nghiên cứu kiến trúc hệ thống media - lbs

1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG 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 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC Thái Nguyên - 2014 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 ngƣời khác, nó mang tính độc lập nhất định với tất cả các công trình nghiên cứu trƣớc 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Đặng Văn Đức là thầy hƣớng 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 trƣờng 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 chƣơng 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 9 DANH MỤC BẢNG 11 CHƢƠNG 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 CHƢƠNG 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 lƣu trữ của Google 49 2.4.2. Chỉ mục tối ƣu 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 phƣơng pháp định vị trong các thiết bị trong nhà 58 2.6.2.1. Phƣơng pháp định vị tiệm cận (proximity sensing). 58 2.6.2.2. Phƣơng pháp phân tích cảnh (scene analysis) 59 2.6.2.3. Phƣơng pháp giao khoảng cách (Lateration) 60 2.6.2.4. Giao đƣờng tròn (Circular lateration) 60 2.6.2.5. Giao Hyperbolic 61 2.6.2.6. Phƣơng pháp giao góc (angulation) 62 2.6.2.7. Phƣơng pháp dấu vân tay trong mạng nội bộ không dây (WLAN Fingerprint) 63 2.7. Xây dựng hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho hệ thống Media LBS 67 CHƢƠNG 3: CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 72 3.1. Bài toán thử nghiệm 72 3.2. Lựa chọn công nghệ 72 3.2.1. Công nghệ lƣu 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 đƣợc xây dựng trong chƣơng 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 chƣơng trình 81 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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: Ngƣời dùng đang nằm trong vùng hình quạt màu vàng 22 Hình C1. 5: Định vị theo phƣơng 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 ngƣời 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 phƣơng pháp định vị tiệm cận 59 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình C2. 17: Một ví dụ về phƣơng pháp phân tích cảnh 60 Hình C2. 18: Phƣơng pháp giao đƣờng 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 tƣợng qua phƣơng giao góc 63 Hình C2. 21: Ví dụ về một môi trƣờng áp dụng phƣơng 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 Ngƣời 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 đƣợc thêm 81 Hình C3. 10: Giao diện cập nhật địa điểm và đa phƣơng tiện kmediaLBS 82 Hình C3. 11: Giao diện chƣơng trình chạy trên di động kmMediaLBS 82 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT TỪ VIẾT TẮT TÊN TIẾNG ANH TÊN TIẾNG VIỆT 1. 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 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 Wireless Local Area Network 46. CSDL Cơ sở dữ liệu [...]... luận văn đƣợc trình bày theo cấu trúc nhƣ sau: Phần mở đầu Chƣơng 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 Chƣơng 2: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MEDIA LBS Trình bày các vấn đề trong hệ thống Media LBS nhƣ định nghĩa hệ thống, kiến trúc hệ thống, cách tổ chức dữ liệu trên... chuyển với ứng dụng Media LBS đã đƣợc cài đặt sẵn trên điện thoại thông minh, ngƣời dùng sẽ đƣợc thông báo và cung cấp những thông tin đa phƣơng tiện hữu ích trong phạm vi một khu vực nào đó nhƣ 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 nhƣ hiện nay thì hệ thống Media LBS trở lên gần gũi,... 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 20 1.2.4 Galileo Hệ thống định vị Galileo là một hệ thống. .. vụ đƣợc 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 đƣợc hình thành từ việc tích hợp Internet và GIS/CSDL không gian Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 17 - Hệ thống GIS di động (Mobile GIS) đƣợc hình thành... http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 21 1.2.5 Hệ thống định vị Bắc Đẩu Là một hệ thống của Trung Quốc, nó mới đƣợc khởi động dự án vào năm 2011, nhƣng đến nay hệ thống đã có 22 vệ tinh, gần nhất năm 2013 đã có 06 vệ tinh đƣợc bổ sung Với thiết kế của hệ thống này đã làm nhiều ngƣời phải quan tâm vì là hệ thống hiện đại, nhiều thiết kế vƣợt trội cả về tính chính xác, số lƣợng vệ tinh tham gia hoạt động trong hệ thống. .. của hệ thống GPS của quân đội Mỹ Do vậy, một số hệ thống đã đƣợc tích hợp với GPS nhằm cải thiện hiệu năng của hệ thống đối với ngƣời dùng thông thƣờng A-GPS (Assisted GPS) hoặc DGPS (Differential GPS) là một ví dụ Nếu xét về A-GPS công nghệ này hỗ trợ cho hệ thống GPS qua việc sử dụng các trạm trung gian trên mặt đất Các trạm trung gian này chính là các cột phát sóng của nhà mạng trong khu vực Hệ thống. .. bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 23 phía (unilateration) Điểm mạnh của hình thức định vị này là rất nhanh có thể xác định đƣợc vị trí của ngƣời 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 đƣợc sử dụng rộng rãi nhất hiện... GLONASS của Liên bang Nga ở chỗ nó là một hệ thống định vị đƣợc điều hành và quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự Do vậy nó không bị hạn chế và giám sát nhƣ những hệ thống NVASTAR và GLONASS Dự án xây dựng hệ thống Galileo đƣợc 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 đƣợc từ năm 2011 Hệ thống có độ cao quỹ đạo là 23.222 km,... thức làm việc của hệ thống A - GPS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 27 Nhờ đó A-GPS hoạt động nhanh hơn và ổn định hơn Nhƣng A-GPS không hoàn toàn thay thế GPS, nó chỉ có tác dụng hỗ trợ Nếu không có sóng di động, không có liên lạc với máy chủ hay trạm BTS, thì thiết bị vẫn có thể định vị nhờ GPS nhƣ bình thƣờng 1.3.3 Những hệ thống định vị khác LBS Ngoài những hệ thống dùng với... 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 nhƣ 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 đƣợc tạo ra . hình thức định vị hiện có. Chƣơng 2: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG MEDIA LBS Trình bày các vấn đề trong hệ thống Media LBS nhƣ định nghĩa hệ thống, kiến trúc hệ thống, cách tổ chức dữ liệu trên đám mây,. 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 nhƣ hiện nay thì hệ thống Media LBS trở lên gần gũi, nó. 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