Nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền tải trao đổi dữ liệu kèm mã hóa bảo mật ứng dụng trong ngành khí tượng thủy văn

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

VƯƠNG MINH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI TRAO ĐỔI
DỮ LIỆU KÈM MÃ HÓA BẢO MẬT ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH
KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Hà Nội – 2017


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

VƯƠNG MINH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI TRAO ĐỔI
DỮ LIỆU KÈM MÃ HÓA BẢO MẬT ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH
KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. PHẠM NGỌC NAM

Hà Nội – 2017

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ DỮ LIỆU KTTV.1
1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................1
1.1.1. Bối cảnh ....................................................................................................1
1.1.2. Thực trạng nhu cầu truyền tin và đồng bộ số liệu khí tượng thủy văn .....3
1.2. Thực trạng các phần mềm truyền tin và đồng bộ dữ liệu trên thế giới hiện
nay ...........................................................................................................................9
1.3. Sự cần thiết phải xây dựng phần mềm đồng bộ dữ liệu KTTV .....................12
1.3.1. Mục tiêu của đề tài ..................................................................................13
1.3.2. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................13
1.4. Kết luật chương ..............................................................................................13
CHƯƠNG 2. CÁC GIẢI PHÁP KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT PHÙ HỢP CHO HỆ
THỐNG ĐỒNG BỘ KTTV ......................................................................................14
2.1. Socket .............................................................................................................14
2.2. Các mơ hình lập trình mạng ...........................................................................15
2.2.1. Mơ hình client/server ..............................................................................15
2.2.2. Mơ hình peer-to-peer ..............................................................................20
2.2.3. So sánh mơ hình P2P và client-server.....................................................21
2.3. Windows services...........................................................................................22
2.3.1. Windows service là gì .............................................................................22
2.3.2. Tại sao lại cần phải sử dụng windows services ......................................22
2.4. Kết luân chương .............................................................................................22
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ DỮ LIỆU
KTTV ........................................................................................................................23
3.1. Thiết kế mơ hình phân tán cân bằng tải Client-Server...................................23
3.1.1. Lớp thứ nhất (lớp core) ...........................................................................24
3.1.2. Lớp thứ 2 (lớp chia tải) ...........................................................................24
3.1.3. Lớp thứ 3 (lớp người dùng).....................................................................24

3.1.4. Ưu nhược điểm của mơ hình ...................................................................25
3.2. Sơ đồ Usecase ................................................................................................25


3.2.1. Số lượng usercase....................................................................................25
3.2.2. Mô tả use-case .........................................................................................26
3.2.3. Mô tả chi tiết ...........................................................................................30
3.3. Thiết kế xây dựng cơ sở dữ liệu .....................................................................31
3.3.1. Nội dung cơ sở dữ liệu bao gồm: ............................................................31
3.3.2. Một số bảng quan trọng : ........................................................................31
3.4. Xây dựng phần mềm ......................................................................................35
3.4.1. Sơ đồ khối của phầm mềm ......................................................................35
3.4.2. Kết quả đạt được .....................................................................................36
3.5. Kết luận chương .............................................................................................38
CHƯƠNG 4. TRIỂN KHAI PHẦN MỀM VÀ CHẠY KIỂM THỬ .......................39
4.1. Quy trình kiểm thử .........................................................................................39
4.1.1. Cài đặt .....................................................................................................39
4.1.2. Kịch bản test 1.........................................................................................41
4.1.3. Kịch bản test 2.........................................................................................41
4.1.4. Kịch bản test 3.........................................................................................42
4.2. Kết quả kiểm thử ............................................................................................42
4.3. Kết luận chương .............................................................................................45
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................46
5.1. Các điểm đạt được của phần mềm .................................................................46
5.2. Các điểm chưa được và hướng nâng cấp sắp tới............................................46
5.3. Kết luận chương .............................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................48
PHỤ LỤC I: CHI TIẾT USE-CASE .....................................................................49
PHỤ LỤC II : CODE MỘT SỐ HÀM QUAN TRỌNG ..........................................60

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1-1:Mơ hình chia sẻ dữ liệu tại trung tâm TTDL .........................................8
Hình 1-2: Mơ hình hoạt động của dropbox ...........................................................9
Hình 2-1: Các kiểu socket ...................................................................................14
Hình 2-2: Mơ hình client-server..........................................................................15
Hình 2-3: Quá trình trao đổi dữ liệu giữa client và server .................................17
Hình 2-4: Bảy thao tác để truyền nhận dữ liệu giữa client và server .................18
Hình 2-5: Mơ hình Peer-2-Peer ..........................................................................20
Hình 3-1: Mơ hình chia tải ..................................................................................23
Hình 3-2 Use-Case Kiểm tra kết nối ...................................................................27
Hình 3-3 User-Case Quản lý phiên làm việc ......................................................27
Hình 3-4 User-Case Quản lý hệ thống (bằng file luật) .......................................28
Hình 3-5 Use Case Đồng bộ dữ liệu ...................................................................28
Hình 3-6 Use Case Phát hiện dữ liệu .................................................................29
Hình 3-7 Use-Case Ghi lịch sử ...........................................................................29
Hình 3-8 Use-Case xác thực dữ liệu cịn thiếu ...................................................30
Hình 3-9. Use-Case Xóa dữ liệu cũ định kỳ .......................................................30
Hình 3-10: Sơ đồ khối của phần mềm ................................................................35
Hình 3-11: Giao diện khi cài đặt phần mềm .......................................................37
Hình 3-12: Phần mềm dưới dạng windows services...........................................37
Hình 3-13: Thư mục làm việc của hệ thống đồng bộ .........................................37
Hình 4-1: Mơ hình sẽ áp dụng kiểm thử .............................................................40

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2-1:So sánh giữa mơ hình client-server và P2P.........................................21
Bảng 3-1: Liệt kê use-case ..................................................................................25
Bảng 3-2: một số bảng cơ sở dữ liệu quan trọng của hệ thống đồng bộ.............31
Bảng 4-1: Thơng số đường truyền internet trong mơ hình kiểm thử ..................40
Bảng 4-2:Kết quả kịch bản test 1 trong một phiên .............................................44

Bảng 4-3:Kết quả kịch bản test 2 ........................................................................45


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

KTTV
ĐKV
TTDB
TTDL
TU
CNTT

Khí tượng thủy văn
Đài Khu Vực
Trung tâm dự báo trung ương
Trung tâm thông tin và dữ liệu
Trung ương
Công nghệ thông tin

P2P

Peer to peer


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay việc truyền tải, đồng bộ dữ liệu, thông tin là một phần thiết yếu của
cuộc sống nhất là trong thời đại bùng nổ thơng tin địi hỏi việc truyền dữ liệu nhanh,
chính xác và đảm bảo an tồn bảo mật. Đặc biệt Thơng tin trong lĩnh vực khí tượng
thủy văn được coi là vấn đề sống cịn trong bối cảnh các diễn biến về khí hậu xảy ra
bất thường và ngày càng nhiều hơn, việc có thơng tin dự báo kịp thời chính xác để

có phương hướng xử lý là rất quan trọng. Quan trọng cũng khơng kém là có các dữ
liệu thơ phục vụ cơng tác dự báo từ khắp các đài trạm quan trắc trên cả nước gửi về
cũng phải đảm bảo chính xác và nhanh chóng.
Bản thân người viết cũng đang cơng tác tại ngành Khí tượng thủy văn, nhận
thấy tầm quan trọng của thơng tin, dữ liệu đóng vai trị quan trọng và hiện trạng
trong ngành đang dùng nhiều phương thức truyền số liệu khác nhau đều chưa đáp
ứng được hầu hết các yêu cầu cần thiết, nên người viết đã đề xuất thực hiện đề tài:
Nhiên cứu xây dựng hệ thống truyền tải trao đổi dữ liệu kèm mã hóa bảo mật
ứng dụng trong ngành khí tượng thủy văn.
Mục tiêu đề tài là xây dựng được hệ thống đồng bộ số liệu giữa các đơn vị trong
ngành Khí tượng thủy văn, từ các đài trạm quan trắc trên khắp cả nước để phục vụ
cơng tác dự báo và phịng chống thiên tai. Hệ thống phải đảm bảo hoạt động một
cách tự động, chạy ổn định liên tục 24/24, hiếm khi xảy ra lỗi, dữ liệu được đảm
bảo đầy đủ, độ trễ đường truyền và trễ hệ thống thấp, phục vụ được nhiều đài trạm
trong cả nước và quốc tế.
Người viết xin chân thành cảm ơn Trung tâm Khí Tượng Thủy Văn Quốc Gia,
Trung Tâm Thông Tin và Dữ Liệu đã tạo điều kiện hỗ trợ đồng thời chân thành cám
ơn PGS TS Phạm Ngọc Nam đã hướng dẫn và hỗ trợ người viết thực hiện đề tài
này.
Học viên
Vương Minh Phương


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài tập trung vào xây dựng hệ thống truyền tải đồng bộ thông tin dữ liệu áp
dụng trong ngành khí tượng thủy văn. Hệ thống bao gồm phần thiết kế hệ thống, và
xây dựng phần mềm hoạt động trong hệ thống đó.
Hệ thống bao gồm việc thiết kế mơ hình đồng bộ dữ liệu khí tượng thủy văn
phục vụ công tác dự báo và cảnh báo. Đồng thời thiết kế xây dựng phần mềm đồng
bộ dữ liệu hoạt động trong hệ thống đó.Hệ thống phải đảm bảo số liệu được đồng

bộ đầy đủ chính xác, nhanh chóng, thực hiện trên những tài nguyên sẵn có. Phần
mềm phải đảm bảo ít lỗi, hoạt động ổn định liên tục 24/24. Phần mềm phải có khả
năng tự khơi phục hoạt động khi gặp một số các sự cố hay gặp phải như lỗi khơng
có kết nối internet, mất điện…
Luận văn gồm 5 chương
 Chương 1: Tính cấp thiết của hệ thống đồng bộ dữ liệu KTTV. Chương này
sẽ tập trung vào phân tích tầm quan trọng của hệ thống truyền tin KTTV,
hiện trạng hạ tần kỹ thuật và phương thức truyền số liệu KTTV hiện đang sử
dụng.
 Chương 2: Các giải pháp khoa học kỹ thuật phù hợp cho hệ thống đồng bộ
dữ liệu KTTV. Chương này sẽ tập trung vào đưa ra các giải pháp mơ hình kỹ
thuật có thể áp dụng để xây dựng hệ thống đồng bộ dữ liệu KTTV
 Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống đồng bộ dữ liệu KTTV. Chương
này sẽ tập trung vào xây dựng hệ thống, và phần mềm trên các giải pháp đã
đưa ra.
 Chương 4: Triển khai phần mềm và kiểm thử hệ thống. Chương này sẽ mơ tả
qui trình kiểm thử hệ thống, đưa ra một số kết quả kiểm thử nhất định.
 Chương 5: Kế luận và kiến nghị. Chương này sẽ đưa ra các đánh giá về phần
mềm sau khi kiểm thử và chạy thực tế một thời gian. Các điểm đạt và chưa


đạt của phần mềm đồng thời đưa ra định hướng nâng cấp sắp tới của hệ
thống cho phù hợp với nhu cầu và hạ tầng kỹ thuật


CHƯƠNG 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ
DỮ LIỆU KTTV
Chương này sẽ nêu ra tính cấp thiết của đề tài và khảo sát hiện trạng phương
thức truyền tin KTTV.

1.1. Đặt vấn đề
1.1.1. Bối cảnh
Thiên tai trên thế giới ngày càng có những diễn biến phức tạp trong những năm
gần đây làm số người chết lên đến hàng nghìn người gây thiệt hại hàng trăm tỷ
USD. Trong những năm qua, thiên tai đã làm cả nước thiệt hại rất lớn về người và
tài sản. Theo báo cáo của Trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia, từ năm 2008 đến
cuối 2012 thiên tai làm cả nước chết, mất tích gần 1,9 nghìn người, bị thương gần 3
nghìn người, gây thiệt hại 74 nghìn tỷ đồng. Như vậy tỷ lệ thiệt hại về tài sản chiếm
1,48% GDP hàng năm. Trong năm 2014, có 5 cơn bão và 3 cơn áp thấp nhiệt đới
hoạt động trong Biển Đông, mưa bão và các trận lũ quét đã gây sạt lở đất, làm 133
người chết và mất tích, 145 người bị thương, về tài sản, thống kế của các cơ quan
chức năng cho thấy gần 2000 nhà bị đổ sập 43.000 nhà bị ngập và hư hại, 230.000
ha hoa màu bị thiệt hại. Tổng thiệt hại lên đén 2.830 tỷ đồng. Trong năm 2015 ở
nước ta thiên tai xuất hiện với tần suất dầy đặc. Nắng nóng gay gắt với nền nhiệt độ
cao kỷ lục trong 60 năm qua diễn ra trên diện rộng khiến hàng nghìn người dân khu
vực miền Trung lâm vào cảnh thiếu lương thực nước uống.Theo ban chỉ đạo phòng
chống lụt bão trung ương (PCLB) cho biết, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu nên
5 năm trở lại đây, thiệt hại về tài sản do thiên tai gây ra ngày càng lớn.Dự báo cho
đến những năm tiếp theo thời tiết việt nam vẫn có những diễn biến bất thường theo
xu thế chung của thế giới do hiệu ứng nhà kính cũng như tốc độ tàn phá tự nhiên
của con người.
Với tình hình thời tiết ngày càng biến đổi phức tạp và nhanh chóng, việc dự báo,
cảnh bảo để sớm có biện pháp phịng chống kịp thời là vơ cùng quan trọng. Nhận
thấy tầm quan trong đó, trong rất nhiều năm qua, Việt Nam đã liên tục không ngừng
đầu tư trang thiết bị phục vụ việc dự báo cảnh báo thời tiết. Đã có rất nhiều các trạm
1


đo các thiết bị phục vụ công tác dự báo nhằm đưa ra được các số liệu để người dự
báo viên có thể dựa vào đó tăng được độ chính xác của bản tin dự báo của mình. Do

có rất nhiều loại dữ liệu từ các điểm quan trắc trên khắp cả nước được đưa về để
phục vụ công tác dự báo khí tượng thủy văn. Dữ liệu từ các trạm khí tượng bề mặt,
thám khơng vơ tuyến, đo gió trên cao, thủy văn, hải văn… sau khi quan trắc được
các quan trắc viên chuyển thành mã điện chuyển về. Ngồi ra cịn có các dữ liệu
radar thời tiết, ảnh mây vệ tinh, số liệu mưa tự động, được truyền về với tần suất
liên tục để phục vụ công tác dự báo được kịp thời, và còn rất nhiều loại số liệu khác.
Đó là các loại số liệu trong nước, chúng ta cũng thu dữ liệu từ quốc tế thông qua hệ
thống GTS với trên 500 trạm khí tượng mặt đất và 250 trạm thám không vô tuyến
truyền về liên tục. Ngồi ra cịn có các số liệu và sản phẩm dự báo của các nước
trên thế giới để tham khảo trong quá trình tác nghiệp dự báo. Việc tiếp nhận các loại
số liệu này đảm bảo liên tục chính xác là rất quan trọng, việc gây thất lạc thông tin,
truyền thông tin dữ liệu chậm, sai lệch thông tin về trung tâm dự báo làm ảnh hưởng
đến công tác dự báo thời tiết là vô cùng nghiêm trọng nhất là khi có diễn biến thời
tiết nguy hiểm.
Sau khi trung tâm dự báo đưa ra được sản phẩm dự báo, việc truyền tải các sản
phẩm dự báo, các bản tin khí tượng, bản tin cảnh báo tới các đơn vị chức năng, các
đối tác, để xử lý cũng quan trọng khơng kém.Có rất nhiều đơn vị quan tâm tới các
sản phẩm dự báo để phục vụ nhu cầu, trong nước có thể kể đến như các cơ quan khí
tượng tại hơn 63 tỉnh thành trong cả nước, các đơn vị như không quân, hải quân,
hàng không Gia Lâm, ủy ban tìm kiếm cứu nạn…ngồi nước có thể kể đến Nhật
Bản, Thái Lan, Trung Quốc cũng rất cần số liệu dự báo để làm tư liệu đối chiếu.Sản
phẩm dự báo sau khi được làm ra phải được truyền ngay tới các đơn vị chức năng
không được chậm trễ, việc chậm trễ hay thất lạc sẽ gây thiệt hại lớn nhất là trong
tình hình thiên tai, thời tiết thất thường. Bạn thử tưởng tượng nếu bản tin cảnh báo
mưa dông sấm sét được truyền đi chậm 4-5 phút là coi như bản tin đó khơng cịn giá
trị, bởi vì diễn biến thời tiết nguy hiểm đó xảy ra rất nhanh. Nếu khơng có cảnh báo
kịp thời để thơng báo đến các đơn vị chức năng thì sẽ gây hậu quả khó lường. Qua
đó thấy được tầm quan trong của cơng tác dự báo cũng như việc truyền nhận thông
2

tin khí tượng thủy văn. Đã có hẳn một trung tâm chuyên trách việc thông tin, truyền
tin các sản phẩm KTTV là trung tâm Thông Tin Và Dữ Liệu KTTV. Đảng và chính
phủ cũng rất quan tâm đến vấn đề truyền tin này nên năm 2014 đã ban hành quyết
định 46/2014/QĐ-TTg [1] “Qui định về dự báo cảnh báo và truyền tin thiên tai” và
quan trọng hơn luật KTTV đã chính thức có hiệu lực từ ngày 01/7/2016. Trong
quyết định 46/2014/QĐ-TTg đã quy định việc phải cung cấp liên tục thông tin của
thiên tai xảy ra, trong Điều 4 của Luật KTTV quy định thông tin dự báo, cảnh báo
KTTV phải được truyền phát kịp thời, chính xác đầy đủ. Việc xây dựng hệ thống
truyền tin khí tượng thủy văn tin cậy ổn định nhanh chóng tỏ ra hết sức cần
thiết mang tính sống cịn để đảm bảo phục vụ cơng tác dự báo phịng chống
thiên tai.
Trong thời đại bùng nổ công nghệ thông tin như hiện nay việc áp dụng các cải
tiến sáng chế mới sẽ góp phần tự động hóa cũng như nâng cao hiệu suất và năng lực
thông tin đặc biệt trong công tác truyền tin cảnh báo thiên tai, đồng thời cũng nâng
cao tính bảo mật và chính xác của các thơng tin cảnh báo. Nhận thấy việc có một
phần mềm đồng bộ số liệu giữa các đơn vị trong ngành KTTV và các đơn vị
cộng tác là cần thiết và quan trọng để đảm bảo tính liên tục và kịp thời của dữ
liệu.
1.1.2. Thực trạng nhu cầu truyền tin và đồng bộ số liệu khí tượng thủy văn
Như đã trình bày ở trên, nhu cầu truyền tin và đồng bộ số liệu khí tượng thủy
văn giữa các đơn vị các đài, trạm quan trắc, và trung tâm dự báo khí tượng thủy văn
là rất lớn, số liệu phải đảm bảo tính liên tục và được đồng bộ tới tất cả các đơn vị
tức thì để phục vụ công tác dự báo thời tiết, cảnh báo và phịng chống thiên tai.
Ngồi ra u c ầu bảo mật dữ liệu cũng là vấn đề cấp thiết vì nó liên quan tới bí mật
quốc gia.

a) Hiện trạng dịng dữ liệu KTTV và nhu cầu
Dữ liệu đầu vào phục vụ công tác dự báo
Theo quyết định điện báo [2] mô tả các số liệu phục vụ công tác dự báo

3


 Dữ liệu quan trắc nội địa từ các điểm quan trắc trên khắp cả nước được quan
trắc viên chuyển thành mã điện được tập trung về các Đài Khu Vực (ĐKV)
quản lý, rồi từ các Đài Khu Vực được tập trung về trung tâm Thông Tin Và
Dữ Liệu (TTDL) rồi chuyển qua Trung Tâm Dự Báo (TTDB) để tác nghiệp
dự báo.
 Radar thời tiết từ các trạm radar được Đài Khí Tượng Cao Khơng với tần
suất liên tục được chuyển qua TTDL rồi chuyển qua TTDB phục vụ công
tác.
 Dữ liệu mưa tự động liên tục từ các trạm đo tự động được các ĐKV chuyển
về TTDL rồi chuyển qua TTDB.
 Dữ liệu quốc tế được TTDL thu qua mạng viễn thông GTS với trên 500 trạm
mặt đất 250 trạm thám khơng vơ tuyến và dữ liệu tính tốn từ mơ hình tồn
cầu sản phẩm của các trung tâm dự báo quốc tế làm số liệu đầu vào cho mơ
hình dự báo khu vực, sau đó được truyền qua DB. Số liệu này cũng được gửi
về liên tục tần suất nhiều.
 Dữ liệu ảnh mây vệ tinh được TTDL thu trực tiếp từ vệ tinh khí tượng quốc
tế, các sản phẩm dự báo của một số trung tâm dự báo thời tiết trên thế giới
như Nhật Bản, Trung Quốc, Thái Lan sau đó chuyển sang TTDB. Số liệu này
chuyển về rất nhiều với dung lượng lớn, đặc biệt khi có tình hình thời tiết
diễn biến bất thường như bão, áp thấp nhiệt đới.
Dữ liệu sản phẩm dự báo được gửi đến các đơn vị cộng tác
 Các bản tin dự báo thời tiết hàng ngày bản tin xu thế thời tiết nhiều ngày, sản
phẩm phân tích ảnh mây vệ tinh và radar thời tiết.
 Bản tin cảnh báo thời tiết nguy hiểm, bão lũ, thiên tai…
 Bản tin nhận định thời tiết ngắn hạn dài hạn, biến đổi khí hậu.
 Các bản tin thủy văn hải văn, mực nước, lượng mưa…

 Các bản tin báo cáo về tình hình thời tiết nguy hiểm, giải thích đánh giá
thơng tin KTTV.

4


b) Hiện trạng phương thức truyền tin của ngành KTTV
Tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
Để đáp ứng cho công tác dự báo, theo dõi thời tiết KTTV, v.v…, tất cả số liệu
về các yếu tố quan trắc khí tượng thủy văn và hải văn trong nước, ngoài nước từ
mạng lưới trạm đo, số liệu vệ tinh, mơ hình, Radar, thám khơng, sơ liệu đầu vào cho
các mơ hình số trị thu thập qua Internet… được thu nhận qua hệ thống mạng thông
tin chuyên ngành KTTV do Trung tâm TTDL đảm nhận sẽ được xử lý lưu trữ và tự
động truyền cho TTDB KTTV để phục vụ dự báo.
Các sản phẩm dự báo, mơ hình số trị, bản tin dự báo, v.v… được truyền tới máy
chủ tại Trung tâm TTDL sau đó truyền, gửi về cho các Đài KTTV khu vực, các
Trung tâm KTTV tỉnh và các đơn vị liên quan.
Q trình xử lý, tích hợp chuyển dữ liệu KTTV của Trung tâm DB KTTV qua
Trung tâm TTDL được thực hiện tự động qua hệ thống mạng LAN tại Trung tâm
TTDL. Tuy nhiên, quá trình tự động này vẫn cịn một số hạn chế do sử dụng những
cơng nghệ, các hệ thống phần mềm cũ, chưa được phát triển, vì vậy chưa đáp ứng
đầy đủ u cầu của cơng tác dự báo KTTV đặc biệt là công tác dự báo các hiện
tượng thời tiết nguy hiểm.
Tại các Đài Khí tượng Thủy văn khu vực
Đài KTTV khu vực phụ trách thu thập toàn bộ số liệu quan trắc từ các Trung
tâm KTTV tỉnh và chuyển phát số liệu về Trung tâm Công nghệ thông tin KTTV để
phục vụ nghiệp vụ của Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương. Bên cạnh đó, Đài
KTTV khu vực cũng thu thập các sản phẩm, bản tin dự báo từ Trung tâm TTDL
KTTV để phân cấp phục vụ dữ liệu cho các Trung tâm KTTV tỉnh trong vùng.
Tại các trạm Ra đa thời tiết, do đặc thù của số liệu Rađa là đảm bảo cung cấp số

liệu (thời gian thực) kịp thời phục vụ cho công tác chuyên môn đặc biệt trong các
điều kiện thời tiết nguy hiểm, bão, lũ, mưa lớn, giông, tố, lốc,....Các trạm ra đa thời
tiết phải truyền số liệu ảnh trực tiếp cho các đơn vị KTTV nghiệp vụ thông qua các
hệ thống thơng tin chun ngành có sẵn tại trạm.

5


Hiện nay, quá trình trao đổi dữ liệu này được thực hiện một cách bán tự động,
các cán bộ làm công tác thông tin tại đợn vị phải chủ động thu thập và truyền phát
dữ liệu phục vụ dự báo. Như vậy, công tác thông tin sẽ không đáp ứng được tính
thời gian thực của số liệu và tính cấp thiết của bản tin dự báo, khó đáp ứng được
nhu cầu cho xã hội hiện nay. Trong tương lai gần, khi cơ sở hạ tầng thông tin của
ngành được đầu tư xây dựng với những hệ thống thông tin mới (hệ thống thông tin
qua vệ tinh, hệ thống thông tin qua mạng diện rộng, các hệ thống cơ sở dữ liệu, …),
hệ thống hiện tại sẽ không thể đáp ứng được về kỹ thuật và các phương thức truyền
dữ liệu. Do đó, hệ thống xử lý, tích hợp chuyển mạch đồng bộ dữ liệu phải cần
được đầu tư xây dựng để sẵn sàng cho sự phát triển công nghệ thông tin của ngành
phục vụ dự báo, đáp ứng yêu cầu cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa, tự động hóa của
ngành KTTV.
Tại các Trung tâm KTTV tỉnh
Các Trung tâm KTTV tỉnh chủ yếu thu thập số liệu quan trắc của các trạm do
đơn vị quản lý vào thời gian nhất định theo yêu cầu nghiệp vụ của Trung tâm Dự
báo KTTV Trung ương. Sau khi số liệu được thu thập sẽ được chuyển về Đài
KTTV khu vực qua điện thoại, máy vô tuyến điện (ICOM) hoặc đương truyền
Internet. Tại Trung tâm KTTV tỉnh cũng có thể chuyển số liệu trực tiếp về Trung
ương theo mạng thơng tin chun ngành khi có yêu cầu hoặc do sự cố hệ thống tại
Đài KTTV khu vực.
Tại Trung tâm KTTV tỉnh công tác thu thập sản phẩm, bản tin, các dữ liệu
KTTV từ Đài KTTV khu vực, hoặc trực tiếp từ Trung tâm TTDL KTTV trong một

số trường hợp theo yêu cầu, để phục vụ dự báo cho địa phương bằng các thao tác do
các dự báo viên thực hiện. Nhìn chung, cơng tác thu thập, chuyển phát thông tin tới
Đài KTTV khu vực và Trung tâm KTTV Trung ương từ Trung tâm KTTV tỉnh là
hoàn toàn chủ động do các cán bộ phải dùng các phần mềm kết nối, thu thập,
chuyển phát dữ liệu phục vụ dự báo. Bởi vậy, dữ liệu phục vụ dự báo tại các thời
điểm dự báo bị hạn chế bởi vì các dự báo viên khơng có đủ thời gian để thu thập hết
một lượng lớn dữ liệu tại Đài KTTV Khu vực hoặc tại Trung tâm TTDL KTTV.

6


Tại trung tâm TTDL
Đóng vai trị là cầu nối giữa đơn vị Trung Tâm Dự Báo KTTV và các đơn vị.
Hình 1 Mơ tả chi tiết về hiện trạng mơ hình chia sẻ dữ liệu của trung tâm
TTDL.Hiện tại, hệ thống mạng tại Trung tâm TTDL KTTV được kết nối với
internet qua 2 đường VDC (5MB) và CMC (2MB). Hệ thống mạng LAN giữa
Trung tâm TTDL KTTV và Trung tâm Dư báo KTTV Trung ương đã được phân
tách rõ ràng về mặt vật lý. Tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương thiết lập một
cổng thông tin (10.151.0.9) để trao đổi dữ liệu với Trung tâm TTDL KTTV, Các dữ
liệu thu nhận từ Trung tâm TTDL KTTV sẽ được truyền tới Trung tâm Dự báo
KTTV Trung ương qua cổng thông tin này và ngược lại. Các Đài KTTV Khu vực
và các Trung tâm KTTV Tỉnh trao đổi dữ liệu chủ yếu qua Internet kết nối về Trung
tâm TTDL KTTV. Tại Trung tâm TTDL KTTV thiết lập máy chủ kiểm tra các
thơng tin kết nối qua khóa cứng (HardLock) trước khi được quyền truy nhập vào hệ
thống. Trong hệ thống, thiết lập máy chủ chia sẻ dữ liệu cho các Đài KTTV Khu
vực và các Trung tâm KTTV tỉnh tại Trung tâm TTDL KTTV. Trên máy chủ này
phân chia rõ các loại số liệu và các quyền truy cập theo case thư mục. Việc thu thập
và chuyển phát số liệu tại các Đơn vị được thực hiện bởi các Dự báo viên qua phần
mềm HMSClients đã được cài đặt và chuyển giao.
Bên cạnh việc phục vụ dữ liệu với cho các Đơn vị trong Trung tâm KTTV

Quốc gia, Trung tâm TTDL KTTV cịn có một máy trạm chuyển số liệu tới máy
chủ của Ủy ban Phòng chống lụt báo Trung ương qua kênh thuê riêng 64Kbps và
Internet (mới được thiết lập). Ngoài ra, một số đơn vị như Bộ tư lênh Phịng khơng
Khơng qn, Bộ Tư lệnh Hải qn, Ủy ban Tìm kiếm Cứu nạn, … cũng truy cập và
thu thập dữ liệu phục công tác chuyên môn cho đơn vị mình.

7


Bắc king
Trung
Quốc

Băng kốc
Thái Lan

Mát cơ va
Nga

Trung tâm DB
KTTV TW

Trung tâm
CNTT KTTV

Đài KTTV khu
vực

Đài THVN
VTV

Trung tâm
SL Nhật
Bản

Đài KT Cao
không

UB PCLB
TƯ

Không
Quân

Hàng
không

Hải quân

Đài dun
hải

Trung tâm
KTTV tỉnh

UB cứu hộ
cứu nạn
TƯ

Trạm KTTV,

Radar

CQ khác

Hình 1-1:Mơ hình chia sẻ dữ liệu tại trung tâm TTDL

Như vậy, với hiện trạng hệ thống mạng tại Trung tâm Công nghệ thơng tin
KTTV như trên hồn tồn có thể thiết lập hệ thống mạng riêng ảo kết nối các đơn vị
nghiệp vụ trong Trung tâm KTTV Quốc gia qua Internet. Hệ thống xử lý, chuyển
mạch, tích hợp đồng bộ dữ liệu sẽ được xây dựng phát triển đảm bảo tính tự động
vận hành của hệ thống và quản trị tập trung tại Trung tâm TTDL như vậy sẽ đảm
bảo hệ thống họat động ổn định và nâng cao được hiệu quả công tác dự báo KTTV
trong các đơn vị nghiệp vụ.

8


1.2. Thực trạng các phần mềm truyền tin và đồng bộ dữ liệu trên thế
giới hiện nay
Các phần mềm truyền số liệu (đồng bộ số liệu) hiện nay không phải là hiếm, có
thể liệt kê ra rất nhiều phần mềm có tính năng đồng bộ số liệu như dropbox, google
drive, onedrive…. Các phần mềm đó được đầu tư qui mơ bài bản từ các tập đoàn
lớn như google, microsoft… với hệ thông server cực lớn. Đa số các hệ thống này
đều có nguyên lý hoạt động tương tự nhau, dưới đây sẽ giới thiệu về hệ thống
Dropbox.

a) Hệ thống dropbox
Dropbox là dịch vụ lưu trữ trực tuyến do công ty Dropbox phát triển. Dropbox
cung cấp các chức năng chính là lưu trữ đồng bộ dữ liệu trực tuyến bằng công nghệ
điện toán đám mây. Khả năng đồng bộ theo thời gian thực và tự động thực hiện sao

lưu dữ liệu các phần mềm client. Hình 2 mơ tả mơ hình hoạt động của Dropbox với
phần mềm dropbox của 1 user được cài ở máy tính ở nhà và ở cơ quan. Phần mềm
này sẽ được kết nối tới server của Dropbox thơng qua internet.

Server Dropbox

Hình 1-2: Mơ hình hoạt động của dropbox

Dropbox cho phép người dùng tạo nên một thư mục đặc biệt trên máy tính khác
nhau và khi người dùng đặt tập tin dữ liệu vào trong thư mục Dropbox trên một máy
tính nào đó thì ngay lập tức, chúng sẽ xuất hiện trên bất kì các thiết bị khác mà đã
9


được cài sẵn phần mềm và tài khoản dropbox của người dùng. Khả năng hỗ trợ
nhiều client của dropbox là rất lớn, chỉ cần có thiết bị có kết nối internet và tài
khoản dropbox là có thể truy cập được nguồn dữ liệu.
Các tập tin của người dùng khi được đưa vào thư mục Dropox sẽ được Dropbox
sao chép và lưu trữ tự động trên các máy chủ an toàn của họ nên người dùng cũng
có thể truy cập vào chúng từ bất kỳ các máy tính hoặc các thiết bị di động khác của
người dùng thông qua trang web của Dropbox. Ngay cả khi ở nhà hay khi ở nơi làm
việc hoặc ở bất kỳ đâu chỉ cần có internet thì chúng ta đều có thể truy cập tập tin từ
thiêt bị của mình. Các dữ liệu khi được đưa vào thư mục đồng bộ thì sẽ được upload
lên server của Dropbox và khi client online tài khoản dropbox đó ở bất kỳ đâu dữ
liệu cũng được tự động tải về.
Dropbox hỗ trợ chia sẻ tập tin một cách dễ dàng. Chúng ta có thể dễ dàng chia
sẻ một phần hoặc toàn bộ tài liệu bằng cách đặt các thư mục muốn chia sẻ vào
dropbox rồi sau đó gửi email mời những người mà mình muốn chia sẻ thư mục đó.
Chúng ta cũng có thể gửi liên kết tải của những tập tin có trong Dropbox của mình
cho người khác.

Vì chức năng của dropbox như một dịch vụ lưu trữ nên nó tập trung vào các
chức năng đồng bộ hóa và chia sẻ. Nó hỗ trợ truy vết lịch sử sửa đổi, nên các tập tin
đã bị xóa từ thư mục Dropbox có thể được phục hồi từ bất kỳ máy tính được đồng
bộ. Dropbox hỗ trợ kiểm sốt phiên bản của nhiều người dùng cho hép nhóm người
dùng có thể chỉnh sửa tập tin mà khơng bị trường hợp ghi đè tập tin lên nhau. Các
phiên bản mặc định được lưu trong 30 ngày với số lượng vô hạn. Việc quản lý
phiên bản được kết hợp với việc sử dụng cơng nghệ mã hóa Delta. Khi một tập tin
trong thư mục dropbox bị thay đổi thì dropbox chỉ tải lên các phần tập tin bị thay
đổi khi đồng bộ.
Dropbox vẫn đang sử dụng hệ thống lưu trữ của Amazon’s simple storage
service để lưu trữ tập tin. Dropbox cuãng sử dụng truyền tin SSL cho việc đồng bộ
và lưu trữ dữ liệu thơng qua mã hóa AES-256

10


Nói chung các hệ thống đồng bộ dữ liệu của dropbox hay của các công ty lớn
hiện nay như Google Drive, One Drive… hoạt động tương đối tốt và ổn định, tuy
nhiên các phần mềm đó đều dấy lên các mối quan ngại:
Tính riêng tư của dữ liệu:
Khi các dữ liệu sẽ phải lưu trữ trên server của của các hãng (Dropbox sử dụng
hệ thống máy chủ lưu trữ của Amazon) rồi sau đó mới được đồng bộ tới các đơn vị
nhận số liệu (client) điều đó nảy sinh vấn đề rất lớn. Các dữ liệu về địa hình, thời
tiết, tài nguyên… vốn là dữ liệu phải được đảm bảo tính bảo mật cực cao. Bạn
khơng thể chắc chắn rằng các dữ liệu đó có bị sử dụng vì mục đích nào khác hay
khơng. Việc để lộ các dữ liệu đó liên quan mật thiết tới an ninh quốc gia nên việc
lưu trữ dữ liệu tại một server không do mình quản lý là vấn đề nhạy cảm.
Nỗi lo về downtime
Không một nhà cung cấp dịch vụ đám mây nào có thể đảm bảo với bạn rằng
máy chủ của họ sẽ chạy 100% liên tục và không bao giờ phải dừng lại, dù cho có sự

cố. Khi có sự cố phải chờ các hãng khắc phục thì mới có thể sử dụng trở lại chứ
chúng ta không thể tự chủ động khắc phục được. Trong khi đó việc truyền tải thơng
tin khí tượng thủy văn phải được đáp ứng liên tục, kịp thời để tránh gây thiệt hại to
lớn về người và của. Bạn thử tưởng tượng khi đang có nhu cầu đồng bộ thông tin số
liệu gấp mà hệ thống máy chủ dropbox gặp sự cố sẽ gây vấn đề gián đoạn trong
truyền tin gây ảnh hưởng nghiệm trong tới công tác truyền tin dự báo KTTV.
Nỗi lo mất dữ liệu
Khi dịch vụ lưu trữ trực tuyến bất ngờ ngừng cung cấp dịch vụ thì người dùng
sẽ phải sao lưu dữ liệu điều này gây rất mất thời gian và cơng sức. Và cịn mối quan
ngại rằng liệu người dùng có thể sao lưu tồn bộ dữ liệu của họ khơng hay dữ liệu
có thể bị hủy tồn bộ trong trường hợp dịch vụ này ngưng hoạt động.

11


Vấn đề bảo mật
Vấn đề bảo mật dữ liệu khi lưu trữ trên “mây” là phải phụ thuộc hoàn toàn vào
phương án bảo mật của nhà cung câp dịch vụ. Nó có thể bớt đi phần nào khi chúng
ta chọn nhà cung cấp dịch vụ uy tín. Họ sẽ có những giải pháp bảo mật tốt cho dữ
liệu của chúng ta tùy vào nhà cung cấp dịch vụ đám mây. Tuy nhiên điều đó cũng
khơng làm biến mất hồn tồn mối lo về vấn đề này đối với số liệu quan trọng như
số liệu KTTV.
Từ các mối lo ngại trên chúng ta thấy được sựu cần thiết phải tự xây dựng
hệ thống truyền tin, đồng bộ dữ liệu sử dụng cho ngành KTTV phục vụ công
tác dự báo, cảnh báo.

1.3. Sự cần thiết phải xây dựng phần mềm đồng bộ dữ liệu KTTV
Cần thiết phải xây dựng hệ thống đồng bộ riêng cho ngành KTTV vì những lý
do sau đây:
 Thơng tin dữ liệu KTTV chính xác kịp thời là rất quan trọng phục vụ cho

việc dự báo cảnh báo thiên tai.
 Dữ liệu đầu vào phục vụ dự báo ngày càng gia tăng về số lượng trạm đo
cũng như chủng loại và tần suất truyền về (173 trạm synop, 99 trạm điện báo
mưa lũ, hơn 300 trạm thủy văn, số liệu ảnh mây vệ tinh, radar…dẫn đến số
liệu đổ về phục vụ dự báo là lớn (về cả dung lượng và tần suất cũng như số
lượng).
 Hệ thống truyền tin cũ khơng cịn đảm bảo (tốc độ chậm, truyền tải qua
nhiều khâu chung gian gây trễ bản tin, độ bảo mật không cao…).
 Bộ Tài Nguyên và Môi Trường đang triển khai hệ thống mạng diện rộng của
ngành Tài Ngun Mơi Trường, cần có kế hoạch phù hợp để kết nối mạng
thông tin chuyên ngành KTTV với mạng diện rộng của bộ.
 Việc kích hoạt các hệ thống dự phòng trong trường hợp sự cố vẫn chưa được
tự động hóa, cịn mang tính chất thủ cơng, thụ động khơng đáp ứng kịp thời
cho công tác dự báo, cảnh báo của các đơn vị nghiệp vụ.

12


 Cần đảm bảo tính bảo mật dữ liệu và tự chủ trong khâu quản lý, giám sát,
truyền nhận số liệu.
1.3.1. Mục tiêu của đề tài
 Xây dựng phần mềm Đồng bộ số liệu giữa các đơn vị khai thác số liệu cũng
như đơn vị cung cấp số liệu KTTV đảm bảo về tính ổn định tốc độ truyền tải,
thời gian trễ thấp, và tính bảo mật đáp ứng nhu cầu của số liệu KTTV
1.3.2. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm
 Các giải pháp khoa học kỹ thuật
 Phân tích thiết kế usecase của hệ thống
 Thiết kế cơ sở dữ liệu
 Xây dựng phần mềm dưới dạng services windows

1.4. Kết luật chương
Nội dung chương này đưa ra cho người đọc cái nhìn tổng quan về thực trạng và
nhu cầu truyền dữ liệu KTTV phục vụ cho công tác dự báo thiên tai nước ta hiện
nay, đồng thời cũng cho thấy tính cấp thiết của việc tự xây dựng một hệ thống đồng
bộ dữ liệu KTTV.

13


CHƯƠNG 2. CÁC GIẢI PHÁP KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
PHÙ HỢP CHO HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ DỮ LIỆU KTTV
Nội dung chương này sẽ tập trung vào các giải pháp khoa học kỹ thuật nhằm
giải quyết bài toán đồng bộ dữ liệu KTTV, có rất nhiều giải phải cho vấn đề
này.Người viết sẽ tập trung vào giới thiệu một vài giải pháp phổ biến và chọn ra
một giải pháp tốt nhất với tình hình thực tế.

2.1. Socket
Socket [3] [4]là một giao diện lập trình ứng dụng (API) mạng. Thơng qua giao
diện này chúng ta có thể lập trình điều khiển việc truyền thông giữa 2 máy sử dụng
giao thức TCP, UDP… Socket có thể tưởng tượng như là thiết bị truyền thơng hai
chiều gửi- nhận dữ liệu giữa 2 máy tình với nhau. Mỗi tiến trình khi muốn truyền
thơng bằng socket, đầu tiên phải tạo ra một địa chỉ socket. Một địa chỉ socket bao
gồm tổ hợp địa chỉ IP và Port, nó chỉ ra tiến trình truyền thơng nào (port) và chạy
trên máy nào IP sẽ thực hiện truyền thông. Để hỗ trợ các nhà sản xuất phần mềm đã
xây dựng sẵn một API và gọi là tập hàm thư viện giao diện socket được phân ra làm
3 loại như ở hình 3

Hình 2-1: Các kiểu socket

14


 Stream socket: Sử dụng giao thức hướng kết nối TCP
 Datagram socket: Sử dụng giao thức không hướng kết nối UDP
 Raw socket: Đây là kiểu socket cho phép truyền thông tới các giao thức ở
tầng mạng thấp hơn tầng transportation tiêu biểu nhất là giao thức ICMP
hoặc OSPF.

2.2. Các mơ hình lập trình mạng
2.2.1. Mơ hình client/server
Mơ hình client/server [5] được sử dụng rất phổ biến trong thực tế. Chương trình
ứng dụng mạng theo mơ hình này gồm 2 phần: phần mềm server (phục vụ) và phần
mềm client (máy khách) được thể hiện như hình dưới. Một chươn trình server có
thể phục vụ nhiều chương trình client đồng thời hoặc tuần tự. Mơ hình client/server
cung cấp một cách tiếp cận tổng quát để chia sẻ tài nguyên trong các hệ thống phân
tán. Mơ hình này có thể được cài đặt bằng rất nhiều môi trường phần cứng và phần
mềm khác nhau. Các máy tính được sử dụng để chạy các tiến trình client/server có
nhiều kiểu khác nhau và không cần thiết phải phân biệt giữa chúng; cả tiến trình
client và tiến trình server đều có thể chạy trên cùng một máy tính. Một tiến trình
server có thể sử dụng dịch vụ của một server khác. Dưới đây là hình vẽ mơ tả hệ
thống theo mơ hình client-server:

Server

Client

Client
Hình 2-2: Mơ hình client-server

15

Client


a) Chương trình client:
Client là một trương trình chạy trên máy cục bộ mà đưa ra yêu cầu dịch vụ đối
với Server. Chương trình Client có thời gian chạy hữu hạn. Nó được khởi đầu bởi
người sử dụng (Hoặc bởi một chương trình khác) và kết thúc khi dịch vụ thực hiện
đã hoàn thành. Sau khi khởi tạo client thực hiện mở một kênh truyền thông thông
kết nối với IP và port xác định trước của server cụ thể mà chương trình Client muốn
kết nối tới. Cách mở port đó gọi là active open port (mở port chủ động) Sau khi
kênh truyền được thiết lập client sẽ gửi yêu cầu tới server và nhận đáp ứng trả về từ
server.

b) Chương trình server:
Chương trình này có đặc điểm là thời gian chạy vô tận và chỉ dừng bởi người sử
dụng hoặc do sự cố máy tính. Chương trình này sau khi khởi tạo sẽ thực hiện mở
port thụ động (passive open port) để lắng nghe các tín hiệu từ client gửi đến. Nếu có
tín hiệu gửi đến nó sẽ tiếp nhận thực hiện xử lý đáp ứng yêu cầu đó.

c) Cách thức truyền tin Client-Server
Mơ hình truyền tin client/server hướng tới việc cung cấp dịch vụ. Quá trình trao
đổi dữ liệu được mơ tả ở hình dưới đây, bao gồm:
1. Truyền một yêu cầu từ tiến trình client tới tiến trình server.
2. Yêu cầu được server xử lý.
3. Truyền đáp ứng cho client.

16