Nghiên cứu mô hình dịch vụ dựa trên vị trí và ứng dụng

--- NGUYỄN THỊ THU GIANG NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH DỊCH VỤ DỰA TRÊN VỊ TRÍ VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính Mã số: 60.48.15 Người hướng dẫn khoa học: PGS... Với các

-

NGUYỄN THỊ THU GIANG

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH DỊCH VỤ DỰA TRÊN VỊ TRÍ

VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính

Mã số: 60.48.15

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS ĐẶNG VĂN ĐỨC

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2013

MỞ ĐẦU

Điện thoại di động và Internet đã tạo nên cuộc cách mạng trong lĩnh vực truyền thông và có tác động lớn đến đời sống xã hội, làm thay đổi lối sống của nhiều người Việc gia tăng về số lượng điện thoại di động, điện thoại thông minh, các thiết bị trợ giúp cá nhân

kỹ thuật số (PDA- Personal Digital Assistants), cho phép chúng ta có thể truy cập Internet bất cứ đâu, ở bất cứ thời điểm nào mong muốn Với các hỗ trợ từ Internet, mạng di động, thiết bị định vị toàn cầu, bản đồ số đã làm cho các ứng dụng trên thiết bị di động càng trở lên phong phú đa dạng, đặc biệt là các ứng dụng dịch vụ dựa trên vị trí địa lý như các hệ thống dẫn đường ô tô, hướng dẫn người đi bộ, tìm kiếm các tiện ích, quảng cáo, Mặc dù

đã có nhiều sản phẩm phần mềm, dịch vụ dựa trên vị trí địa lý được triển khai khá hiệu quả nhưng những sản phẩm, dịch vụ mang đặc thù riêng, phù hợp với điều kiện kinh tế, xã hội hiện tại của Việt Nam thì vẫn còn rất thiếu Việc nghiên cứu, xây dựng và triển khai các dịch vụ này cho phù hợp với điều kiện thực tế của Việt Nam là rất cần thiết

Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, đề tài “Nghiên cứu mô hình dịch vụ dựa trên vị trí và ứng dụng” nhằm mục tiêu tiếp cận, nghiên cứu các đặc điểm, ứng dụng, cơ sở hạ

tầng, các mô hình triển khai dịch vụ dựa trên vị trí địa lý Trên cơ sở đó, đề tài đưa ra đề xuất giải pháp mô hình ứng dụng LBS hỗ trợ quản lý, theo dõi phương tiện taxi

Cấu trúc nội dung của luận văn bao gồm các phần sau:

Chương 1: Tổng quan về LBS

Chương 2: Cơ sở hạ tầng của hệ thống LBS

Chương 3: Đề xuất mô hình ứng dụng LBS hỗ trợ quản lý theo dõi taxi

Chương 4: Kết quả và bàn luận

Kết luận: Phần này tóm tắt những kết quả mà luận văn đã đạt được và đề xuất hướng nghiên cứu trong thời gian tới

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LBS

Giới thiệu tổng quan về LBS, trình bày các định nghĩa về LBS, các lĩnh vực liên quan, khả năng nghiên cứu, ứng dụng hiện nay của LBS

1.1 Định nghĩa LBS

LBS viết tắt của Location-based Service (dịch vụ dựa trên vị trí địa lý) là dịch vụ

được tạo ra từ sự kết hợp của công nghệ GPS (Global Positioning System – Hệ thống định

vị toàn cầu), công nghệ truyền thông không dây, công nghệ GIS (Geographic Information Systems - Hệ thống thông tin địa lý) và công nghệ Internet

LBS là phần giao giữa ba nhóm công nghệ là các công nghệ thông tin và truyền thông hiện đại như các hệ thống truyền thông di động, thiết bị di động cầm tay với Internet

và các hệ thống thông tin địa lý (GIS)/cơ sở dữ liệu (CSDL) không gian

Hình 1.1: LBS là phần giao của các công nghệ

Luận văn tập trung nghiên cứu về LBS, các thành phần, các mô hình triển khai của LBS, trên cơ sở đó thiết kế mô hình ứng dụng LBS trong quản lí phương tiện taxi

1.2 Các thành phần cơ bản của LBS

Theo [9], LBS bao gồm các thành phần chính sau (thể hiện trên hình 1.2):

Hình 1.2: Các thành phần cơ bản của LBS

GIS/CSDL không gian

Các thiết bị

di động

Internet

Các thành phần của LBS

Các thành phần của LBS Thiết bị di động

Mạng truyền thông

Nhà cung cấp dịch vụ

và nội dung

Hệ thống định vị

Các thiết bị di động: Là các công cụ để người dùng yêu cầu và truy cập các thông tin mong muốn Kết quả trả về có thể là lời nói, tranh ảnh hay văn bản Các thiết bị có thể

là điện thoại di động, thiết bị hỗ trợ cá nhân kỹ thuật số (PDA), máy tính xách tay, thậm chí

là thiết bị dẫn đường trên ô tô

Mạng truyền thông: thành phần thứ hai là mạng truyền thông với vai trò truyền các

dữ liệu người dùng, các yêu cầu dịch vụ từ các thiết bị di động đầu cuối đến các nhà cung cấp dịch vụ và sau đó tải các thông tin về phía người dùng

Hệ thống định vị: Để dịch vụ có thể hoạt động được, cần thiết phải xác định được vị trí của người dùng

Các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng: Các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau cho người dùng và có trách nhiệm xử lý các yêu cầu dịch vụ của người dùng

Nhà cung cấp dữ liệu và nội dung: Các dữ liệu và nội dung liên quan như bản đồ,

dữ liệu về giao thông đều được lưu trữ tại các công ty, các cơ quan có thẩm quyền

1.4 Các mô hình dịch vụ LBS

Tùy thuộc vào khả năng của các thành phần tham gia trong hệ thống dịch vụ LBS như tốc độ và băng thông của đường truyền, tài nguyên và khả năng xử lý của các thiết bị di động, khả năng của máy chủ cung cấp dịch vụ các dịch vụ LBS có thể được triển khai theo các mô hình khác nhau như:

Mô hình nặng máy chủ, nhẹ máy trạm

Mô hình nhẹ máy chủ, nặng máy trạm

Mô hình cân bằng

1.5 Khả năng ứng dụng của LBS

1.5.1 Tính hữu dụng của LBS

1.5.2 Khả năng ứng dụng

Các ứng dụng phổ biến hiện nay của các dịch vụ LBS là rất phong phú và đa dạng Chúng được phân chia thành các nhóm chính sau đây:

Dẫn đường ô tô, hướng dẫn người đi bộ; Theo dõi (tracking), quản lý đội ngũ xe cơ giới, các gói bưu phẩm…

Các dịch vụ cứu nạn/cứu hộ (Emergency Services): cứu nạn xe cộ hỏng hóc trên

đường, hỏa hoạn, cấp cứu sức khỏe

Tìm kiếm các tiện ích, quảng cáo, dịch vụ du lịch, vận tải, tìm kiếm nội dung (trang vàng); Người sử dụng phát sinh nội dung bản đồ

Chia sẻ nội dung bản đồ; Tìm kiếm thông tin, truyền thông điệp trong mạng xã hội

1.5.3 Ví dụ về ứng dụng LBS

Chương 2: CƠ SỞ HẠ TẦNG CỦA HỆ THỐNG LBS

Chương 2 giới thiệu kiến trúc tổng thể và các kiểu thiết dịch vụ LBS, các thành phần

cơ bản của LBS: Các thiết bị di động, hệ thống định vị toàn cầu, truyền tin không dây, tích hợp Web-GIS…

2.1 Kiến trúc tổng thể LBS

Hình 2.1: Luồng thông tin giữa các thành phần của LBS 2.2 Các mô hình dịch vụ thiết kế

2.2.1 Mô hình triển khai trên nền dịch vụ Web

Mô hình này đòi hỏi cả hai phía cung cấp dịch vụ (máy chủ) và phía khai thác dịch

vụ (máy khách) phải có cấu hình phần cứng đủ mạnh, khả năng xử lý tốt

Các thành phần chính trong mô hình này bao gồm: Máy chủ cung cấp dịch vụ, Máy khách, Môi trường truyền thông

Hình 2.2: Mô hình dịch vụ LBS trên nền Web

Công ty X

Nhà cung cấp dữ liệu/nội dung Thiết bị/

người dùng

Mạng truyền thông

Internet

Hệ thống định vị

Một số đặc điểm chính của mô hình này:

- Giao diện người dùng, dữ liệu, thông tin được thể hiện trên nền web

- Môi trường truyền tải thông tin chính là Internet

- Máy chủ phải có cấu hình đủ mạnh để cung cấp dịch vụ và lưu trữ dữ liệu

- Máy khách cần có cấu hình đủ mạnh để có thể duyệt web và thể hiện thông tin dưới dạng hình ảnh (bản đồ)

Ưu điểm:

Do được triển khai trên nền web nên có khả năng cung cấp dịch vụ phong phú, tính tương thích cao (ít bị phụ thuộc vào nền tảng phần cứng hay phần mềm) Dữ liệu có thể được biểu diễn trực quan bằng hình ảnh, kết hợp văn bản, thậm chí cả âm thanh

Nhược điểm:

Đòi hỏi máy chủ phải có cấu hình đủ mạnh; Máy khách cũng phải có cấu hình đủ mạnh với khả năng kết nối Internet, hỗ trợ trình duyệt web Theo yêu cầu này, một số loại máy điện thoại cấu hình thấp nhưng đang được sử dụng khá phổ biến hiện nay khó có thể khai thác được dịch vụ Đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao, băng thông lớn

2.2.2 Mô hình triển khai dựa trên dịch vụ SMS

Mô hình này dựa vào mạng truyền thông GSM (dịch vụ SMS) Máy chủ cung cấp dịch vụ cũng như máy khách khai thác dịch vụ đều phải có khả năng gửi nhận thông tin qua mạng GSM

Hình 2.3: Mô hình dịch vụ LBS trên dịch vụ tin nhắn SMS

- Máy khách: thông thường là các loại điện thoại di động, smart phone hay các PDA

có khả năng đàm thoại, gửi nhận tin nhắn SMS Nếu là máy tính hay thiết bị chuyên dụng khác thì yêu cầu phải có khả năng gửi nhận tin nhắn SMS

- Môi trường truyền thông: mô hình này được sử dụng SMS của mạng GSM để

truyền dữ liệu Khả năng khai thác dịch vụ SMS là mặc định cho hầu hết các thiết bị đàm thoại trong mạng truyền thông di động

- Dịch vụ định vị: giống mô hình trên

Một số đặc điểm của mô hình này:

- Môi trường truyền tải thông tin chính là mạng SMS, băng thông hẹp

- Máy chủ ngoài khả năng lưu trữ dữ liệu, xử lý, đáp ứng các yêu cầu dịch vụ đến từ máy khách còn phải có khả năng kết nối và khai thác dịch vụ của mạng GSM

- Cấu hình yêu cầu phía máy khách phải khá linh hoạt, tuỳ thuộc lựa chọn giao diện, chất lượng dịch vụ

Ưu điểm:

Yêu cầu về phần cứng nói chung và môi trường truyền thông là đơn giản

Mô hình này dễ triển khai rộng do yêu cầu phần cứng cho máy khách linh hoạt, các máy cấu hình thấp cũng có thể đáp ứng được

Nhược điểm:

Tốc độ thấp và băng thông sử dụng hẹp nên khó triển khai được các dịch vụ chất lượng cao Yêu cầu cài đặt giao diện phía khách trên từng máy, phụ thuộc nhiều vào cấu hình phần cứng và hệ điều hành của máy khách

Hình 2.4: Mô hình dịch vụ LBS trên nền Web và SMS 2.3 Các thiết bị di động

2.5 Truyền tin không dây

2.5.1 Mạng thông tin di động không dây

2.5.2 Mạng không dây diện rộng

tất cả các trình duyệt web thì các ứng dụng GIS trên nền web phải được thiết kế theo các kỹ

thuật của mạng Internet

Hình 2.14: Sơ đồ hoạt động của WebGIS

Khi nhu cầu phát sinh, phía máy khách sẽ gửi yêu cầu đến Web Server, nếu yêu cầu

là dữ liệu không gian địa lý thì Web Server sẽ gửi tiếp yêu cầu đến ứng dụng GIS, và tại đây

nó sẽ truy vấn để lấy dữ liệu cần thiết từ kho dữ liệu Sau đó dữ liệu bản đồ sẽ được gửi trả

lại WebServer Dữ liệu sẽ được định dạng lại và hiển thị lên web brower của Client

Ngày nay, có rất nhiều giải pháp bản đồ trực tuyến như MapBuilder, Mapbender,

MapServer, GeoServer, OpenLayers … tuy nhiên trong khuôn khổ luận văn sẽ nghiên cứu

về GeoServer, OpenLayers

2.6.2.1 Công nghệ GeoServer

GeoServer là máy chủ mã nguồn mở dùng để kết nối những thông tin địa lý có sẵn

tới các trang Web địa lý (Geoweb) sử dụng chuẩn mở

GeoServer cho phép xuất dữ liệu địa lý ra các dạng bản đồ/ảnh (sử dụng Web Map

Server), dữ liệu thực tế (sử dụng Web Feature Server), và cho phép người sử dụng cập nhật,

thêm, xóa các thuộc tính (sử dụng Web Feature Server-Transactional)

2.6.2.2 Thư viện JavaScript nguồn mở OpenLayers

OpenLayers là một dự án của Open Source Geospatial Foundation

OpenLayers cho phép đưa bản đồ động lên bất kỳ trang Web nào một cách dễ dàng OpenLayers là thư viện JavaScript hoàn chỉnh để hiển thị dữ liệu bản đồ lên tất cả các trình

duyệt Web mà không phụ thuộc vào phía server OpenLayers cung cấp thư viện JavaScript

API hỗ trợ hoàn chỉnh việc xây dựng các ứng dụng bản đồ trên nền Web, tương tự như

Google Maps hay MSN Virtual Earth APIs

Chương 3: ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH ỨNG DỤNG LBS HỖ TRỢ

QUẢN LÝ THEO DÕI TAXI

Trình bày các nội dung: xác định nhiệm vụ, xây dựng mô hình hệ thống từ tổng quát đến chi tiết các thành phần, phân tích thiết kế hệ thống

3.1 Nhiệm vụ chính của hệ thống

Luận văn bước đầu đề xuất mô hình ứng dụng LBS hỗ trợ việc quản lý, theo dõi, điều hành taxi Với nhiệm vụ chính của hệ thống là: Quản lý thông tin, vị trí của các xe taxi theo thời gian thực thông qua các dịch vụ bản đồ trên nền web kết hợp với hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và hệ thống tin nhắn của các mạng di động

3.2 Mô hình hệ thống

3.2.1 Mô hình tổng quát của hệ thống

Hệ thống xây dựng dựa theo mô hình phối hợp sử dụng công nghệ web, mạng Internet với hệ thống thông tin di động GSM thông qua dịch vụ SMS

Hình 3.1: Mô hình hệ thống LBS

Hệ thống bao gồm một trung tâm điều khiển có tác dụng điều phối mọi hoạt động của

hệ thống, các xe taxi được gắn thiết bị thu tín hiệu GPS, các máy trạm có kết nối mạng LAN hoặc Internet Cả trung tâm điều khiển và taxi đều được kết nối tới các mạng di động Cụ thể trong mô hình thử nghiệm:

Mỗi xe có gắn 1 điện thoại di động có chức năng thu tín hiệu GPS, trên điện thoại này được cài đặt chương trình gửi tin nhắn riêng để xử lý và gửi các thông số thu được từ GPS về trung tâm điều khiển

Tại trung tâm điều khiển, máy tính chủ được kết nối với thiết bị Modem GSM/GPRS Thiết bị Modem này cùng với chương trình xử lý được cài đặt trên máy tính chủ có nhiệm vụ thu thập, xử lý các số liệu từ các xe gửi về

Đồng thời tại máy tính chủ được cài đặt module GIS Server cung cấp các dịch vụ GIS qua mạng LAN hay Internet

Các máy trạm chỉ đơn giản sử dụng các trình duyệt Web để truy vấn và hiển thị các thông tin cần thiết về các xe taxi mà hệ thống quản lý

3.2.2 Các thành phần trong hệ thống

3.2.2.1.Trung tâm điều khiển

Hình 3.2: Mô hình trung tâm điều khiển

Trung tâm điều khiển có chức năng quản lý và theo dõi toàn bộ hoạt động của hệ thống, dựa trên kiến trúc client/server Trung tâm điều khiển bao gồm một GIS Server và các trạm làm việc kết nối với GIS Server qua Internet/Intranet

Các trạm làm việc là các máy tính cá nhân của người quản lý, sử dụng trình duyệt web (Web Browser) để tương tác với GIS Server qua giao diện web Trạm làm việc có các chức năng: duyệt bản đồ, hiển thị thông tin các phương tiện một các trực quan theo thời gian thực, tìm kiếm và theo dõi đường đi (tracking) của các phương tiện, GIS Server có nhiệm

vụ xử lý các yêu cầu từ trạm làm việc và trả về các thông tin bản đồ tương ứng thông qua các dịch vụ trên server

Sau mỗi khoảng thời gian qui định, các phương tiện giao thông trong hệ thống tự động cập nhật thông tin (tọa độ, tốc độ, trạng thái, ) tới GIS Server dưới dạng tin nhắn SMS hoặc qua giao thức HTTP nhờ dịch vụ GPRS trên mạng GSM

Đối với phương pháp gửi thông tin qua tin nhắn SMS, Trên GIS Server có lắp đặt thiết bị gửi/nhận tin nhắn (GSM/GPRS Modem) và cài đặt chương trình để xử lý tin nhắn từ các phương tiện mà hệ thống đang quản lý gửi về và cho hiển thị tại trạm làm việc như là một layer của bản đồ

Đối với phương pháp gửi thông tin qua giao thức HTTP nhờ GPRS, trên GIS Server được cài đặt các trang Java Server Page dạng Web services để nhận và xử lý thông tin từ phương tiện gửi về

Các thông tin gửi về sau khi được xử lý và hiển thị lên bản đồ là cơ sở trợ giúp cho người điều hành trong việc ra các quyết định điều hành hoạt động của hệ thống

3.2.2.2 Giao tiếp giữa phương tiện với trung tâm điều khiển

Dựa trên thực trạng về công nghệ hiện nay và các yêu cầu của hệ thống, các phương tiện có thể cập nhật thông tin tới GIS Server qua tin nhắn SMS hoặc qua giao thức HTTP dựa trên dịch vụ GPRS

Giao tiếp qua SMS

- Nguyên lý của hệ thống

Module SMS: Được cài đặt trên thiết bị di động Có 2 chức năng chính:

Thu thập các thông tin đo lường cần thiết theo yêu cầu quản lý như vị trí, trạng thái,… Gửi các thông tin thu được về trung tâm qua dịch vụ SMS của mạng GSM

Module nhận và xử lý tin nhắn: Tại trung tâm, module này sử dụng một Modem GSM/GPRS kết nối với máy chủ qua chuẩn USB hay RS232 có nhiệm vụ nhận tin nhắn gửi

về Chương trình xử lý tin nhắn gửi tín hiệu ra cổng USB hay RS232 tùy thuộc loại kết nối

để điều khiển Modem đọc nội dung tin nhắn bằng các lệnh AT commands Thông tin chứa trong nội dung tin nhắn được phân tích, tách và lưu vào vị trí cần thiết trên máy chủ để GIS Server có thể quản lý