Nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền tải trao đổi dữ liệu kèm mã hóa bảo mật ứng dụng trong ngành khí tượng thủy văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VƯƠNG MINH PHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI TRAO ĐỔI DỮ LIỆU KÈM MÃ HĨA BẢO MẬT ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VƯƠNG MINH PHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI TRAO ĐỔI DỮ LIỆU KÈM MÃ HÓA BẢO MẬT ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS PHẠM NGỌC NAM Hà Nội – 2017 MỤC LỤC CHƯƠNG TÍNH CẤP THIẾT CỦA HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ DỮ LIỆU KTTV.1 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Bối cảnh 1.1.2 Thực trạng nhu cầu truyền tin đồng số liệu khí tượng thủy văn .3 1.2 Thực trạng phần mềm truyền tin đồng liệu giới 1.3 Sự cần thiết phải xây dựng phần mềm đồng liệu KTTV .12 1.3.1 Mục tiêu đề tài 13 1.3.2 Nội dung nghiên cứu .13 1.4 Kết luật chương 13 CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT PHÙ HỢP CHO HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ KTTV 14 2.1 Socket .14 2.2 Các mơ hình lập trình mạng 15 2.2.1 Mơ hình client/server 15 2.2.2 Mơ hình peer-to-peer 20 2.2.3 So sánh mơ hình P2P client-server 21 2.3 Windows services 22 2.3.1 Windows service .22 2.3.2 Tại lại cần phải sử dụng windows services 22 2.4 Kết luân chương .22 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ DỮ LIỆU KTTV 23 3.1 Thiết kế mơ hình phân tán cân tải Client-Server 23 3.1.1 Lớp thứ (lớp core) 24 3.1.2 Lớp thứ (lớp chia tải) 24 3.1.3 Lớp thứ (lớp người dùng) 24 3.1.4 Ưu nhược điểm mơ hình 25 3.2 Sơ đồ Usecase 25 3.2.1 Số lượng usercase 25 3.2.2 Mô tả use-case 26 3.2.3 Mô tả chi tiết 30 3.3 Thiết kế xây dựng sở liệu .31 3.3.1 Nội dung sở liệu bao gồm: 31 3.3.2 Một số bảng quan trọng : 31 3.4 Xây dựng phần mềm 35 3.4.1 Sơ đồ khối phầm mềm 35 3.4.2 Kết đạt .36 3.5 Kết luận chương .38 CHƯƠNG TRIỂN KHAI PHẦN MỀM VÀ CHẠY KIỂM THỬ .39 4.1 Quy trình kiểm thử 39 4.1.1 Cài đặt .39 4.1.2 Kịch test .41 4.1.3 Kịch test .41 4.1.4 Kịch test .42 4.2 Kết kiểm thử 42 4.3 Kết luận chương .45 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 5.1 Các điểm đạt phần mềm 46 5.2 Các điểm chưa hướng nâng cấp tới 46 5.3 Kết luận chương .47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC I: CHI TIẾT USE-CASE .49 PHỤ LỤC II : CODE MỘT SỐ HÀM QUAN TRỌNG 60 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1-1:Mơ hình chia sẻ liệu trung tâm TTDL Hình 1-2: Mơ hình hoạt động dropbox Hình 2-1: Các kiểu socket 14 Hình 2-2: Mơ hình client-server 15 Hình 2-3: Quá trình trao đổi liệu client server 17 Hình 2-4: Bảy thao tác để truyền nhận liệu client server 18 Hình 2-5: Mơ hình Peer-2-Peer 20 Hình 3-1: Mơ hình chia tải 23 Hình 3-2 Use-Case Kiểm tra kết nối 27 Hình 3-3 User-Case Quản lý phiên làm việc 27 Hình 3-4 User-Case Quản lý hệ thống (bằng file luật) .28 Hình 3-5 Use Case Đồng liệu 28 Hình 3-6 Use Case Phát liệu 29 Hình 3-7 Use-Case Ghi lịch sử 29 Hình 3-8 Use-Case xác thực liệu thiếu 30 Hình 3-9 Use-Case Xóa liệu cũ định kỳ .30 Hình 3-10: Sơ đồ khối phần mềm 35 Hình 3-11: Giao diện cài đặt phần mềm .37 Hình 3-12: Phần mềm dạng windows services 37 Hình 3-13: Thư mục làm việc hệ thống đồng 37 Hình 4-1: Mơ hình áp dụng kiểm thử .40 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2-1:So sánh mơ hình client-server P2P .21 Bảng 3-1: Liệt kê use-case 25 Bảng 3-2: số bảng sở liệu quan trọng hệ thống đồng 31 Bảng 4-1: Thông số đường truyền internet mô hình kiểm thử 40 Bảng 4-2:Kết kịch test phiên .44 Bảng 4-3:Kết kịch test 45 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT KTTV ĐKV TTDB TTDL TU CNTT Khí tượng thủy văn Đài Khu Vực Trung tâm dự báo trung ương Trung tâm thông tin liệu Trung ương Công nghệ thông tin P2P Peer to peer LỜI NÓI ĐẦU Hiện việc truyền tải, đồng liệu, thông tin phần thiết yếu sống thời đại bùng nổ thông tin địi hỏi việc truyền liệu nhanh, xác đảm bảo an tồn bảo mật Đặc biệt Thơng tin lĩnh vực khí tượng thủy văn coi vấn đề sống bối cảnh diễn biến khí hậu xảy bất thường ngày nhiều hơn, việc có thơng tin dự báo kịp thời xác để có phương hướng xử lý quan trọng Quan trọng khơng có liệu thô phục vụ công tác dự báo từ khắp đài trạm quan trắc nước gửi phải đảm bảo xác nhanh chóng Bản thân người viết cơng tác ngành Khí tượng thủy văn, nhận thấy tầm quan trọng thơng tin, liệu đóng vai trị quan trọng trạng ngành dùng nhiều phương thức truyền số liệu khác chưa đáp ứng hầu hết yêu cầu cần thiết, nên người viết đề xuất thực đề tài: Nhiên cứu xây dựng hệ thống truyền tải trao đổi liệu kèm mã hóa bảo mật ứng dụng ngành khí tượng thủy văn Mục tiêu đề tài xây dựng hệ thống đồng số liệu đơn vị ngành Khí tượng thủy văn, từ đài trạm quan trắc khắp nước để phục vụ công tác dự báo phòng chống thiên tai Hệ thống phải đảm bảo hoạt động cách tự động, chạy ổn định liên tục 24/24, xảy lỗi, liệu đảm bảo đầy đủ, độ trễ đường truyền trễ hệ thống thấp, phục vụ nhiều đài trạm nước quốc tế Người viết xin chân thành cảm ơn Trung tâm Khí Tượng Thủy Văn Quốc Gia, Trung Tâm Thông Tin Dữ Liệu tạo điều kiện hỗ trợ đồng thời chân thành cám ơn PGS TS Phạm Ngọc Nam hướng dẫn hỗ trợ người viết thực đề tài Học viên Vương Minh Phương TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài tập trung vào xây dựng hệ thống truyền tải đồng thông tin liệu áp dụng ngành khí tượng thủy văn Hệ thống bao gồm phần thiết kế hệ thống, xây dựng phần mềm hoạt động hệ thống Hệ thống bao gồm việc thiết kế mơ hình đồng liệu khí tượng thủy văn phục vụ công tác dự báo cảnh báo Đồng thời thiết kế xây dựng phần mềm đồng liệu hoạt động hệ thống đó.Hệ thống phải đảm bảo số liệu đồng đầy đủ xác, nhanh chóng, thực tài nguyên sẵn có Phần mềm phải đảm bảo lỗi, hoạt động ổn định liên tục 24/24 Phần mềm phải có khả tự khôi phục hoạt động gặp số cố hay gặp phải lỗi khơng có kết nối internet, điện… Luận văn gồm chương  Chương 1: Tính cấp thiết hệ thống đồng liệu KTTV Chương tập trung vào phân tích tầm quan trọng hệ thống truyền tin KTTV, trạng hạ tần kỹ thuật phương thức truyền số liệu KTTV sử dụng  Chương 2: Các giải pháp khoa học kỹ thuật phù hợp cho hệ thống đồng liệu KTTV Chương tập trung vào đưa giải pháp mô hình kỹ thuật áp dụng để xây dựng hệ thống đồng liệu KTTV  Chương 3: Thiết kế xây dựng hệ thống đồng liệu KTTV Chương tập trung vào xây dựng hệ thống, phần mềm giải pháp đưa  Chương 4: Triển khai phần mềm kiểm thử hệ thống Chương mô tả qui trình kiểm thử hệ thống, đưa số kết kiểm thử định  Chương 5: Kế luận kiến nghị Chương đưa đánh giá phần mềm sau kiểm thử chạy thực tế thời gian Các điểm đạt chưa đạt phần mềm đồng thời đưa định hướng nâng cấp tới hệ thống cho phù hợp với nhu cầu hạ tầng kỹ thuật CHƯƠNG TÍNH CẤP THIẾT CỦA HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ DỮ LIỆU KTTV Chương nêu tính cấp thiết đề tài khảo sát trạng phương thức truyền tin KTTV 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Bối cảnh Thiên tai giới ngày có diễn biến phức tạp năm gần làm số người chết lên đến hàng nghìn người gây thiệt hại hàng trăm tỷ USD Trong năm qua, thiên tai làm nước thiệt hại lớn người tài sản Theo báo cáo Trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia, từ năm 2008 đến cuối 2012 thiên tai làm nước chết, tích gần 1,9 nghìn người, bị thương gần nghìn người, gây thiệt hại 74 nghìn tỷ đồng Như tỷ lệ thiệt hại tài sản chiếm 1,48% GDP hàng năm Trong năm 2014, có bão áp thấp nhiệt đới hoạt động Biển Đông, mưa bão trận lũ quét gây sạt lở đất, làm 133 người chết tích, 145 người bị thương, tài sản, thống kế quan chức cho thấy gần 2000 nhà bị đổ sập 43.000 nhà bị ngập hư hại, 230.000 hoa màu bị thiệt hại Tổng thiệt hại lên đén 2.830 tỷ đồng Trong năm 2015 nước ta thiên tai xuất với tần suất dầy đặc Nắng nóng gay gắt với nhiệt độ cao kỷ lục 60 năm qua diễn diện rộng khiến hàng nghìn người dân khu vực miền Trung lâm vào cảnh thiếu lương thực nước uống.Theo ban đạo phòng chống lụt bão trung ương (PCLB) cho biết, ảnh hưởng biến đổi khí hậu nên năm trở lại đây, thiệt hại tài sản thiên tai gây ngày lớn.Dự báo năm thời tiết việt nam có diễn biến bất thường theo xu chung giới hiệu ứng nhà kính tốc độ tàn phá tự nhiên người Với tình hình thời tiết ngày biến đổi phức tạp nhanh chóng, việc dự báo, cảnh bảo để sớm có biện pháp phịng chống kịp thời vô quan trọng Nhận thấy tầm quan đó, nhiều năm qua, Việt Nam liên tục không ngừng đầu tư trang thiết bị phục vụ việc dự báo cảnh báo thời tiết Đã có nhiều trạm ... NỘI VƯƠNG MINH PHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI TRAO ĐỔI DỮ LIỆU KÈM MÃ HĨA BẢO MẬT ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG... LUẬN VĂN Đề tài tập trung vào xây dựng hệ thống truyền tải đồng thông tin liệu áp dụng ngành khí tượng thủy văn Hệ thống bao gồm phần thiết kế hệ thống, xây dựng phần mềm hoạt động hệ thống Hệ thống. .. truyền tải trao đổi liệu kèm mã hóa bảo mật ứng dụng ngành khí tượng thủy văn Mục tiêu đề tài xây dựng hệ thống đồng số liệu đơn vị ngành Khí tượng thủy văn, từ đài trạm quan trắc khắp nước để