Kiến trúc dịch vụ dựa trên vị trí và ứng dụng

- i - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌ VŨ VĂN HƢNG KIẾN TRÚC DỊCH VỤ DỰA TRÊN VỊ TRÍ VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠ Thái Nguyên – 2013 - ii - LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đặng Văn Đức, Viện Công nghệ thông tin, Viện hàm lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, người đã định hướng và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông, Đại học Thái Nguyên, những người đã tận tình truyền đạt các kiến thức, quan tâm, động viên trong suốt thời gian tôi học tập và nghiên cứu tại Trường. Nhân đây cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới nhóm các bạn học cùng lớp K10A, lớp chuyên ngành Khoa học máy tính, các bạn đồng nghiệp đã thường xuyên quan tâm, giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp các tài liệu hữu ích trong thời gian tôi học tập, nghiên cứu tại Trường cũng như trong trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp vừa qua. Cuối cùng tôi xin bảy tỏ sự biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, những người thân trong gia đình đã luôn ở bên tôi, động viên, chia sẻ và dành cho tôi những gì tốt đẹp nhất trong suốt thời gian tôi học cao học cũng như trong thời gian tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Thái Nguyên, tháng 08 năm 2013 Vũ Văn Hưng - iii - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn “Kiến trúc dịch vụ dựa trên vị trí địa lý và ứng dụng” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Đặng Văn Đức, tham khảo các nguồn tài liệu đã được chỉ rõ trong trích dẫn và danh mục tài liệu tham khảo. Các nội dung công bố và kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào. Thái Nguyên, tháng 08 năm 2013 Vũ Văn Hưng - iv - MỤC LỤC Lời cảm ơn ii Lời cam đoan iii Mục lục iv Danh mục các từ viết tắt và thuật ngữ vi Danh sách bảng biểu vii Danh mục các hình vẽ viii MỞ ĐẦU 1 Chương 1. KHÁI QUÁT VỀ DỊCH VỤ DỰA TRÊN VỊ TRÍ (LBS) 3 1.1. Khái niệm cơ sở 3 1.1.1. Khái niệm về LBS 3 1.1.2. Các thành phần của LBS 4 1.1.3. Các kiểu dịch vụ LBS 6 1.1.4. Xử lý các yêu cầu của LBS 6 1.2 Khả năng ứng dụng LBS 8 1.2.1. Tính hữu dụng của LBS 8 1.2.2. Khả năng ứng dụng 10 1.3. Tình hình nghiên cứu hiện nay trong và ngoài nước 10 Chương 2. THIẾT KẾ DỊCH VỤ LBS 12 2.1. Kiến trúc tổng thể một hệ thống LBS 12 2.2. Tích hợp Web-GIS 13 2.2.1. Công nghệ bản đồ trực tuyến 13 2.2.2. Các giải pháp bản đồ trực tuyến 14 2.2.2.1. Công nghệ GeoServer 14 2.2.2.2 Thư viện JavaScript nguồn mở OpenLayers 23 2.3. Thiết bị di động 25 2.3.1. Các loại thiết bị 25 2.3.2. Các hạn chế của thiết bị 26 2.4. Hệ thống truyền tin. 27 2.4.1. Mạng thông tin di động không dây 27 2.4.2. Mạng không dây diện rộng 28 2.4.3. Mạng không dây cục bộ 28 2.4.4. Mạng không dây cá nhân 29 - v - 2.5. Hệ thống định vị toàn cầu 31 2.5.1 Giới thiệu chung 31 2.5.2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS 33 2.6. Hệ thống máy chủ Internet 38 2.6.1. Mô hình triển khai trên nền dịch vụ Web 38 2.6.2. Mô hình triển khai dựa trên dịch vụ SMS 40 2.6.3. Mô hình kết hợp dịch vụ web và SMS 42 Chương 3. XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM DỊCH VỤ THÔNG TIN 44 3.1. Phát biểu bài toán 44 3.2. Thiết kế hệ thống 44 3.2.1. Các biểu đồ ca sử dụng của hệ thống 44 3.2.1.1. Xác định các tác nhân và các ca sử dụng 44 3.2.1.2. Biểu đồ ca sử dụng tổng quát 45 3.2.1.3. Phân rã một số biểu đồ ca sử dụng 46 3.2.1.4. Đặc tả chi tiết một số ca sử dụng chính 48 3.2.2. Các biểu đồ tương tác 51 3.2.2.1. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng đăng nhập 51 3.2.2.2. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm phương tiện 52 3.2.2.3. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm đường 53 3.2.2.4. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng cập nhật trạng thái 53 3.2.2.5. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng đăng nhập 54 3.2.2.6. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng theo dõi vết 54 3.3. Phát triển phần mềm trên máy chủ với phần mềm nguồn mở 55 3.3.1. Trung tâm điều khiển 55 3.3.2. Giao tiếp giữa phương tiện với trung tâm điều khiển 56 3.3.2.1. Giao tiếp qua SMS 56 3.3.2.2. Mô hình hệ thống sử dụng GPRS: 57 3.3.3. Thiết kế Cơ sở dữ liệu 60 3.4. Phát triển dịch vụ thông tin trên thiết bị di động. 60 3.4.1 Một số giao diện của hệ thống 61 3.4.2 Phần quản trị website: 65 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 - vi - DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ CSDL Cơ sở dữ liệu GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Systems) GPS Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) GPRS Dịch vụ vô tuyến gói chung (General Packet Radio Service) GSM Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications) LBS Dịch vụ dựa trên vị trí địa lý (Location-based Service) WLAN Mạng không dây cục bộ (Wireless Local Area Networks) WPAN Mạng không dây cá nhân (Wireless Personal Area Networks) WWAN Mạng không dây diện rộng (Wireless Wide Area Network) SMS Dịch vụ tin nhắn ngắn (Short Message Services) - vii - DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Mối quan hệ giữa 5 hành động di động cơ sở 9 Bảng 2.1 Đặc điểm và sự khác nhau giữa các công nghệ mạng không dây 30 - viii - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 LBS là phần giao của các công nghệ 4 Hình 1.2 Các thành phần cơ bản của LBS 5 Hình 1.3 Luồng thông tin giữa các thành phần của LBS 7 Hình 2.1 Luồng thông tin giữa các thành phần của LBS 12 Hình 2.2 Sơ đồ hoạt động của WebGIS 14 Hình 2.3 Mô hình giao diện tĩnh của Web OGC 21 Hình 2.4 Mô hình giao diện động của Web OGC 22 Hình 2.5 WFS dynamic interface web notification model 22 Hình 2.6 WFS dynamic interface web notification polling model 23 Hình 2.7 Hình ảnh minh họa các thiết bị di động dùng trong LBS 26 Hình 2.8 Phân loại mạng không dây di động 27 Hình 2.9 Mạng không dây diện rộng (WWAN) 28 Hình 2.10 Mạng không dây cục bộ (WLAN) 29 Hình 2.12 Định vị dựa trên mạng truyền thông 31 Hình 2.13 Định vị dựa trên thiết bị đầu cuối 32 Hình 2.14 Các phần của hệ thống GPS 35 Hình 2.15 Quỹ đạo các vệ tinh của hệ thống GPS 36 Hình 2.16 Mô hình dịch vụ LBS trên nền Web 39 Hình 2.17 Mô hình dịch vụ LBS trên dịch vụ tin nhắn SMS 41 Hình 2.18 Mô hình dịch vụ LBS trên nền Web và SMS 43 Hình 3.1 Biểu đồ ca sử dụng tổng quát 45 Hình 3.2 Biểu đồ ca sử dụng Quản lý phương tiện 46 Hình 3.3 Biểu đồ ca sử dụng Quản lý thông tin phương tiện 46 Hình 3.4 Biểu đồ ca sử dụng Tìm kiếm thông tin 47 Hình 3.5 Biểu đồ ca sử dụng Hiển thị bản đồ 47 Hình 3.6 Biểu đồ ca sử dụng Quản lý trang tin 48 Hình 3.7 Biểu đồ ca sử dụng Quản lý tài khoản 48 Hình 3.8 Biểu đồ ca sử dụng Quản lý tài khoản 51 - ix - Hình 3.9 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm phương tiện 52 Hình 3.10 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm đường 53 Hình 3.11 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng cập nhật trạng thái 53 Hình 3.12 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng đăng nhập 54 Hình 3.13 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng theo dõi vết 54 Hình 3.14 Mô hình trung tâm điều khiển 55 Hình 3.15 Hệ thống với kết nối qua SMS 57 Hình 3.16 Hệ thống với kết nối GPRS 59 Hình 3.17 Các bảng dữ liệu và mối quan hệ 60 Hình 3.18 Giao diện phía người sử dụng 61 Hình 3.19 Giao diện tra cứu 62 Hình 3.20 Giao diện tìm kiếm phương tiện 62 Hình 3.21 Giao diện kết quả tìm theo số xe 63 Hình 3.22 Giao diện chức năng cảnh báo 63 Hình 3.23 Giao diện chức năng xem vết 64 Hình 3.24 Giao diện chức năng hiển thị 64 Hình 3.25 Giao diện phần quản trị 65 Hình 3.26 Quản lý người sử dụng 65 Hình 3.27 Chức năng thêm user 65 Hình 3.28 Chức năng sửa thông tin user 66 Hình 3.30 Chức năng quản lý danh sách phương tiện 66 Hình 3.31 Chức năng sửa thông tin phương tiện 66 - 1 - MỞ ĐẦU Ngày nay, khi ra ngoài đường, đến công sở, tới các trung tâm giải trí, hầu như ở đâu ta cũng đều có thể bắt gặp sự xuất hiện của điện thoại, các thiết bị liên lạc di động. Sự ra đời của các thế hệ điện thoại, các thiết bị di động thông minh, có khả năng kết nối internet, khai thác dịch vụ định vị toàn cầu đã làm cho các ứng dụng trên chúng ngày 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, hỗ trợ lái tự động sử dụng trong máy bay, ô tô; bản đồ kèm theo chức năng tìm đường dành cho điện thoại di động có định vị toàn cầu 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. Sản phẩm mang lại sẽ góp phần cho ra đời các phần mềm, các dịch vụ thực sự hữu ích, phù hợp và đáp ứng tối đa nhu cầu trong nước. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, đề tài “Kiến trúc 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; tìm hiểu bài toán triển khai hệ thống cung cấp dịch vụ chỉ đường cho các thiết bị di động (như điện thoại có định vi toàn cầu); trên cơ sở đó xây dựng dịch vụ tìm đường ứng dụng thử nghiệm cho điện thoại di động có tính đến các yếu tố thường xuyên thay đổi đồng thời lại có tác động lớn đến chất lượng đường đi tìm được đó là sự tắc đường, úng lụt cục bộ, Việc triển khai thành công dịch vụ này sẽ có ý nghĩa rất lớn trong quá trình tìm lời giải cho bài toán tắc đường, úng lụt cục bộ trong các thành phố lớn đang xuất hiện ngày một nhiều và có ảnh hưởng rất nhiều tới đời sống xã hội hiện nay đồng thời cũng là cơ sở để phát triển các dịch vụ khác dựa trên vị trí địa lý, đáp ứng các yêu cầu trong điều kiện cụ thể của Việt Nam. Luận văn được trình bày thành 3 phần bao gồm: phần mở đầu, phần nội dung và phần kết luận: Phần mở đầu: giới thiệu khái quát về đề tài, mục tiêu, ý nghĩa khoa học và xã hội mang lại thông qua việc giải quyết các vấn đề được nêu trong đề tài. Phần nội dung: được chia thành 3 chương: Chương 1: Tổng quan về LBS Giới thiệu tổng quan về LBS, trình bày các định nghĩa về LBS, nêu ra các thành phần chính của LBS, mô tả hoạt động, các xử lý yêu cầu dịch vụ của LBS và đi vào phân tích đặc điểm, vai trò một số thành phần chính của LBS. [...]... X Sau khi chức năng được kích hoạt, vị trí của thiết bị di động (cũng chính là vị trí của người dùng) được xác định và cung cấp bởi dịch vụ định vị Vị trí này có thể được xác định nhờ vào dịch vụ GPS hoặc một dịch vụ định vị bởi mạng truyền thông Tiếp theo đó, thiết bị di động của người dùng sẽ gửi các thông tin yêu cầu bao gồm - 13 đối tượng cần tìm kiếm và vị trí hiện tại thông qua một mạng truyền... thông qua một vài máy chủ ứng dụng để đến một máy chủ xác định đồng thời lưu giữ lại các thông tin về yêu cầu và vị trí của người dùng Máy chủ ứng dụng sẽ đọc yêu cầu và kích hoạt dịch vụ phù hợp để đáp ứng yêu cầu (trong ví dụ này, một dịch vụ tìm kiếm không gian sẽ được kích hoạt) Tiếp theo, dịch vụ tìm kiếm sẽ phân tích thông điệp thêm lần nữa và quyết định thông tin gì cần được bổ xung vào điều kiện... thiết bị định vị thì người sử dụng có thể cập nhật bằng tay và tự cung cấp cho hệ thống Thiết bị di động Hệ thống định vị Các thành phần của LBS Nhà cung cấp dịch vụ và nội dung Mạng truyền thông Hình 1.2 Các thành phần cơ bản của LBS Thiết bị di động (người dùng) Hệ thống định vị Mạng truyền thông Các nhà cung cấp dịch vụ và nội dung Các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng: Các nhà cung cấp dịch có thể... ích và áp dụng tốt vào thực tiễn -3- Chƣơng 1 KHÁI QUÁT VỀ DỊCH VỤ DỰA TRÊN VỊ TRÍ (LBS) Giới thiệu tổng quan về LBS, trình bày các định nghĩa về LBS, nêu ra các thành phần chính của LBS, mô tả hoạt động, các xử lý yêu cầu dịch vụ của LBS và đi vào phân tích đặc điểm, vai trò một số thành phần chính của LBS 1.1 Khái niệm cơ sở 1.1.1 Khái niệm về LBS LBS viết tắt của Location-based Service (dịch vụ dựa. .. tham gia và cung cấp các ý kiến cá nhân của họ và giới thiệu có thể làm tăng chất lượng một số dịch vụ với thông tin cá nhân [2] [3] [5] 1.2.2 Khả năng ứng dụng LBS có khả năng đưa ra hai đường là liên lạc thông tin và sự tương tác qua lại giữa khách hàng với dịch vụ Vì thế, người sử dụng có thể cho nhà cung cấp dịch vụ biết trong bối cảnh hiện tại loại thông tin họ cần và phù hợp với họ, với vị trí của... cung cấp các dịch vụ khác nhau cho người dùng và có trách nhiệm xử lý các yêu cầu dịch vụ của người dùng Các dịch vụ cung cấp có thể là tính toán vị trí, tìm đường đi, tìm các trang vàng (yellow pages) theo các khía cạnh về vị trí hoặc tìm kiếm các thông tin xác định của các đối tượng mà người dùng quan tâm -6Nhà cung cấp dữ liệu và nội dung: Nhà cung cấp dịch vụ thường không lưu trữ và bảo quản các... gateway Gateway có nhiệm vụ truyền tải các thông điệp giữa mạng truyền thông di động và internet Các thông điệp có thể được truyền tải thông qua một vài máy chủ ứng dụng để đến một máy chủ xác định đồng thời lưu giữ lại các thông tin về yêu cầu và vị trí của người dùng Máy chủ ứng dụng sẽ đọc yêu cầu và kích hoạt dịch vụ phù hợp để đáp ứng yêu cầu (trong ví dụ này, một dịch vụ tìm kiếm không gian sẽ... dự báo thời tiết, vị trí các nhà hàng – khách sạn – bệnh viện, ) Với các hỗ trợ từ Internet, mạng di động, thiết bị định vị toàn cầu, bản đồ số ta có thể dễ dàng tìm ra được một nhà hàng, hay siêu thị gần nhất Các nhu cầu tương tự như vậy ngày nay dễ dàng được đáp ứng nhờ vào một loại dịch vụ mới, dịch vụ dựa trên vị trí địa lý – LBS Có nhiều cách định nghĩa về LBS như: LBS là dịch vụ thông tin có thể... để người sử dụng LBS đưa ra yêu cầu, thu thập thông tin và khai thác các dịch vụ LBS, đáp ứng nhu cầu của người dùng LBS mang lại nhiều tiện ích lớn bởi sự phong phú của các dịch vụ được cung cấp và bởi chính sự trợ giúp đắc lực của rất nhiều loại thiết bị tạo nên Các thiết bị có ảnh hưởng lớn tới chất lượng các dịch vụ LBS mang lại Dựa vào các đặc điểm, mục tiêu thiết kế và khả năng ứng dụng, các thiết...-2Chương 2: Thiết kế dịch vụ LBS Giới thiệu tổng quan một số mô hình dịch vụ LBS, phân tích đặc điểm, ưu và nhược điểm của mỗi mô hình Lựa chọn và triển khai thiết kế dịch vụ LBS tìm đường đi tại Nam Định Chương 3: Cài đặt thử nghiệm Trình bày các nội dung cài đặt thử nghiệm dịch vụ LBS tìm đường đi tại Nam Định Lựa chọn mô hình, kiểu dịch vụ, công nghệ áp dụng và kết quả Phần kết luận: trình . các phần mềm, các dịch vụ thực sự hữu ích, phù hợp và đáp ứng tối đa nhu cầu trong nước. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, đề tài Kiến trúc dịch vụ dựa trên vị trí và ứng dụng nhằm mục tiêu. nối internet, khai thác dịch vụ định vị toàn cầu đã làm cho các ứng dụng trên chúng ngày 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. cung cấp dịch vụ và nội dung Các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng: Các nhà cung cấp dịch có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau cho người dùng và có trách nhiệm xử lý các yêu cầu dịch vụ của