Media LBS là một hệ thống truyền thông dựa trên vị
trí. Do vậy với sự phát triển công nghệ như hiện nay thì hệ thống Media LBS trở
lên 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 lên 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.
Sự phát triển của công nghệ điện tử đã cho ra những siêu máy tính chỉ nhỏ
bằng bàn tay với đầy đủ mọi tính năng cũng như các bộ phần chức năng hỗ trợ
được gắn kèm như máy ảnh, GPS, các phương tiện giải trí. Không chỉ có sự phát
triển của công nghệ điện tử mà các dịch vụ và sản phẩm phần mềm kèm theo
cũng có sự phát triển tương ứng. Theo trào lưu ấy, việc kết hợp giữa các thiết bị
hiện đại và các dịch vụ mới để sinh ra lợi ích tối đa cho người dùng là tất yếu,
mà gần như thiết bị di động đang là trung tâm của xu hướng này, giờ đây người
sở hữu thiết bị di động không còn bị gói gọn trong văn phòng nữa hoặc chức
năng nghe gọi mà có thể thực hiện công việc hàng ngày từ bất cứ nơi đâu.
Một hướng mới đã được mở ra, hướng phát triển truyền thống cung cấp
xử lý dựa trên thông tin của người dùng đã phát triển gần đến mức giới hạn,
Số hóa bởi Trung tâm Học
tnu.edu.vn/
liệu


13

hướng mới này cung cấp khả năng xử lý dựa trên thông tin của môi trường
chung quanh. Từ việc biết được người dùng đang ở trong hoàn cảnh nào (ở đâu
và hoàn cảnh nào), thiết bị có thể đưa ra những phương án hỗ trợ người dùng tốt
nhất một cách tự động. Các thông tin “nền” về môi trường xung quanh bao gồm
vị trí (posistion) của người dùng dựa trên khả năng định vị, các thông tin đa
phương tiện hữu ích và nền tảng ứng dụng.
Khả năng định vị đã bắt đầu có trong một số thiết bị chuyên dụng từ cách

đây vài thập kỉ. Tuy nhiên mãi đến gần đây mới bắt đầu được tích hợp vào các
thiết bị dành cho người dùng phổ thông, cung cấp nền tảng để các dịch vụ dựa
trên vị trí (Location Based Services – LBS) có thể hoạt động. Loại dịch vụ này
tuy ra đời sau nhưng các dịch vụ dựa theo vị trí đã được kèm theo hầu hết các
thiết bị di động có hỗ trợ; trong đó phổ biến nhất là dịch vụ bản đồ số và tìm
đường đi.
Gần đây việc phát triển các dịch vụ theo vị trí ngày càng trở nên phát triển
một cách mạnh mẽ, lúc đầu nhu cầu chỉ là việc bản đồ số, tìm 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 viên, 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.
Do đó vấn đề đặt ra là kiến trúc để giải quyết việc truyền tải đó như thế
nào? Khi mà việc sử dụng các dịch vụ không còn bó hẹp ở việc người dùng
tương tác với dịch vụ nữa mà dịch vụ cũng có thể tự động cung cấp thông tin đa
phương tiện cho chính người dùng.

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


14

Media LBS (Media Location Based Services) là một kiến trúc, giải pháp

công nghệ được đề cập để giải quyết những vấn đề này. Lúc này đối tượng
truyền thông được hiểu không phải là những thứ mà chúng ra vẫn thường thấy
mà lại là vị trí, vị trí cho biết tất cả những gì mà người dùng mong muốn miễn là
dữ liệu gắn kém với nó đủ đáp ứng nhu cầu.
Hiện nay ở Việt Nam thì Media LBS chưa phát triển, rất hiếm để tìm thấy
một mô hình ứng dụng đề xuất theo phương hướng này.
Trong phạm vi đề tài sẽ chỉ tìm hiểu về mô hình dịch vụ theo vị trí (LBS)
ở mức truyền thống, sau đó tìm hiểu về mô hình Media LBS, phạm vi khu vực
sẽ thực hiện là một địa điểm trong thành phố Hải Phòng hoặc Hà Nội. Người sử
dụng hệ thống có thể nhận được các dữ liệu đa phương tiện tại những địa điểm
mình đi qua hoặc chuẩn bị tới một cách tự động thông qua ứng dụng Media LBS.
Những nội dung nghiên cứu chính
Luận văn 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:
Phần mở đầu
Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trình bày các khái niệm cơ bản và lý thuyết về các hệ thống định vị, hệ
thống thông tin địa lý GIS, công nghệ chuyển tải dữ liệu và các hình thức định
vị hiện có.
Chương 2: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MEDIA LBS
Trình bày các vấn đề trong hệ thống Media LBS như định nghĩa hệ thống,
kiến trúc hệ thống, cách tổ chức dữ liệu trên đám mây, các kỹ thuật nén dữ liệu,
kỹ thuật về định vị và xây dưng kiến trúc cơ sở dữ liệu của hệ thống Media LBS.
Chương 3: CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM
Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/

15

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

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


16

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

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

-

LBS là dịch vụ được tạo ra từ sự kết hợp của ba công nghệ bao gồm: GIS

(Geographic Information Systems - Hệ thống thông tin địa lý), Internet và thiết
bị di động, GPS (Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu).
- Hệ thống WebGIS được hình thành từ việc tích hợp Internet và
GIS/CSDL không gian.
Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


17

- 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 có khả năng cung cấp hai nhóm hoạt động chính là liên lạc
thông tin và tương tác qua lại giữa khách hàng và dịch vụ. Vì vậy, khách hàng
có thể cho nhà cung cấp dịch vụ biết các thông tin cần thiết, phù hợp với họ, với
vị trí của họ trong thời điểm hiện tại.
Các ứng dụng dịch vụ LBS được chia thành một số nhóm chính như sau:
-

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 lưu vết (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…
1.2. Các hệ thống định vị hiện có
1.2.1. Khái niệm và các hệ thống định vị toàn cầu hiện có

Trên thế giới hiện tại có rất nhiều hệ thống định vị như Navstar GPS,
Glonass, Galileo, Bắc Đẩu… mỗi hệ thống đều mang đến những đặc điểm riêng.
Những hệ thống này có thể được xây dựng bởi một quốc gia hoặc cũng có thể do
Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


18

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

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

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


19

1.2.3. Glonass (GLObal NAvigation Satellite System)
GLONASS là hệ thống định vị toàn cầu của Liên xô cũ với chức năng
tương tự như GPS (NAVSTAR) của Mỹ. Nền tảng của hệ thống này gồm 24 vệ
0

tinh chuyển động trên bề mặt trái đất theo 3 mặt quỹ đạo với góc nghiêng 64,8 ,
và độ cao là 19.100 km. Trong thực tế hệ thống này gồm 30 vệ tinh nhân tạo, 24
cái hoạt động thường xuyên và 6 vệ tinh dự phòng khi gặp sự cố.
Vệ tinh đầu tiên của GLONASS được Liên xô đưa lên quỹ đạo vào 12
tháng 10 năm 1982, vào ngày 24 tháng 9 năm 1993 hệ thống chính thức được
đưa vào hoạt động. Tuy nhiên việc sử dụng của hệ thống này chỉ gói gọn trong
Quân đội Liên xô cũ và Nga hiện nay. Đồng thời vì sự sụp đổ của nền kinh tế
sau khi Liên xô tan rã dẫn tới hệ thống này gần như bị lãng quên dẫn tới sự phổ
dụng của hệ thống này ít được biết tới. Năm 2000, nhiệm vụ khôi phục lại hệ

thống GLONASS được Chính phủ Nga ưu tiên đặt lên hàng đầu. Đến năm 2010,
GLONASS đã phủ trùm toàn bộ phần lãnh thổ Liên bang Nga. Vào tháng 102011, hệ thống GLONASS hoàn chỉnh hợp thành bởi chùm 24 vệ tinh đã được
phục hồi theo đúng thiết kế, đảm bảo cung cấp dịch vụ định vị dẫn đường phủ
trùm trên khắp toàn cầu. Cùng đó là chương trình hiện đại hóa GLONASS bằng
thế hệ vệ tinh định vị mới đang được khẩn trương triển khai. Nhưng các hãng
viễn thông vẫn chưa mặn mà với hệ thống này, do vậy những người sử dụng
điện thoại chỉ mới có thể tiếp cận với hệ thống này thông qua một vài phiên bản
điện thoại của Sony Ericsson/Sony như Xperia 2011.
Vào tháng 2 năm 2012, theo nhật báo Kommersant, Nga dự kiến chi 346,5
tỷ rúp (gần 12 tỷ USD) vào hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GLONASS trong
thời gian từ năm 2012 đến năm 2020. Đến tháng 4 năm 2012 Phó thủ tướng Nga
Đơ-mi-tơ-ri Rô-gô-din (Dmitry Rogozin) tuyên bố Nga đã đề nghị Ấn Độ cùng
tham gia phát triển hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GLONASS (Global
Navigation Satellite System) trên cơ sở bình đẳng. Mục đích của dự án này là
làm cân bằng cán cân các hệ thống định vị đang nghiêng hẳn về Mỹ.
Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


20

1.2.4. Galileo
Hệ thống định vị Galileo là một hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS)
được xây dựng bởi Liên minh châu Âu (EU). Galileo khác với GPS của Mỹ và
GLONASS của Liên bang Nga ở chỗ nó là một hệ thống định vị được điều hành
và quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự. Do vậy nó không bị hạn chế
và giám sát như những hệ thống NVASTAR và GLONASS.
Dự án xây dựng hệ thống Galileo được EU xây dựng vào năm 2003 và dự

kiến hoàn thành vào năm 2020. Tuy nhiên hệ thống này có thể khai thác và ứng
dụng được từ năm 2011.
0

Hệ thống có độ cao quỹ đạo là 23.222 km, góc lệch 56 . Theo thiết kế nó
gồm 27 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng.
Hiện nay, một số nước đã thử nghiệm thành công tín hiệu của hệ thống
Galileo trong đó có Việt Nam. Tháng 4 năm 2013, Trường Đại học Bách Khoa
Hà Nội đã thử nghiệm thành công việc xác định vị trí thông qua hệ thống này
thông qua bộ thu Navisoft.

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

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

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


21

1.2.5. Hệ thống định vị Bắc Đẩu
Là một hệ thống của Trung Quốc, nó mới được khởi động dự án vào năm
2011, nhưng đến nay hệ thống đã có 22 vệ tinh, gần nhất năm 2013 đã có 06 vệ
tinh được bổ sung. Với thiết kế của hệ thống này đã làm nhiều người phải quan
tâm vì là hệ thống hiện đại, nhiều thiết kế vượt trội cả về tính chính xác, số
lượng vệ tinh tham gia hoạt động trong hệ thống lẫn tuổi thọ trung bình rất cao

của các vệ tinh nhân tạo.
Theo Tân Hoa Xã tháng 12 năm 2013, thì hệ thống sẽ cung cấp dịch vụ vào
năm 2020 với 30 vệ tinh nhằm tăng tính cạnh tranh với những hệ thống khác.

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

1.3. Cách thức định vị
1.3.1. Cell identification / Cell of origin
Cách định vị này chỉ dùng trên điện thoại di động, nó chủ yếu dựa vào BTS
(Cell ID), đặc điểm của hình thức này là không dùng một hệ thống định vị nào
mà vẫn xác định 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.
2

Tại các vùng thành thị vùng định vị thường dưới 250 m . Tại các vùng nông
Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


22

2

thôn, vùng tế bào định vị lớn hơn một vài km do đó độ chính xác tương ứng
0

giảm xuống. Mỗi BTS thường gồm 3 anten phát lệch nhau 120 . Do vậy ta có
thể xác định được người dùng đang nằm trong vùng phủ của anten nào.

Hình C1. 4: Người dùng đang nằm trong vùng 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 C1. 5: Định vị theo phương pháp Cell ID

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

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


23

phía (unilateration). Điểm mạnh của hình thức định vị này là rất nhanh có thể
xác định được vị trí của người dùng.
1.3.2. Định vị bằng vệ tinh: hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
NASTAR Global Positioning System (GPS) là hệ thống định vị vị trí dựa

Hình C1. 6: Mô hình của hệ thống GPS

vào hệ thống vệ tinh. Chúng là hệ thống được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, rất
nhiều thiết bị và ứng dụng đã và đang sử dụng hệ thống này. Tuy nhiên, chúng
ta chỉ có thể sử dụng GPS của Mỹ ở 1 mức độ nhất định, đủ để dùng cho mục
đích cá nhân. Ngoài ra hệ thống GPS còn cung cấp rất nhiều dịch vụ và thông tin
dành cho các lĩnh vực khoa học, quân sự, hàng không, dự báo thời tiết v.v..
GPS là một hệ thống gồm 27 vệ tinh (kể cả 3 cái dự phòng) chuyển động
trên các qũy đạo quanh trái đất. Độ cao của vệ tinh so với mặt đất là 20.183 km.
Chu kỳ quay xung quanh trái đất là 11 giờ 57’58". Do vậy nó sẽ quay được 2
vòng trong 1 ngày. Các vệ tinh này được thiết kế sao cho tại bất kỳ đâu trên trái
đấy cũng có thể bắt được ít nhất tín hiệu của 3 vệ tinh.
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
Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


24

- 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 ngàn 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 người bạn của mình đang ở đâu trong phạm
vi khu vực Hải Phòng, Hà Nội và Thanh hóa thì ta làm thế nào? Lúc này ta cần 3
thông tin là khoảng cách từ điểm đó đến các điểm khác 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 người bạn.

Hình C1. 7: Cách xác định vị trí trong không gian 2D

Trong không gian 3D (chiều) thì việc xác định được hiểu như sau:
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

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/


25

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. Về mặt nguyên lý thì không khác nhau nhiều lắm, nhưng khó tưởng tượng
hoặc mô tả bằng hình vẽ hơn. Thay vì các đường tròn, sẽ có các mặt cầu.

Hình C1. 8: 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 C1. 9: Điều đơn giản nhất là khi có 4 vệ tinh

Số hóa bởi Trung tâm Học
liệu

tnu.edu.vn/