Kiến trúc hệ thống tích hợp media và dịch vụ LBS 04

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỖ THỊ HUYỀN KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP MEDIA VÀ DỊCH VỤ LBS LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỖ THỊ HUYỀN KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP MEDIA VÀ DỊCH VỤ LBS Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 60480104 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đặng Văn Đức Hà Nội - 2015 i LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ thực Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội hướng dẫn PGS.TS Đặng Văn Đức Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy định hướng khoa học, liên tục quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi suốt trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Thầy giáo, Cô giáo Bộ môn Hệ thống thông tin Thầy giáo, Cô giáo Khoa Công nghệ thông tin mang lại cho kiến thức vô quý giá bổ ích q trình theo học trường Tơi xin trân thành cảm ơn đến gia đình tôi, quan tâm động viên gia đình giúp tơi có thêm nghị lực, cố gắng để hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn học K19, bạn đồng nghiệp, bạn nhóm nghiên cứu giúp đỡ suốt năm học tập Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2015 Học viên Đỗ Thị Huyền ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Kiến trúc hệ thống tích hợp Media dịch vụ LBS” cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn PGS.TS Đặng Văn Đức, trung thực không chép tác giả khác Trong toàn nội dung nghiên cứu luận văn, vấn đề trình bày tìm hiểu nghiên cứu cá nhân tơi trích dẫn từ nguồn tài liệu có ghi tham khảo rõ ràng, hợp pháp Tơi xin chịu trách nhiệm hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2015 Học viên Đỗ Thị Huyền ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN iv DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi PHẦN MỞ ĐẦU Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Kiến trúc tổng thể LBS 1.1.1 Giới thiệu dịch vụ dựa vị trí (LBS) 1.1.2 Các thành phần LBS 1.1.3 Mơ hình hoạt động hệ thống LBS 1.1.4 Các ứng dụng phổ biến dịch vụ LBS 1.2 Hệ thống định vị toàn cầu 1.2.1 Giới thiệu hệ thống định vị sử dụng vệ tinh 1.2.2 Cấu trúc hệ thống GPS 10 1.2.3 Ứng dụng hệ thống GPS 11 1.3 Công nghệ định vị 12 1.3.1 Kỹ thuật định danh tế bào (Cell identification) 12 1.3.2 Định vị vệ tinh: hệ thống định vị toàn cầu (GPS) 14 1.4 Các công nghệ truyền tin 16 1.4.1 WAP / GPRS / EDGE / 3G 16 1.4.2 Bluetooth / Wifi / WiMax 18 1.4.3 Truyền thông vệ tinh 18 1.5 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 19 1.5.1 Giới thiệu GIS 19 1.5.2 Thành phần chức GIS 19 1.5.3 Mơ hình liệu địa lý .23 1.5.4 Trình diễn thông tin địa lý 24 1.6 Kết chương 24 Chương KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP MEDIA - LBS .25 2.1 Giới thiệu MEDIA - LBS 25 iii 2.2 Cơ sở hạ tầng 27 2.3 Công nghệ điện toán đám mây 28 2.3.1 Giới thiệu điện toán đám mây 28 2.3.2 Những tính chất điện tốn đám mây .30 2.3.3 Ưu nhược điểm điện toán đám mây 31 2.3.4 Dịch vụ điện toán đám mây Google App Engine 33 2.3.4 Mơ hình cơng nghệ cho việc lưu trữ liệu đa phương tiện đám mây 36 2.4 Ngôn ngữ lập trình Java số cơng nghệ phụ trợ 40 Chương 3: PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM MEDIA - LBS 42 3.1 Mơ hình hệ thống thử nghiệm Media - LBS 42 3.2 Phân tích thiết kế hệ thống quản lý liệu đa phương tiện đám mây 44 3.2.1 Các biểu đồ ca sử dụng hệ thống 45 3.2.2 Đặc tả chi tiết số ca sử dụng 48 3.3 Phân tích thiết kế phần mềm Media-LBS điện thoại thông minh 51 3.3.1 Phân tích phần mềm Media-LBS điện thoại thơng minh 51 3.3.2 Thiết kế phần mềm Media-LBS điện thoại thông minh 53 3.4 Xây dựng hệ thống thử nghiệm 59 3.4.1 Giới thiệu hệ thống thử nghiệm 59 3.4.2 Kết thử nghiệm 60 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 iv DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1: LBS kết hợp nhiều cơng nghệ Hình 1.2: Các thành phần LBS Hình 1.3: Trao đổi thơng tin thành phần hệ thống LBS Hình 1.4 Ứng dụng địa điểm nhà hàng Hình 1.5: Mơ tả hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS [11] 10 Hình 1.6: Các thành phần hệ thống GPS 10 Hình 1.7: Mạng lưới trạm giám sát điều khiển trung tâm hệ thống GPS.11 Hình 1.8: Định vị sử dụng BTS (Cell ID) 13 Hình 1.9: Định vị sử dụng Cell ID gần 13 Hình 1.10: Mơ hình hệ thống GPS 14 Hình 1.11: Cách xác định vị trí khơng gian 2D .14 Hình 1.12: Cách xác định vị trí khơng gian 3D .15 Hình 1.13: Cách xác định vị trí có vệ tinh .15 Hình 1.14: Hệ thống A - GPS 16 Hình 1.15: Các nhóm chức GIS 22 Hình 1.16: Mơ hình raster vector biểu diễn Thế giới thực 23 Hình 2.1: Mơ hình tổng quát Media LBS 25 Hình 2.2: Ứng dụng King's Cross Streetstories [12] 26 Hình 2.3: Cơ sở hạ tầng Media LBS 27 Hình 2.4: Đặc điểm điện tốn đám mây nhóm mơ hình phân loại 30 Hình 2.5 Hiện tượng thắt cổ chai ứng dụng Google App Engine có nhiều truy cập đến thời điểm .33 Hình 3.1: Mơ hình hệ thống Media LBS 42 Hình 3.2: Mơ hình thử nghiệm hệ thống Media LBS .59 Hình 3.3: Giao diện khởi động chương trình chạy di động mediatour 62 Hình 3.4: Danh sách địa điểm thăm quan sau nhấn nút “Bắt đầu” .63 Hình 3.5: Giao diện người sử dụng lựa chọn video tương ứng với địa điểm cần thăm quan 63 v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Bảng theo dõi hoạt động ứng dụng GAEError! Bookmark not defined Bảng 2.2: Bảng mô tả giới hạn sử dụng ứng dụng GAE miễn phí 35 Bảng 2.3: Bảng mô tả free quota ứng dụng GAE miễn phí 36 Bảng 3.1: Bảng liệu thử nghiệm 61 DAN STT TỪ VIẾT TẮT 2G 3G A-GPS AP API BTS CA DCT DGPS 10 EDGE 11 EU 12 FAA 13 FIFO 14 GAE 15 GIS 16 GLONASS 17 GNSS 18 GPRS 19 GPS 20 GSM 21 IaaS 22 IP 23 JSON 24 JSP 25 LAAS 26 LBS 27 Media LBS 28 MCS 29 MMS 30 MS 31 OS 32 PaaS 33 PPP 34 PPS 35 QZSS 36 RFID 37 RPC 38 RSS 39 RTLS 40 Saas 41 SDK 42 SMS 43 SPS 44 SQL 45 TDMA 46 TDOA 47 UMTS 48 WAAS 49 WAP 50 WiMax 51 WLAN 52  Đặc tả mô đun phần mềm  Mô đun hiển thị đồ Bản đồ cần hiển thị Thơng tin thuộc tính Input Output đối tượng tên, tọa độ, mô tả liệu,… Hiển thị đồ tùy thuộc giá trị đầu vào Từ giá trị đầu vào, hệ thống phân tích tìm kiếm đối tượng lớp đồ tương ứng Kết trả danh sách đối tượng Process thuộc lớp đồ có giá trị thuộc tính gần hay xác giá trị đầu vào  Mơ đun định vị ngồi nhà (GPS) Thơng tin vị trí người dùng cần định vị Thơng tin Input Output thuộc tính đối tượng tên, tọa độ, mơ tả liệu,… Vị trí người dùng theo tọa độ lat/long Từ giá trị đầu vào, hệ thống định vị đối tượng lớp đồ Process tương ứng Kết trả vị trí đối tượng lớp đồ có giá trị thuộc tính gần hay xác giá trị đầu vào  Mô đun định vị nhà (indoor) Thông tin vị trí người dùng cần định vị Thơng tin bất Input Output kỳ thuộc tính đối tượng tên, tọa độ, mô tả liệu,… Vị trí người dùng theo id mạng Từ giá trị đầu vào, hệ thống định vị đối tượng lớp đồ Process tương ứng Kết trả vị trí đối tượng lớp đồ có giá trị thuộc tính gần hay xác giá trị đầu vào 53  Mô đun gửi truy vấn liệu Thông tin cần truy vấn Thơng tin thuộc tính Input đối tượng tên, tọa độ, mơ tả liệu,… Danh sách xác hay gần đối tượng quản lý tùy Output thuộc giá trị đầu vào Từ giá trị đầu vào, hệ thống phân tích tìm kiếm, truy vấn đối tượng lớp đồ tương ứng Kết trả danh sách đối Process tượng thuộc lớp đồ có giá trị thuộc tính gần hay xác giá trị đầu vào  Mô đun hiển thị kết lên hình Thơng tin cần hiển thị Thơng tin thuộc tính Input đối tượng tên, tọa độ, mô tả liệu,… Output Hiển thị thơng tin lên hình thiết bị Từ giá trị đầu vào, hệ thống phân tích tìm kiếm đối tượng Process lớp đồ tương ứng Kết trả thông tin cần hiển thị hình 3.3.2 Thiết kế phần mềm Media-LBS điện thoại thông minh   Biểu đồ Use case Mô tả tác nhân phần mềm Phần mềm bao gồm tác nhân: - Người dùng: người sử dụng phần mềm - Ứng dụng Server: phần mềm hệ thống mô tả phần để cung cấp nội dung cho ứng dụng MediaLBS điện thoại  Mô tả chức phần mềm Phần mềm bao gồm chức năng: - Thu thập mẫu RSS - Định vị trong/ngoài nhà - Gửi thơng tin vị trí truy vấn - Nhận liệu nội dung từ server: chức tương tác với ứng dụng Server, cho phép nhận liệu nội dung hiển thị đến người dùng 54 - Hiển thị thông tin đến người dùng: chức hiển thị thông tin dựa vị trí người dùng  Biểu đồ Use case Phần Offline «uses» Người dùng - Use case “Thu thập tập mẫu RSS” Actor Brief Description Main Flow Alternative Flows Pre-condition Special Requirements Exception 55 - Use case “Quét RSS” Actor Brief Description Main Flow Alternative Flows Pre-condition Exception - Use case “Điền tọa độ” Actor Brief Description Main Flow Pre-condition Exception 56 - Use case “Lưu thông tin” Actor Brief Description Main Flow Alternative Flows Pre-condition Exception 57 Phần Online «uses» Định vị Người dùng Hiển thị - Use case “Định vị” Actor Brief Description Main Flow Alternative Flows Pre-condition Special Requirements Exception 58 - Use case “Truyền thông tin RSS AP” Actor Brief Description Main Flow Alternative Flows Pre-condition Exception - Use case “Lấy tọa độ” Actor Brief Description Main Flow Alternative Flows Pre-condition Exception 59 - Use case “Hiển thị” Actor Brief Description Main Flow Alternative Flows Pre-condition Exception 3.4 Xây dựng hệ thống thử nghiệm Để triển khai tổng thể hệ thống Media LBS cần nhiều thời gian, công sức, kỹ thuật kinh tế Do vậy, phạm vi luận văn tác giả thực thử nghiệm triển khai phần hệ thống Media - LBS “Phát triển phần mềm Media-LBS điện thoại thông minh cung cấp dịch vụ đa phương tiện dựa vị trí, có khả định vị nhà qua GPS” 3.4.1 Giới thiệu hệ thống thử nghiệm Hệ thống thực nghiệm hình dung qua mơ hình sau đây: Hình 3.2: Mơ hình thử nghiệm hệ thống Media LBS Trong mơ hình người sử dụng truy cập vào hệ thống Media LBS hai thiết bị máy tính thiết bị di động chạy hệ điều hành Android Dữ liệu đa phương 60 tiện vị trí tương ứng người dùng đưa lên hệ thống thông qua internet địa http://locativemediaclient.appspot.com/ máy tính Người sử dụng thiết bị động sử dụng ứng dụng dạng apk cài đặt vào máy di động kết nối với hệ thống liệu Cloud Datastore nhận liệu dạng JSON đối sánh với vị trí thiết bị hiển thị liệu đa phương tiện tương ứng với vị trí - Xây dựng ứng dụng chạy di động cho tảng hệ điều hành Android 4.0 trở lên Mục tiêu ứng dụng lấy liệu Cloud Datastore dạng JSON, từ so sánh với vị trí di động hiển thị thông tin đa phương tiện vị trí trùng khớp Hệ thống hiển thị có chấp nhận sai lệch phạm vi bán kính 5m đến 20m 3.4.2 Kết thử nghiệm 3.4.2.1 Dữ liệu thử nghiệm Dữ liệu thử nghiệm chương trình thiết lập Trường Đại học, Khoa, Trung tâm trực thuộc Đại học Quốc Gia Hà Nội - 144 Đường Xuân Thủy, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Các Khoa, Trung tâm trực thuộc Đại Học Sư Phạm Hà Nội - 136 Đường Xuân Thủy, Quận Cầu Giấy, Hà Nội Danh mục địa điểm sau: STT Địa điểm Trường ĐH Ngoại ngữ - ĐH Quốc gia Hà N Giảng đường G2 - Trường ĐH Công nghệ Quốc gia Hà Nội Giảng đường A1 -Trường ĐH Ngoại ngữ Quốc gia Hà nội Khoa CNTT, Khoa Toán -Tin học_ĐH Sư p Hà nội Khoa Giáo dục thể chất_ĐH Sư phạm Hà n Khoa Lý luận trị - Giáo dục cơng dân Sư phạm Hà nội Khoa Luật_ĐH Quốc gia Hà Nội Khoa Ngơn ngữ & Văn hóa Pháp- Trường Ngoại ngữ - ĐH Quốc gia Hà nội Khoa Sau ĐH_Trường ĐH Ngoại ngữ - ĐH gia Hà nội 61 10 Khoa Sư phạm kỹ thuật - ĐH Sư phạm Hà 11 Khoa Vật lý _ĐH Sư phạm Hà nội 12 Ký túc xá _ĐH Sư phạm Hà nội 13 Ký túc xá - Trường ĐH Ngoại ngữ - ĐH Q Hà nội 14 Sân vận động - ĐH Sư phạm Hà nội 15 Trường ĐH Kinh tế - ĐH Quốc gia Hà nội 16 Trường ĐH Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà 17 Trường ĐH Giáo dục - ĐH Quốc gia Hà nộ 18 Trường THPT Chuyên Ngoại ngữ 19 Trung tâm Quốc phòng - An ninh - ĐH Qu Hà nội 20 Trung tâm thông tin thư viện - ĐH Sư phạm Nội 21 Trung tâm thông tin thư viện - ĐH Quốc gi nội 22 Trung tâm Khoa học Công nghệ Quan h tế - ĐH Quốc gia Hà nội 23 Viện vi sinh vật công nghệ Sinh học - Đ Quốc gia Hà nội Bảng 3.1: Bảng liệu thử nghiệm 62 3.4.2.2 Giao diện chương trình Hình 3.3: Giao diện khởi động chương trình chạy di động mediatour 63 Hình 3.4: Danh sách địa điểm thăm quan sau nhấn nút “Bắt đầu” Hình 3.5: Giao diện người sử dụng lựa chọn video tương ứng với địa điểm cần thăm quan 64 KẾT LUẬN Kết đạt Luận văn “Kiến trúc hệ thống tích hợp Media dịch vụ LBS” khái quát trình bày cơng nghệ cần thiết để xây dựng kiến trúc tổng thể hệ thống Media LBS phát triển tất yếu LBS, đồng thời công nghệ Trong luận văn tác giả trình bày kiến trúc hệ thống, xây dựng kiến trúc hệ thống, nêu thành phần hệ thống thành phần phía Server Google, thành phần chạy thiết bị di động, công nghệ hỗ trợ hệ thống công nghệ Google Maps Javascript API v3, Google Maps Android API v2, Google Cloud Datastore API Tác giả thực xây dựng thành công hệ thống Media - LBS chạy thiết bị di động chạy hệ điều hành Android kết nối với sở liệu Google để so sánh vị trí trả thông tin đa phương tiện Hạn chế: Về mặt công nghệ kiến trúc hệ thống Media LBS chưa đánh giá thực tiễn Tác giả chưa xây dựng hệ thống chương trình thử nghiệm thể đầy đủ kiến trúc Media - LBS Hiện chương trình dừng lại việc mơ tả kiến trúc cách thức hoạt động hệ thống Chưa xây dựng chương trình sử dụng sở liệu trả tiền Google mà sử dụng phần miễn phí nên chương trình chạy thử nghiệm cịn nhiều hạn chế Hướng phát triển: Tiếp tục nghiên cứu kiến trúc hệ thống Media LBS để đánh giá thực nghiệm hệ thống Phát triển kiến trúc hệ thống mức cao hơn, tạo cộng đồng sử dụng hệ thống, bảo đảm tính khả thi hệ thống 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đặng Văn Đức, Hệ thống thông tin địa lý, NXB Khoa học kỹ thuật, 2001 [2] Đặng Văn Đức, Nguyễn Tiến Phương, Đỗ Tuấn Anh, Nguyễn Sơn, Trần Mạnh Trường (2008), Một số kỹ thuật áp dụng việc phát triển mơ hình dịch vụ sở vị trí địa lý, Báo cáo khoa học Hội nghị khoa học ICT.rda08, Hà Nội [3] Vũ Dương Tùng, Nguyễn Tiến Phương cộng sự, Phát triển dịch vụ dựa vị trí (LBS) tảng điện tốn đám mây, Kỷ yếu hội thảo Quốc gia vấn đề chọn lọc CNTT, Hà Nội, 2012 Tiếng nước [4] Balqies Sadoun, Omar Al-Bayari (2007), “Location based services using geographical information systems” [5] Dang Van Duc, MapOnline – A Geographical Information Service on Internet The Journal of Cities and Regions, GIS Special, International Statistical Institute, The Netherlands, November 2000, pp 78-83 [6] David Munoz, Frantz Bouchereau, Cesar Vargas and Rogerio Enriquez, Position Location Techniques and Applications, Elsevier Inc, 2009 Google App Engine, http://code.google.com/appengine/ [7] [8] Ian Foster, Yong Zhao, Ioan Raicu, Shiyong Lu (2008), “Cloud Computing and Grid Computing 360-Degree Compared”, Grid Computing Environments Workshop GSM Association, Location Based Services, Permanent Reference Document SE.23, 2006 [10] Jinesh Varia, Architecting for the Cloud: Best Practices, Amazon, May 2010 [9] Website Navstar GPS Interface Specification IS-GPS-200 revision F Technical report, Navstart GPS Joint Program Office, Sep 2011 [12] Ronald Lenz, Locative Media, 2011 [11] [13] Stefan Steiniger, Moritz Neun and Alistair Edwardes (2006), “Lecture Notes on LBS”, Foundations of Location Based Services, V 1.0 66 [14] http://www.gartner.com/newsroom/id/1035013 [15] http://sandeepkejriwal.com/2012/04/01/what-is-cloud-computing/ ... bày Kiến trúc tổng thể hệ thống dịch vụ LBS, Hệ thống định vị tồn cầu (GPS); Cơng nghệ định vị; Các công nghệ truyền tin, Hệ thống thông tin địa lý (GIS) Chương 2: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP MEDIA. .. - LBS, Cơng nghệ điện tốn đám mây công nghệ sử dụng hệ thống 25 Chương KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP MEDIA - LBS 2.1 Giới thiệu MEDIA - LBS Media LBS hay Locative Media hay Location - Based Media. .. ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỖ THỊ HUYỀN KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP MEDIA VÀ DỊCH VỤ LBS Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 6048 0 104 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN