2.4.1.1 Giới thiệu về mạng không dây
Công nghệ WLAN lần đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990, khi những nhà sản xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động trong băng tần 900Mhz. Những giải pháp này (không được thống nhất giữa các nhà sản xuất) cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps, thấp hơn nhiều so với tốc độ 10Mbps của hầu hết các mạng sử dụng cáp hiện thời.
Năm 1992, những nhà sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm WLAN sử dụng băng tần 2.4Ghz. Mặc dầu những sản phẩm này đã có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhưng chúng vẫn là những giải pháp riêng của mỗi nhà sản xuất không được công bố rộng rãi.
Năm 1997, Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE) đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng được biết với tên gọi WIFI (Wireless Fidelity) cho các mạng WLAN. Chuẩn 802.11 hỗ trợ ba phương pháp truyền tín hiệu, trong đó có bao gồm phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến ở tần số 2.4Ghz.
Năm 1999, IEEE thông qua hai sự bổ sung cho chuẩn 802.11 là các chuẩn 802.11a và 802.11b (định nghĩa ra những phương pháp truyền tín hiệu). Và những thiết bị WLAN dựa trên chuẩn 802.11b đã nhanh chóng trở thành công nghệ không dây vượt trội. Các thiết bị WLAN 802.11b truyền phát ở tần số 2.4Ghz, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 11Mbps. IEEE 802.11b được tạo ra nhằm cung cấp những đặc điểm về tính hiệu dụng, thông lượng (throughput) và bảo mật để so sánh với mạng có dây.
Năm 2003, IEEE công bố thêm một sự cải tiến là chuẩn 802.11g mà có thể truyền nhận thông tin ở cả hai dãy tần 2.4Ghz và 5Ghz và có thể nâng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54Mbps. Thêm vào đó, những sản phẩm áp dụng 802.11g cũng có thể tương thích ngược với các thiết bị chuẩn 802.11b. Hiện nay chuẩn 802.11g đã đạt đến tốc độ 108Mbps]300Mbps.
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
Hình 2.6. Mô hình mạng không dây cho gia đình
Hình 2.7. Mô hình mạng không dây dùng Modem Wi]Fi 2.4.1.2 Một số mạng Wireless hiện nay
Wireless Wide Area Network (WWAN), Wireless Local]Area Network (WLAN), Wireless Personal Area Network (WPAN), LAN]LAN bridging, Wireless Metropolitan Area Network (WMAN).
WLAN: Sử dụng cho mạng cục bộ không dây, theo chuẩn 802.11.
LAN[LAN bridging: Sử dụng cho mạng nội bộ, nhưng theo diện rộng hơn (giữa 2 tòa nhà).
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
WWAN: Sử dụng cho công nghệ mạng diện rộng như là mạng điện thoại 2G, GSM (Global System for Mobile Communications).
WMAN: Sử dụng cho mạng diện rộng (giữa các vùng).
WPAN: Sử dụng cho mạng cá nhân không dây, thường như là công nghệ Bluetooth, hồng ngoại.
Bảng 2.1. So sánh một số mạng Wireless 2.4.2 Những tiêu chuẩn mạng không dây
Công nghệ chính được sử dụng cho mạng Wireless là dựa trên chuẩn IEEE 802.11 (Institute of Electrical and Electronics Engineers), ngoài ra còn sử dụng chuẩn Bluetooth. Hầu hết các mạng Wireless hiện nay đều sử dụng tầng số 2.4GHz. Chuẩn này được xem là chuẩn dùng cho các thiết bị di động có hỗ trợ Wireless, phục vụ cho các thiết bị có phạm vi hoạt động tầm trung bình.
2.4.2.1 Chuẩn IEEE 802.11
Cho đến hiện tại IEEE 802.11 gồm có 4 chuẩn trong họ 802.11 và 1 chuẩn đang thử nghiệm:
Chuẩn 802.11 : Là chuẩn IEEE gốc của mạng không dây (hoạt động ở tầng số 2.4GHz, tốc độ 1 Mbps – 2Mbps)
Chuẩn 802.11b : Phát triển vào năm 1999, hoạt động ở tầng số 2.4]2.48GHz, tốc độ từ 1Mpbs ] 11Mbps
Chuẩn 802.11a : Phát triển vào năm 1999, hoạt động ở tầng số 5GHz – 6GHz, tốc độ 54Mbps
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
Chuẩn 802.11g : Một chuẩn tương tự như chuẩn b nhưng có tốc độ cao hơn từ 20Mbps ] 54Mbps, hiện đang phổ biến nhất
Chuẩn 802.11e : Là 1 chuẩn đang thử nghiệm, đây chỉ mới là phiên bản thử nghiệm cung cấp đặc tính QoS (Quality of Service) và hỗ trợ Multimedia cho gia đình và doanh nghiệp có môi trường mạng không dây.
Bảng 2.2. Mô tả băng tần và tốc độ của chuẩn 2.4.2.2 Chuẩn Bluetooth
Bluetooth là một giao thức hàng ngang đơn giản dùng để kết nối những thiết bị di động như Mobile Phone, Laptop, Handheld computer, Digital Camera, Printer, v.v… để truyền tải thông tin với nhau.
Bluetooth sử dụng chuẩn IEEE 802.15 với tầng số 2.4GHz – 2.5GHz, tương tự như chuẩn IEEE 802.11 và IEEE 802.11b . Bluetooth cho phép các thiết bị di động tránh được tình trạng nhiễu sóng từ những tín hiệu khác nhau bằng cách chuyển sang một tầng số mới sau khi đã truyền hoặc nhận một gói dữ liệu.
Bluetooth là công nghệ tiêu thụ năng lượng thấp với khoảng cách truyền lên đến 30feet (~ 10m) với tốc độ khoảng 1Mpbs, khoảng cách này có thể tăng lên 300feet (~100m) nếu tăng nguồn lên 100mW. Một mạng Bluetooth chỉ có khả năng hổ trợ cho 8 thiết bị trong cùng thời gian.
Bluetooth là công nghệ được thiết kế nhằm đáp ứng một cách nhanh chóng việc kết nối các thiết bị di động và cũng là giải pháp tạo mạng WPAN, có thể thực hiện trong môi trường nhiều tầng số khác nhau.
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
Hình 2.8. Mô hình mạng sử dụng Bluetooth thay thế cho cáp thông thường
Mỗi một thiết bị trên mạng Bluetooth có thế là thiết bị chính hoặc phụ. Thiết bị chính thì có chức năng tạo ra sự kết nối trong mạng, thiết bị phụ thì gửi tín hiệu trả lời cho thiết bị chính.
Một mạng Bluetooth có thể có đến 7 máy phụ với 1 máy chính. Tất cả các máy phụ chỉ giao tiếp với máy chủ, vì vậy mọi giao tiếp giữa các máy phụ phải thông qua máy chính.
Hầu hết các thiết bị Bluetooth đều phát ra một năng lượng phóng xạ đẳng hướng (EIRP – effective isotropic radiated power).
2.4.3 Kênh trong mạng không dây 2.4.3.1 Kênh trong mạng không dây 2.4.3.1 Kênh trong mạng không dây
Mạng Wireless hoạt động ở 14 kênh (nhưng thực tế khi hoạt động thì chỉ có 1 kênh phát)
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
Bảng 2.3. Kênh trong mạng không dây
Trên thực tế, một công ty tầm trung hoặc lớn khi đã triển khai hệ thống này sẽ không sử dụng duy nhất một Access Point mà có thể có 2 hoặc nhiều Access Point đặt gần nhau để phục vụ cho toàn bộ khu vực công ty. Để đảm bảo sự hoạt động của mạng tránh gặp tình trạng nhân viên sử dụng máy laptop hoặc các thiết bị cầm tay khác không truy cập vào mạng Wireless đuợc khi anh ta rời khỏi khu vực phòng mình.
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD Hình 2.9. Mô tả lắp đặt các kênh
Chú ý khi lắp đặt Access Point :
Cần có những vùng giao nhau giữa bán kính các Access Point. Kênh thiết lập cho các Access Point phải lệch nhau 5 kênh. 2.4.4 Các mô hình mạng
2.4.4.1 Mô hình mạng độc lập Independent BSS/ Ad[hoc
Trong mô hình Independent BSS, các Client liên lạc trực tiếp với nhau mà không phải thông qua AP nhưng phải trong phạm vi cho phép. Mạng nhỏ nhất theo chuẩn 802.11 này bao gồm 2 máy liên lạc trực tiếp với nhau. Thông thường mô hình này được thiết lập bao gồm một số Client được cài đặt dùng cho một mục đích cụ thể trong khoảng thời gian ngắn. Khi mà sự liên lạc kết thúc thì mô hình IBSS này cũng được giải phóng. Mô hình IBSS còn được gọi với tên là mạng ad]hoc. Hình dưới đây mô tả cách thức hoạt động của mạng ad]hoc.
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD Hình 2.10. Mô hình mạng độc lập Hoạt động của mô hình Independent BSS/ Ad[hoc
Các nút di động(máy tính có hỗ trợ card mạng không dây) tập trung lại trong một không gian nhỏ để hình thành nên kết nối ngang cấp (peer]to]peer) giữa chúng. Các nút di động có card mạng wireless là chúng có thể trao đổi thông tin trực tiếp với nhau , không cần phải quản trị mạng.
Ứng dụng của mạng
Vì các mạng ad]hoc này có thể thực hiện nhanh và dễ dàng nên chúng thường được thiết lập mà không cần một công cụ hay kỹ năng đặc biệt nào vì vậy nó rất thích hợp để sử dụng trong các hội nghị thương mại hoặc trong các nhóm làm việc tạm thời.
Hạn chế của mạng
Vùng phủ sóng bị giới hạn, mọi người sử dụng đều phải nghe được lẫn nhau. 2.4.4.2 Mô hình mạng cơ sở BSS/Infracstructure BSS
Trong mô hình Infrastructure BSS các Client muốn liên lạc với nhau phải thông qua một thiết bị đặc biệt gọi là Access Point (AP). AP là điểm trung tâm quản lý mọi sự giao tiếp trong mạng, khi đó các Client không thể liên lạc trực tiếp với nhau như trong mạng Independent BSS. Để giao tiếp với nhau các Client phải gửi các Frame dữ liệu đến AP, sau đó AP sẽ gửi đến máy nhận.
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD Hình 2.11. Mô hình mạng cơ sở 2.4.4.3 Mô hình mạng mở rộng ESS/Extend Service Set
Nhiều mô hình BSS kết hợp với nhau gọi là mô hình mạng ESS. Là mô hình sử dụng từ 2 AP trở lên để kết nối mạng. Khi đó các AP sẽ kết nối với nhau thành một mạng lớn hơn, phạm vi phủ sóng rộng hơn, thuận lợi và đáp ứng tốt cho các Client di động. Đảm bảo sự hoạt động của tất cả các Client.
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD Chương 3 Nền tảng phát triển dịch vụ LBS 3.1 Nền tảng phát triển ứng dụng MiddleWare 3.1.1 Giới thiệu chung
Sự phổ biến của thiết bị di động và công nghệ định vị như GPS làm gia tăng thêm sự quan tâm đến những ứng dụng trên nền định vị. Những ứng dụng như vậy sử dụng thiết bị định vị để xác định thông tin hoặc dịch vụ của người sử dụng.
Những dịch vụ và ứng dụng trên nền định vị đặc biệt hữu ích trong môi trường sử dụng di động. Tuy nhiên, môi trường sử dụng di động thực chất rất hỗn tạp, công nghệ mạng khác nhau có thể cùng được sử dụng, giống như GPRS và 802.11. Thách thức cho những nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ là xây dựng một cấu trúc (nền tảng công nghệ) chung cho phép phát triển những ứng dụng trên di động.
Trong một hội thảo gần đây, những nhà nghiên cứu về sử dụng di động kết luận đa số môi trường di động cung cấp cấu trúc gần giống MiddleWare cho phép truyền thông như Client – Server .
Varshney và Vetter tranh luận và đưa ra rằng Middleware là nền tảng cho phép phát triển những ứng dụng di động độc lập hoặc các phương tiện truyền thông.
Một số nền tảng Middleware được phát triển cho việc phát triển ứng dụng trên di động. Mặc dù nền tảng Middleware có chung mục đích cho phát triển những ứng dụng trên nền định vị.
3.1.2 Định nghĩa MiddleWare
Một hệ thống MiddleWare được định nghĩa là một tập hợp những dịch vụ nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển và triển khai những ứng dụng phân tán trong những môi trường không đồng nhất.
Một Middleware là một lớp phần mềm được thiết kế để tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển và triển khai cho những hệ thống phân tán.
Chẳng hạn, trong môi trường LBS một cấu trúc di động có thể được thực hiện bởi mạng 802.11 hoặc mạng di động tế bào. Bởi vậy những công nghệ định vị được chấp nhận cũng khác nhau, như Cell ID và GPS. Sự lựa chọn các kỹ thuật khác nhau này làm hạn chế sự hợp tác với nhau trong các môi trường di động. Trước tình hình như vậy tập
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
đoàn OpenGIS và Liên minh di động mở (Open Mobile Alliance) đã đưa ra được một vài tiêu chuẩn chung cho những ứng dụng di động
3.1.3 Nền tảng MiddleWare trong LBS
3.1.3.1 Những mô tả, khía cạnh và kiến trúc của MiddleWare LBS
MiddleWare LBS chuyên dụng hơn cho nhiều mục tiêu tương tự nhau. Nó tập chung vào tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển và triển khai những ứng dụng của LBS trong môi trường mạng không đồng nhất .
MiddleWare LBS phải khắc phục được giao thức, công nghệ mạng trong thế giới viễn thông với công nghệ mạng không dây và công nghệ mạng Internet. Đó là phần cơ bản mà MiddleWare LBS phải hợp nhất hệ thống, kết nối qua hệ thống báo hiệu 7 (SS7), công nghệ mạng, mạng Internet và công nghệ không dây .
MiddleWare LBS cũng được triển khai trong các nhà điều hành mạng di động hay nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng.
Trong ngữ cảnh triển khai, MiddleWare LBS kết nối những khách hàng trên thiết bị di động đầu cuối và Internet, nhà cung cấp ứng dụng thứ 3 và nhà điều hành mạng.
Những khía cạnh xử lý của 1 hệ thống LBS
Khía cạnh về không gian : Một MiddleWare LBS phải có khả năng tập hợp thông tin quanh vị trí và những phần tử cố định
Khía cạnh tạm thời : Thông tin định vị thể hiện trong một khoảng thời gian (không phải là vĩnh viễn)
Khía cạnh không chính xác, không đúng và không chắc chắn : LBS phải giải quyết được vấn đề thông tin không chính xác hay sai số liên quan đến những công nghệ định vị vị trí khác nhau.
Khía cạnh về quy mô dung lượng : LBS phải xử lý được dữ liệu quy mô lớn, bởi vậy tính chuyển đổi là một vấn đề rất quan trọng .
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD 3.1.3.2 Kiến trúc của MiddleWare LBS
Hình 3.1. Sơ đồ MiddleWare LBS
MiddleWare LBS bao gồm nhiều lớp khác nhau, nằm giữa tầng Application LBS và Positioning methods – Geographic content & GIS functions. Ứng dụng LBS thông thường bao gồm nhà cung cấp LBS và người dùng.
Trên cùng là Core services :
Lớp ‘Core services’ trong MiddleWare LBS là chức năng xây dựng những khối để xử lý bất kỳ loại thông tin nào như: geocoding, point] of] interest search, navigation data hoặc tính toán khoảng cách.
Core Services xử lý thông tin định vị suy ra từ dịch vụ định vị và nội dung bản đồ sau đó trả lại kết quả cho ứng dụng.
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
Management services là một lớp quan trọng trong MiddleWare LBS chịu trách nhiệm về hỗ trợ và điều khiển cho những ứng dụng và liên quan đến core services như : chất lượng dịch vụ, sự riêng tư của dịch vụ, báo cáo, truy vấn ….
Lớp thấp hơn trong MiddleWare LBS là các dịch vụ định vị (Location services) và ngôn ngữ/giao thức trao đổi thông tin địa lý. Giao thức và ngôn ngữ cho trao đổi nội dung địa lý được yêu cầu khi cần tiếp nhận nội dung đến từ một nhà cung cấp nội dung bên ngoài.
3.1.3.3 Tìm hiểu về middleware Open GIS Consortium (OGC)
Tập đoàn Open GIS là một trong những nhà phát triển tiên phong trong việc xây dựng middleware cho ứng dụng LBS, và được biết đến với tên gọi Open GIS Location Services(OpenLS). Thành phần lõi là GeoMobility services, làm việc kết nối giữa ứng dụng và server trong phạm vi cung cấp dịch vụ của nhà cung cấp LBS
Hình 3.2. Sơ đồ của GeoMobility server
GeoMobility server được trang bị một không gian cơ sở dữ liệu cho việc lưu trữ và truy nhập vào nội dung địa lý. Để chọn, middleware có thể được nối tới những cơ sở dữ liệu không gian khác của nhà cung cấp nội dung bên ngoài.
Nhiệm vụ chính của GeoMobility server sẽ điều khiển và thi hành những ứng dụng LBS cài đặt lên server. Phạm vi của những ứng dụng có thể bao gồm bất kỳ loại ứng dụng nào như tra cứu địa điểm quán ăn, dịch vụ dẫn đường, tiếp thị di động …
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD Kiến trúc của OpenLS
Hình 3.3. Sơ đồ kiến trúc OpenLS Phiên bản OpenLS Version 1.0 dịch vụ lõi bao gồm các thành phần :
directory service : Dịch vụ Directory cho phép tìm kiếm địa chỉ đường phố, tên địa điểm dịch vụ hoặc nhóm dịch vụ, từ khóa
gateway service : Gửi yêu cầu và nhận dữ liệu định vị từ một GMLC qua MLP geocoder service : Trả về vị trí địa lý của 1 địa chỉ cụ thể (tên đường phố hoặc tên địa điểm dịch vụ)
reverse geocoder service : Chuyển đổi tọa độ không gian thành mô tả về địa điểm có tọa độ tương ứng (Phép chuyển đổi ngược với geocoder).
route service : Được sử dụng để thực thi những ứng dụng dẫn đường. Một đường đi được tính toán từ điềm bắt đầu đến điểm kết thúc