nghiên cứu kiến trúc hệ thống tích hợp điện toán đám mây và lbs

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ĐỖ THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ 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 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 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. Nếu có vi phạm, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2014 Học viên ĐỖ THỊ NHUNG 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo, cán bộ hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Văn Đức, ngƣời thầy đã tận tình hƣớng dẫn tôi từ những buổi đầu tiên khi tiếp cận với đề tài khoa học. Thầy đã hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi về phƣơng pháp nghiên cứu khoa học, cách làm việc khoa học trong suốt thời gian qua. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo ở trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, các cán bộ Trung tâm Công nghệ phần mềm – Sở Thông tin và Truyền thông thành phố Hải Phòng đã tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn học viên K11B – Khoa học máy tính đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, đồng nghiệp và bạn bè tôi, những ngƣời đã động viên, tạo mọi điều kiện cho tôi lao động và học tập trong suốt thời gian qua. Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2014 Học viên ĐỖ THỊ NHUNG 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 2 MỤC LỤC 3 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN 7 DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN 8 MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LBS VÀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 12 1.1. Giới thiệu chung về LBS 12 1.2. Các thành phần cơ bản của LBS 14 1.3. Các kiểu dịch vụ LBS 16 1.4. Cách thức xử lý các yêu cầu của LBS 16 1.5. Hệ thống định vị 18 1.5.1. Giới thiệu chung 18 1.5.2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS 20 1.5.3. Các loại thiết bị có tính năng định vị ứng dụng trong LBS 21 1.5.4. Khác biệt giữa các hệ thống định vị đƣợc ứng dụng trong LBS với các hệ thống tƣơng tự 22 1.6. Công nghệ truyền tải dữ liệu 24 1.6.1. WAP/ GPRS/ EDGE 24 1.6.2. Bluetooth/ Wifi/ WiMax 25 1.6.3. Truyền thông vệ tinh 26 1.7. Các mô hình dịch vụ LBS 27 1.8. Điện toán đám mây 28 1.8.1. Khái niệm chung về điện toán đám mây 28 1.8.2. Các tính chất cơ bản của điện toán đám mây 30 1.8.3. Kiến trúc, mô hình và các thành phần của điện toán đám mây 32 1.8.4. Ƣu, nhƣợc điểm của điện toán đám mây 36 1.9. Kết luận chƣơng 1 37 CHƢƠNG II: KIẾN TRÚC TÍCH HỢP LBS VÀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 39 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.1. Hình thức tổ chức LBS truyền thống 39 2.2. Lợi ích và ứng dụng của việc tích hợp điện toán đám mây và LBS đối với xã hội 43 2.3. Lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây 45 2.3.1. Các nhà cung cấp 45 2.3.2. Ƣu điểm của dịch vụ điện toán đám mây của Google 46 2.4. Google App Engine (GAE) 47 2.4.1. Tổng quan về Google App Engine 47 2.4.2. Môi trƣờng chạy thực và lƣu trữ dữ liệu 49 2.4.3. Phát triển ứng dụng App Engine trên nền tảng ngôn ngữ Java 50 2.4.4. Môi trƣờng ứng dụng 51 2.5. Nghiên cứu mô hình tổ chức dữ liệu trên đám mây 51 2.6. Nghiên cứu kiến trúc tích hợp điện toán đám mây và LBS 57 2.6.1. Kiến trúc chung 57 2.6.2. Chức năng của hệ thống 59 2.7. Kết luận chƣơng 2 62 CHƢƠNG III: CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 63 TRÊN NỀN TẢNG GOOGLE APP ENGINE 63 3.1. Giới thiệu, lựa chọn công nghệ cho lƣu trữ dữ liệu 63 3.2. Đặt bài toán và phân tích thiết kế hệ thống 65 3.2.1. Đặt bài toán và mô tả thuật toán 65 3.2.2. Phân tích hệ thống 69 3.2.3. Thiết kế hệ thống 69 3.3. Cài đặt bài toán và giao diện chƣơng trình 75 3.3.1. Thu thập dữ liệu 75 3.3.2. Giao diện chƣơng trình 75 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 1 ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đƣờng truyền thuê bao số bất đối xứng 4 API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng 5 CSDL Cơ sở dữ liệu 6 EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution Công nghệ di động đƣợc nâng cấp từ GPRS 7 E-OTD Enhanced observed time difference 8 GAE Google App Engine Google App Engine 9 GIS Geographical Information System Hệ thống thông tin địa lý 10 GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp 11 GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu 12 HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản 13 HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản 14 JDBC Java Database Connectivity Kết nối cơ sở dữ liệu Java 15 JSON JavaScript Object Notation Ký pháp đối tƣợng JavaScript 16 LBS Location-based Services Dịch vụ dựa trên vị trí 24 OOP Object Oriented Programming Lập trình hƣớng đối tƣợng 17 PDA Personal Digital Assistant Thiết bị di động số cá nhân 18 TDOA Time difference of arrival 19 TOA Time of arrival 20 WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 21 WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội bộ không dây 22 WML Wireless Mark-up Language Ngôn ngữ đánh dấu vô tuyến 23 XHTML Extensible HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản mở rộng 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN Bảng 1. 1: Các hoạt động của ngƣời dùng dịch vụ LBS 13 Bảng 2. 1: Mô tả giới hạn sử dụng của một ứng dụng GAE miễn phí 48 Bảng 2. 2: Bảng mô tả free quota của một ứng dụng GAE miễn phí 49 Bảng 3. 1: Tập dữ liệu thử nghiệm 75 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN Hình 1. 1: Các hệ thống thông tin tích hợp 12 Hình 1. 2: Các thành phần cơ bản của LBS 14 Hình 1. 3: Luồng thông tin trao đổi giữa các thành phần của LBS 17 Hình 1. 4: Định vị dựa trên mạng truyền thông 19 Hình 1. 5: Định vị dựa trên thiết bị đầu cuối 20 Hình 1. 6: Các phần của hệ thống GPS 20 Hình 1. 7: Quỹ đạo các vệ tinh của hệ thống GPS 21 Hình 1. 8: Thiết bị dẫn đƣờng dành cho ô tô 22 Hình 1. 9: Thiết bị điện thoại thông minh (Smartphone) 22 Hình 1. 10: Sơ đồ hệ thống định vị bằng Radar. 24 Hình 1. 11: Mọi thiết bị, nội dung đều tập trung vào đám mây 28 Hình 1. 12: Hình ảnh Cloud Computing 29 Hình 1. 13: Sơ đồ điện toán đám mây, với các dịch vụ đƣợc cung cấp nằm bên trong đám mây đƣợc truy cập từ các máy tính nằm bên ngoài 30 Hình 1. 14: Các loại dịch vụ Cloud Computing 32 Hình 1. 15: Dịch vụ Public Cloud, Private Cloud và Hybrid Cloud 35 Hình 1. 16: Kiến trúc Cloud Computing 35 Hình 2. 1: Kiến trúc truyền thống của LBS 40 Hình 2. 2: Phần trung gian của LBS 42 Hình 2. 3: Kiến trúc Single-tenant 44 Hình 2. 4: Kiến trúc Multi-tenant 44 Hình 2. 5: Doanh thu dịch vụ điện toán đám mây theo giai đoạn 45 Hình 2. 6: Dịch vụ điện toán đám mây – thị phần và những nhà cung cấp 46 Hình 2. 7: Kiến trúc cổ điển 52 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 2. 8: Kiến trúc phân đoạn 53 Hình 2. 9: Kiến trúc sao lặp 55 Hình 2. 10: Kiến trúc phân tán 56 Hình 2. 11: Kiến trúc caching 57 Hình 2. 12: Sơ đồ kiến trúc của ứng dụng trên điện toán đám mây 58 Hình 2. 13: Ứng dụng di động phát triển trên điện toán đám mây 59 Hình 2. 14: Sơ đồ chức năng của nhà cung cấp dịch vụ dựa trên vị trí (LSP) 60 Hình 2. 15: Sơ đồ chức năng của ngƣời dùng 60 Hình 2. 16: Sơ đồ chức năng của nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây 61 Hình 2. 17: Sơ đồ chức năng của đám mây 61 Hình 3. 1: Mô hình hệ thống 70 Hình 3. 2: Biểu đồ ca sử dụng quản trị dữ liệu các địa điểm 72 Hình 3. 3: Biểu đồ ca sử dụng hiển thị bản đồ 72 Hình 3. 4: Biểu đồ ca sử dụng truy vấn địa điểm 73 Hình 3. 5: Biểu đồ triển khai hệ thống 74 Hình 3. 6: Quan hệ giữa các đối tƣợng trong cơ sở dữ liệu 74 Hình 3. 7: Giao diện trên web – Đăng nhập hệ thống 76 Hình 3. 8: Giao diện cập nhật địa điểm mới 76 Hình 3. 9: Tìm các nhà hàng có trong phạm vi 6km, trả kết quả và dẫn đƣờng 77 [...]... trình bày theo cấu trúc nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan về LBS và điện toán đám mây Chương này giới thiệu chung về dịch vụ dựa trên vị trí (LBS) và những ứng dụng của dịch vụ LBS trong thực tiễn Ngoài ra, chương nàygiới thiệu một cái nhìn tổng quan nhất về Điện toán đám mây, về lợi ích và hạn chế khi áp dụng Điện toán đám mây trong thực tiễn Chƣơng 2: Kiến trúc tích hợp điện toán đám mây và LBS Tổng quan nhất... dịch vụ điện toán đám mây và công nghệ Google App Engine của Google Trình bày kiến trúc tích hợp điện toán đám mây của Google và LBS cũng như lợi ích của hệ thống này đối với xã hội Chƣơng 3: Cài đặt chƣơng trình thử nghiệm trên nền tảng Google App Engine Giới thiệu công nghệ của Google với tập dữ liệu thử nghiệm tại Thái Nguyên Phát triển dịch vụ dựa trên vị trí trên nền tảng điện toán đám mây trong... trí (LBS) ra đời từ đó Song song với sự ra đời và phát triển của LBS, sự lớn mạnh của điện toán đám mây trong thời gian qua đã mang lại nhiều cơ hội mới cho LBS và đƣa LBS vào kỷ nguyên mới Các nhà cung cấp dịch vụ LBS sẽ trở thành khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây Thay vì cần một hệ thống tài nguyên và nhân sự cồng kềnh để vận hành, nhà cung cấp dịch vụ LBS sẽ sở hữu một hệ thống. .. dịch vụ đám mây vừa đƣợc đề cập tới: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 35 Hình 1 15: Dịch vụ Public Cloud, Private Cloud và Hybrid Cloud Kiến trúc điện toán đám mây Kiến trúc điện toán đám mây nhìn chung gồm có các thành phần chính nhƣ hình dƣới đây [5]: Hình 1 16: Kiến trúc Cloud Computing Hạ tầng (Infrastructure): Cơ sở hạ tầng của điện toán đám mây là... dây và vị trí địa lý của thiết bị di động [10] LBS là dịch 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) Hình 1 1: Các hệ thống thông tin tích hợp Hình 1.1 cho thấy các loại hệ thống thông tin tích hợp đƣợc hình thành nhƣ sau: - Hệ thống. .. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LBS VÀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY - Chương này đưa ra một cái nhìn tổng quan nhất về Điện toán đám mây, về lợi ích và hạn chế khi áp dụng Điện toán đám mây trong thực tiễn - Ngoài ra, nội dung chương này giới thiệu chung về dịch vụ dựa trên vị trí (Location Based Services – LBS) và những ứng dụng của dịch vụ này trong thực tiễn 1.1 Giới thiệu chung về LBS Dịch vụ LBS viết tắt của Location-based... những gì họ sử dụng Trong LBS tích hợp điện toán đám mây, các thông tin về vị trí đƣợc sinh ra từ mỗi thiết bị di động của ngƣời dùng nhƣng lại đƣợc tích hợp lên trên các đám mây Ngƣời dùng có thể có thể chia sẻ các thông tin của mình cho ngƣời khác thông qua điện toán đám mây Hơn nữa, các nhà cung cấp LBS có thể khai thác tri thức từ các tập dữ liệu này của vô số ngƣời dùng và các server tốt hơn khác... 1.8.1 Khái niệm chung về điện toán đám mây Điện toán đám mây (thuật ngữ tiếng Anh: Cloud Computing, hay còn biết đến với tên gọi Điện toán máy chủ ảo”) là mô hình máy tính dựa trên nền tảng phát triển của Internet Theo định nghĩa của Wikipedia thì điện toán đám mây là môi trƣờng tính toán dựa trên Internet mà ở đó tất cả phần mềm, dữ liệu, tài nguyên đƣợc cung cấp cho máy tính và các thiết bị khác theo... đơn giản, “ứng dụng điện toán đám mây chính là những ứng dụng trực tuyến trên Internet Trình duyệt là nơi ứng dụng hiện hữu và vận hành còn dữ liệu đƣợc lƣu trữ và xử lý ở máy chủ của nhà cung cấp ứng dụng đó Hình 1 13: Sơ đồ điện toán đám mây, với các dịch vụ được cung cấp nằm bên trong đám mây được truy cập từ các máy tính nằm bên ngoài 1.8.2 Các tính chất cơ bản của điện toán đám mây Khách hàng không... Điều tiết dịch vụ (Measured service) Hệ thống điện toán đám mây tự động kiểm soát và tối ƣu hóa việc sử dụng tài nguyên (dung lƣợng lƣu trữ, đơn vị xử lý, băng thông…) Lƣợng tài nguyên sử dụng có thể đƣợc theo dõi, kiểm soát và báo cáo một cách minh bạch cho cả hai phía nhà cung cấp dịch vụ và ngƣời sử dụng 1.8.3 Kiến trúc, mô hình và các thành phần của điện toán đám mây Các mô hình Cloud Computing đƣợc . dụng 51 2.5. Nghiên cứu mô hình tổ chức dữ liệu trên đám mây 51 2.6. Nghiên cứu kiến trúc tích hợp điện toán đám mây và LBS 57 2.6.1. Kiến trúc chung 57 2.6.2. Chức năng của hệ thống 59 2.7 Điện toán đám mây, về lợi ích và hạn chế khi áp dụng Điện toán đám mây trong thực tiễn. Chƣơng 2: Kiến trúc tích hợp điện toán đám mây và LBS Tổng quan nhất về các nhà cung cấp dịch vụ điện. về điện toán đám mây 28 1.8.2. Các tính chất cơ bản của điện toán đám mây 30 1.8.3. Kiến trúc, mô hình và các thành phần của điện toán đám mây 32 1.8.4. Ƣu, nhƣợc điểm của điện toán đám mây