Ứng dụng mạng thế hệ mới thu thập số liệu phục vụ dự báo thời tiết

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.76 MB, 68 trang )

NGUYỄN KHẮC HƯNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Nguyễn Khắ c Hưng

KỸ THUẬT MÁY TÍNH

ỨNG DỤNG MẠNG THẾ HỆ MỚI THU THẬP SỐ LIỆU
PHỤC VỤ DỰ BÁO THỜI TIẾT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT MÁY TÍNH

KHOÁ 2014
Hà Nội - Năm 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Nguyễn Khắ c Hưng

ỨNG DỤNG MẠNG THẾ HỆ MỚI THU THẬP SỐ LIỆU
PHỤC VỤ DỰ BÁO THỜI TIẾT

Chuyên ngành: Truyề n thông và Ma ̣ng máy tính

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS Ngô Hồ ng Sơn

Hà Nội - Năm 2016

- TTM2014B

................................................................................................................ 7
HƯƠNG I ............................................................................................................ 9
HI N

NG H

H

I

H I I

........................... 9

H

.......................................................... 9

II. H

.................................. 10

I.

1.

................................................................ 10

2.

........................................................................ 11

III.

................................................................................................... 12

Ơ

H

.......................................................................................... 14

I.

.............................................................................. 14

1.

................................................................. 14

2.

..................................... 14

3.

................................................................... 15

II. Cloud computing. .......................................................................................... 17
1.
2.

puting. ...................................................................... 17
ế

ú

p

............................................................... 18

2.

Cloud computing. ..................................................................... 22

3.

Cloud computing. .......................................................... 23

4.

ữ

Cloud computing. .................................... 25

5.

.................................................................. 27

III. N

-Cloud. .............................................................. 30
ế

1.
2.
3.

-Cloud. ................................................................................ 31
ế

ú

4.
5.

ế . .......................................................................... 30

............................................................................................ 31

..................................................................................... 31

p

....................................................................................... 33

6.

-Cloud. ........................................ 33

IV.

................................ 34
1

- TTM2014B

ế

1.
ế

2.
3.

.................................. 34
.................................. 36

......................................................... 37

ữ

4.
V.

......................................... 38

................................................................................................... 38

HƯƠNG III ....................................................................................................... 39
NG

H NH

NG

NG ................................................................ 39

I.

.......................................................................... 39

1.

............................................................................ 39

2.

................................................................................ 39

II.

....................................................... 40
p

1.

....................................................................... 40
ữ

2.
3.

ế

............................................................. 41
ữ

......................................................... 41

III.

.................... 44

1.

................................................................ 44

2.

SOMEE.COM. ......................................... 50

HƯƠNG IV ....................................................................................................... 55
V

NG

NG ............................................................................... 55

I.

.................................................................... 55

1.

.......................................................................................... 55

2.

........................................................................................ 55

II.

.......................................... 58

1.

.............................................................................. 60
p

2.

......................................................................... 61

N .......................................................................................................... 62
I I
H

H

H

......................................................................... 63

............................................................................................................. 64

2

- TTM2014B

NH

H

I VI

KTTV
GSM

Global System for Mobile Communication

SMS

Short Message Services

DB

Database

CDMA

Wideband Code Division Multiple Access

GPRS

General Packet Radio Service

HSDPA

High Speed Downlink Packet Access

LTE

Long Term Evolution

2G

Second-Generation

3G

Third Generation

4G

Fourth Generation

3GPP

Third Generation Partnership Project

WAN

Wide Area Network

LAN

Local Area Network

TCP

Transmission Control Protocol

IP

Internet Protocol

VPN

Virtual Private Network

VMM

Virtual Machine Manager

IE

Internet Explorer

ISP

Internet Service Provider

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

API

Application Programming Interface

NAT

Network Address Translation

NIC

Network Interface Card

3

- TTM2014B

NH

NG

ếp
ếp

ế ............................................. 36
ế

........................................... 37

...................................................................... 37
t ngữ v c p

................................ 61

4

- TTM2014B

NH
ế

H NH
ế

.......................................... 10

....................................................................... 12
.............................................................. 14
...................................................................... 18
ế

ú

........................................................................................ 20
......................................................................................... 21

ế

ú

-Cloud ...................................................................... 31
ế

................................................ 35

ế

............................................... 37

........................................................................................ 39
p

.......................................................................... 40
........................................................... 42
............................................. 43
ữ

.............................................................................................. 44
ữ ữ

........................................................................ 45

ữ

p

..................................................................... 46
........................................................ 49

....................................................................................... 49
p

................................................. 50
.................................................... 50
.................................................................. 51
......................................................................... 51

p

........................................................................ 52
................................................................. 52

p
p

............................................... 53
ữ

................................................................ 53
5

- TTM2014B

ế
ú

................................................... 54
............................................................. 55

p ú

................................. 56
............................... 57
............................... 58

ế ............................................................................................ 59

6

- TTM2014B

N

c cho công vi c d báo, c

ế

u tiên cho vi c gi m nhẹ

m b o s li

c
p

ng th

cung c p s li u cho các nhà chuyên mơn,

ữ,

c bi t khi có th i tiết nguy hi
ế

vai trò r t quan tr ng trong nghi p v c
c các yếu t KTTV, là m

c tiến hành theo m t quy

trình r t ch t chẽ và th ng nh t trong toàn ngành, s li u quan tr c nghi p

s cho công vi c d báo KTTV,
ĩ

nhi

u vào c a công vi c nghiên c u, ph c v cho

c kinh tế, xã h i.
p

ế
p

ế

ế
ế
g

i tiến, nâng cao ch
p

p

u c p thiết c a ngành trong

nhi
p

ế

ế

ế
ế

c li
p

m xu t hi n

c ta

ng r t ph c t p

ữ

ế

ế

ế
p

.
p

c
ữ

ế

ĩ

ế

ĩ

p
trong
ế

p

ế
ế qua
7

- TTM2014B

công

p

trên
p

ế.
p

ế

ế

p
3G

ữ
ữ

ế

ếp

p

úp
: (1) T

ĩ

p
p

ế

ế

; (2) S
ế ; (3) X

qua trang web SOMEE.COM.
p

p

pú
p

ếp

.
:

lu
p p ế
p ữ
h

.
ế

ế.

ế
.

8

- TTM2014B

CHƯƠNG I
HI N
I.

NG H

H

I

H I I

H
Ngành

ng Th

có v trí quan tr ng trong s nghi p phát tri n kinh

p

c bi t là trong cơng tác phịng, tránh và

tế - xã h i, c ng c qu

ữ

gi m nhẹ thiên tai,

ế

ữ

ỷ
Cung

c p k p th i, chính xác thơng tin và lu n c khoa h c v
phát tri n b n vững c
ế

c trong b i c nh thiên tai ngày càng kh c nghi t và

i khí h u.

c ta hi n có 193 tr
m

ng th

ng, phân b

u giữa các vùng v i

trung bình kho ng 1.870 km2/tr m, so v
p

km2/tr m là cịn r

c trung bình 400

è

c (tính t

i Vân tr ra) m

kho ng 1.440km2/tr m, phía Nam kho ng 2.500 km2/tr m, khu v
yế

ng b ng B c B

ng b ng (ch

ng b ng Nam B ) có những tr m chỉ cách nhau
ú

kho ng 20 km, trong khi mi n núi, nh

kho ng 3.116km2/tr m, Tây B c kho ng 1634km2/tr m. D c theo ven bi n dài
3.260km chỉ có 30 tr
Tr

ng b m

ng 100 km m i có m t tr m.

ng th công truy n th

193 tr m, tr

theo các d án ế

.

Th c hi n Ngh
Chính ph

nh s

-

nh ch

a

m v , quy n h n và t ch c b máy c a B Tài

ng, B
ho ch m

i tr

ng tiến hành xây d
ế

ng thuỷ

b n quy ho ch này là nghiên c u xây d
nh p

cm

khoa h c v phân b tr

c tiên tiến áp d ng, phù h p v

u ki
9

”
i tr
ng thuỷ

a lý t nhiên

“
c tiêu c a

ng thuỷ
c các
u ki n phát tri n

- TTM2014B

kinh tế - xã h

n cơng nghi p hố và hi

c cho vi c xây d ng m

i tr

p

ng b

c các nhu c u

n, ph c v phát tri n kinh tế - xã h i, nghiên c u khoa h c, b

m

qu c phòng, an ninh, d báo phòng tránh và gi m nhẹ thiên tai [1].
II.

H

1.

.
ế
p

ế

ế

p

ế

1.

ế
ế

p

:
ếp

p

p

p
ỉ

ỉ

ếp

ế
p

ú
I
10

- TTM2014B

ế

DB

p

p
p

tham kh

pp

ế

nh báo.

ế

(Obs)

ế

:

:

ĩ

ế

ú

p
ế

ế
[2].

2.

.
Hi n nay

c ta, m

r ng kh p

p

n tho

ng

p

d

n m nh mẽ, ph sóng
, tính

u

ki n th i tiết, chi phí duy trì liên l c h p lý. Các d ch v
cm r
Có th nói, gi

p p

am

c bi t là d ch v kết n i Internet, truy n Data và tin nh n.
m b o s li u th i gian th c qua m
ế n i tr

h p v i các d ng truy n khác sẽ

ng GSM kết
a ch

p

truy n tin t các tr
p

ế
Các trung tâm thu s li u

t i Khu v c và

p

c a

modem GSM

.T

c truy n nh n s li u
ế

ế
ế

,

p
ế

ữ

ế

modem

p

,
11

ế

- TTM2014B

ữ
p ế

ế
ế p

BTS
i

Data Logger

t

i Khu

Modem
GSM

c

Modem
GSM

Internet

Monitor

2.
Hi n t i các thiết b

ct

u do
ữ s li u t i ch

xu t, ch yếu làm nhi m v quan tr

ế

[3].
III.
p

Qua t
ế

p

p
p

p

p

ữ
12

c ngoài s n

ế

- TTM2014B

ế

ế

ế

p

,

ế
p

SMS, m
p

p
ế

l
p

ế

ế

ẽ

ế
p

ế

.
ữ

p
thông tin

úp
p

ế

p

13

ế
p

- TTM2014B

CHƯƠNG II
Ơ

H

I.
1.

.
ế
ữ

ế
ữ

p

ế

g
ế

ữ

ữ
[4].

3.
3GPP: WCDMA, HSDPA, LTE; 3GPP2:
CDMA2000, EV-DO, UMB; IEEE: IEEE802.11, IEEE802.16.
:
Broadcast ~ 200 MHz; GSM Phones ~ 900 MHz; PCS Phones ~ 1.8 GHz;
Bluetooth ~ 2.4 GHz; WiFi ~ 2.4GHz.
2.

.
: Kh
ữ

p

p
p

p

:
dây

p
p

p
14

- TTM2014B

ế

p ế

p
ng

chung [4].

3.

.
-generation technology
ế
p

p
p

p

pp
pp
è

ữ

GPRS (General Packet Radio Service) d ch v
ữ

m

vơ tuyến gói t ng h p là

ữ
p dữ li u

p

t

t

ến

p

c dùng cho những d ch v

p
(MMS), và các d ch v liên l
li

c truy

p world wide web. Dữ

c tính theo t

dữ li u liên l
n i, b t k

n th
i dùng có th c s

c tính theo t ng phút kết

d

tr ng ch , GPRS là m t d ch v chuy n m ch gói, trái v
cb
kết n

iv

m trong su t q trình

i dùng.

M ng khơng dây 3G (Third-generation technology) là thế h th ba c a chu n
công ngh

p p

tho i (t i dữ li u, g i email,

n c dữ li u tho i và dữ li u ngồi

, hình nh...), 3G cung c p c hai h

th ng là chuy n m ch gói và chuy n m ch kênh, h th ng 3G yêu c u m t m ng
truy c p radio hoàn toàn khác so v i h th ng 2G hi n nay, các chu
chính: CDMA2000/EV-DO, WCDMA/HSPA+, TD-SCDMA.

i

m m nh c a công

ngh này so v i công ngh 2G và 2.5G là cho phép truy n, nh n các dữ li u, âm
15

- TTM2014B

thanh, hình nh ch
các t

ng cao cho c thuê bao c

n
ến cho

khác nhau. V i công ngh 3G, các nhà cung c p có th
p

khách hàng các d ch v
video ch

c ch

ng và truy n hình s ; Các d ch v

ng cao; hình nh

nh v tồn c u (GPS); E-mail;

video streaming; High-ends games...
4G, viết t t c a fourth-generation, là công ngh
p p

thông không dây th
E

thế gi

ĩ

di

so v i 3G. Công ngh
cho phép

t

u ki n

ến 1,5 Gb/giây. Tên 4G do IEEE (Institute of Electrical and

ng lên t
E

n t i dữ li u v i t

truy n

ng công ngh

c hi u là chu

t tr

a các thiết b không dây,

i s d ng có th t i và truy n lên hình

ng ch

ng cao, hi n

n t i 2 chu n công ngh lõi c a m ng 4G là WiMax và Long Term

Evolution (LTE). M i công ngh

u s d ng m t d

n khác nhau.

:

Các sóng vơ tuyến s d ng cho WiFi g n gi ng v i các sóng vơ tuyến s d ng
cho thiết b c

n tho

nh n sóng vơ tuyến, chuy

ng và các thiết b khác. Nó có th chuy n và
i các mã nh phân 1 và 0 sang sóng vơ tuyến và

c l i. Tuy nhiên, sóng WiFi có m t s khác bi t so v i các sóng vơ tuyến khác
ch truy n và phát tín hi u
v i các t n s s d

n tho
p p

T ns

t n s 2.4 GHz ho c 5 GHz, t n s
ng, các thiết b c m tay và truy n hình.

u mang theo nhi u dữ li

Dùng chu n 802.11:
Chu n 802.11b, phiên b
ti n nh t, nó tr nên ít ph biế
hi u

t n s 2.4 GHz, nó có th x

u tiên trên th

ng, ây là chu n ch m và r

i các chu n khác, c

802.11b phát tín

ến 11 megabit/giây và nó s d ng mã CCK

(complimentary code keying).
p

Chu
802.11b, t

x

t n s 2.4

t 54 megabit/giây, chu

16

i chu n
d ng

- TTM2014B

mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), m t công ngh mã hóa
hi u qu
Chu n 802.11a phát

ến 54 megabit/ giây, nó

t n s 5 GHz và có th

d ng mã OFDM, những chu n m
p i là chu n cu i cùng.

n
p

Chu

t n s 2.4 GHz

i chu n 802.11a,

ết n i 802.11n sẽ h tr t

khi chu
p

p ph m vi bao ph t

c nó nh

ến 100

dữ li

i các chu n Wi-Fi

tín hi u m nh c a nó.

Chu n 802.11ac phát
WiFi có th ho

t n s 5 GHz

ng trên c ba t n s , và có th nh y qua l i giữa các t n s

khác nhau m t cách nhanh chóng, vi c nh y qua l i giữa các t n s giúp gi m thi u
s nhi u sóng và cho phép nhi u thiết b kết n i không dây cùng m t lúc [5].
II.

Cloud computing.

1.

m

Cloud computing.

Cloud computing cịn g i là

n tốn máy ch

d ng các cơng ngh máy tính và phát tri n d a vào m ng Internet, thu t ngữ "
mây"

i nói n d chỉ m ng Internet (d

c b trí c
ng v

h t ng ch
tin

ến cơng ngh thơng

Cloud computing
c cung c p

ph c t p c

i d ng các "d ch v "

p p

các d ch v công ngh t m t nhà cung c p

i s d ng truy c p

"

"

ph i có các kiến th c, kinh nghi m v công ngh
ế

n quan tâm
ĩ

h t ng ph c v công ngh

17

n

p

- TTM2014B

4.
ữ

Cloud computing
ữ t m th i

các máy ch trên Internet và chỉ

ng tr c t i

các máy khách, bao

g m máy tính cá nhân, trung tâm gi i trí, máy tính trong doanh nghi p
ti n máy tính c m tay,...

n

p

khái ni

m t ng th bao g m c các
Web 2.0 và các v

ng công ngh n i b
những nhu c u c

p

khác xu t hi n g
p ng

yếu d

i dùng [7].
p không ph i

V i các d ch v s
p
chỉ c n t p trung vào ĩ

c riêng c a mình b

t
2.

h

.
ế

ú

C

p

Kiến trúc cloud computing bao g m t t c các thành ph n c u thành m t h
th ng cloud computing. Các thành ph

ng bao g m m t front-end (cloud

client), back-end (h th

c o hóa), các t ng mà cloud
18

- TTM2014B

c cung c p (các mơ hình d ch v cloud) và m t m

kết n i các thành ph n

c kết n i các cloud v i nhau (intercloud).
Cloud client: Kiến trúc cloud computing bao g m m t front-

c g i là

i dùng cloud truy c p vào cloud s d ng các thiết b cloud
c kết n i m ng. Các thiết b này có th là thin client or thick client, zero
bàn, laptop, tablet, mobile và các thiết b

ng khác. Các

i cloud thông qua m t ng d ng (middleware), web
browser, ho c thông qua m t session o.
Thin client, zero client (ultrathin client) là các thiết b cloud clients ph thu c
p

toàn b
h

ú

ú

u hành c

tr t

a chỉ trên cloud mà

ữ ( o hóa). Tồn b ho

ng c a các thiết b

lo i này ph thu c vào m ng. Khơng có m ng và cloud chúng sẽ tr nên vô d ng.
các ng d

ng không yêu c u c n m t ph n m m c th
ú

có th ch

i dùng có th s d ng web browser trên

truy c p

thiết b c a h

i các ng d ng. V i Ajax và

i dùng s d ng các ng d ng qua giao di n web g
gì (th m chí cịn t

ch y chúng trên thiết b c a mình.

M t s các ng d ng cloud l
chúng, ví d

i ph i có ph n m m client dành riêng cho

c các ng d ng desktop cloud c

c ch y b ng các

virtual desktop clients.
Back-end: chính là thành ph n cloud trong cloud computing. Back-end cung
c p

ữ dữ li u, các servers này kết

t các ng d

n i v i nhau t o ra cloud trong cloud computing.
V b n ch t, kế th a t grid computing, cloud computing là m t t h p

n

toán d a trên các thiết b h t ng ph n c ng trong cloud c a nhà cung c p d ch v .
H t ng ph n c ng bao g m các servers nh (c
li u) kết n i l i v i nhau n
các ng d
ng d

t h th ng ph c v cho vi

n tốn. T

ng và ch a ít dữ
ữ dữ li u và x lý

i dùng, h s d ng ng d

y trên m

là

c l p, hoàn toàn cách bi t v i những
19

- TTM2014B

i dùng khác. Trên th c tế, nhi u ng

c ph c v b i cùng m t

l i là VMM (Virtual machine monitor trình
giám sát máy
th i nhi u h

c g i là hypervisor, nó cho phép ch
u hành (và các ng d

ng

t trên chúng) trên m t máy tính v t

lý. K thu t này g i là o hóa (virtualization). Ngồi kh

r ng, cơng ngh

n các máy o (VM) giữa các máy ch v t lý
dùng cho các m

ng t i. M i h

u hành c a m t server trong cloud

c qu n lý b i m t VMM, cho phép nó xu t hi n gi
iv

i dùng. M i m t máy o (ch y h

k thu t

u hành

c g i là máy khách (guest machine), và m

sẽ ch y ng d ng trên m

ế

c t o ra b i
i dùng

ú

p

M t ví d v
hypervisor cung c p các l p tr
t ho c nhi u máy ch
kh i l p ph n c ng v

u

y.

5.

m

uh

ng v i các VMM khác, Xen

ng cho phép m i server v t lý có th
o, tách riêng h

c ch y

u hành và các ng d ng c a nó

i. Xen hypervisor là m t cơng ngh mã ngu n

c c ng tác phát tri n b i Xen và các k s c

i tiếng

(Cisco, Dell, HP, IBM, Intel, Red Hat
c s d ng trên nguyên t
ngu

nh d

ng. Mã ngu n c

i chi phí compile code th p và hi u su t ho

20

i mã
c bi t ng n (50 000 line
ng cao [8].

- TTM2014B

b sung cho VMM th c hi n o hóa, m i servers trong cloud back-end cịn
c cài các trình qu n lý máy o (VM Manager Application). Các trình qu n lý
này cho phép nhà cung c p có th giám sát và qu n lý t t c các khía c nh ho t
ng c a máy

ữ dữ li

p dữ li

a chỉ, tài

nguyên s d ng, t i và hi u su t. Ngoài ra, m t s các trình qu n lý máy o cịn h
tr tri n khai kế ho ch tính tốn, cân b ng t

t tài nguyên. M t s
E

trình qu n lý máy o n i tiế
virtualized server management.

6. H
V i c u trúc này, cloud computing cung c p kh
thêm vào server m i khi c n và các server không ho
ến khi c n b sung thêm kh

dàng
ng có th

n tốn), tính s

cao [8].
21

c t t ngu n
tin c y

- TTM2014B

2.