Tài liệu Nghiên cứu kiến trúc hệ thống media - lbs

1 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 5 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 6 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 2.7. 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 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 7 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 8 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 9 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 1. TỪ VIẾT TẮT 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 STT TÊN TIẾNG ANH TÊN TIẾNG VIỆT 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 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 46. CSDL Wireless Local Area Network Số hóa bởi Trung tâm Học liệu Cơ sở dữ liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Dữ liệu thông tin trong phƣơng pháp fingerprint ................................. 64 Bảng 2: Lớp PositionPlace ................................................................................. 69 Bảng 3: Lớp MediaLink ..................................................................................... 70 Bảng 4: Lớp sUser .............................................................................................. 70 Bảng 5: Lớp FriendShip ..................................................................................... 71 Bảng 6: Lớp sPer ................................................................................................ 71 Bảng 7: Lớp sGroup ........................................................................................... 71 Bảng 8: Lớp sGroupUserPer .............................................................................. 71 Bảng 9: Dữ liệu thử nghiệm ............................................................................... 80 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 PHẦN MỞ ĐẦU Đề tài tập trung vào nghiên cứu kiến trúc và phát triển ứng dụng Media LBS, cung cấp dịch vụ đa phƣơng tiện dựa trên vị trí trên nền tảng điện toán đám mây. Khi di 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, nó giải quyết các vấn đề về xã hội đang cần nhƣ việc định vị, theo dõi, dự báo thời tiết, dịch vụ khẩn cấp, hay truyền thông đa phƣơng tiện…Chúng ta có thể thấy việc phát triển công nghệ của một số hãng nhƣ Google, Microsoft, Samsung, Iphone,… đã góp phần làm lên kỷ nguyên về công nghệ nhƣ ngày nay. Chỉ cách đây vài thập kỷ việc mang một chiếc máy tính theo bên mình còn là chuyện không tƣởng khi một chiếc máy có khả năng xử lý chỉ vào ngàn phép tính một giây đã lớn bằng cả căn phòng thì giờ đây bất kỳ ai cũng đã có thể hoàn thành công việc của mình ngay trên đƣờng đi chỉ với một chiếc điện thoại di động. Sự phát triển của công nghệ điện tử đã cho ra những siêu máy tính chỉ nhỏ bằng bàn tay với đầy đủ mọi tính năng cũng nhƣ các bộ phần chức năng hỗ trợ đƣợc gắn kèm nhƣ máy ảnh, GPS, các phƣơng tiện giải trí. Không chỉ có sự phát triển của công nghệ điện tử mà các dịch vụ và sản phẩm phần mềm kèm theo cũng có sự phát triển tƣơng ứng. Theo trào lƣu ấy, việc kết hợp giữa các thiết bị hiện đại và các dịch vụ mới để sinh ra lợi ích tối đa cho ngƣời dùng là tất yếu, mà gần nhƣ thiết bị di động đang là trung tâm của xu hƣớng này, giờ đây ngƣời sở hữu thiết bị di động không còn bị gói gọn trong văn phòng nữa hoặc chức năng nghe gọi mà có thể thực hiện công việc hàng ngày từ bất cứ nơi đâu. Một hƣớng mới đã đƣợc mở ra, hƣớng phát triển truyền thống cung cấp xử lý dựa trên thông tin của ngƣời dùng đã phát triển gần đến mức giới hạn, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 13 hƣớng mới này cung cấp khả năng xử lý dựa trên thông tin của môi trƣờng chung quanh. Từ việc biết đƣợc ngƣời dùng đang ở trong hoàn cảnh nào (ở đâu và hoàn cảnh nào), thiết bị có thể đƣa ra những phƣơng án hỗ trợ ngƣời dùng tốt nhất một cách tự động. Các thông tin “nền” về môi trƣờng xung quanh bao gồm vị trí (posistion) của ngƣời dùng dựa trên khả năng định vị, các thông tin đa phƣơng tiện hữu ích và nền tảng ứng dụng. Khả năng định vị đã bắt đầu có trong một số thiết bị chuyên dụng từ cách đây vài thập kỉ. Tuy nhiên mãi đến gần đây mới bắt đầu đƣợc tích hợp vào các thiết bị dành cho ngƣời dùng phổ thông, cung cấp nền tảng để các dịch vụ dựa trên vị trí (Location Based Services – LBS) có thể hoạt động. Loại dịch vụ này tuy ra đời sau nhƣng các dịch vụ dựa theo vị trí đã đƣợc kèm theo hầu hết các thiết bị di động có hỗ trợ; trong đó phổ biến nhất là dịch vụ bản đồ số và tìm đƣờng đi. Gần đây việc phát triển các dịch vụ theo vị trí ngày càng trở nên phát triển một cách mạnh mẽ, lúc đầu nhu cầu chỉ là việc bản đồ số, tìm đƣờng nhƣng sau một vài năm nhu cầu đã tăng lên nhanh chóng, ngƣời dùng đòi hỏi nhiều những ứng dụng tiện lợi cho mình hơn nhƣ dịch vụ hỗ trợ tìm kiếm những đối tƣợng thực tế dựa trên vị trí đƣợc số hóa nhƣ nhà hàng, khách sạn, bệnh viên, bến xe, trƣờng học, tin tức thể thao…cho đến việc đòi hỏi một ứng dụng hỗ trợ truyền thông tổng hợp dựa trên vị trí nhƣ Media LBS. Nói một cách ngắn gọn, Media LBS là một dịch vụ cung cấp nội dung thông tin đa phƣơng tiện dựa trên vị trí hiện tại của ngƣời dùng mà không cần sự tƣơng tác của ngƣời dùng. Do đó vấn đề đặt ra là kiến trúc để giải quyết việc truyền tải đó nhƣ thế nào? Khi mà việc sử dụng các dịch vụ không còn bó hẹp ở việc ngƣời dùng tƣơng tác với dịch vụ nữa mà dịch vụ cũng có thể tự động cung cấp thông tin đa phƣơng tiện cho chính ngƣời dùng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 14 Media LBS (Media Location Based Services) là một kiến trúc, giải pháp công nghệ đƣợc đề cập để giải quyết những vấn đề này. Lúc này đối tƣợng truyền thông đƣợc hiểu không phải là những thứ mà chúng ra vẫn thƣờng thấy mà lại là vị trí, vị trí cho biết tất cả những gì mà ngƣời dùng mong muốn miễn là dữ liệu gắn kém với nó đủ đáp ứng nhu cầu. Hiện nay ở Việt Nam thì Media LBS chƣa phát triển, rất hiếm để tìm thấy một mô hình ứng dụng đề xuất theo phƣơng hƣớng này. Trong phạm vi đề tài sẽ chỉ tìm hiểu về mô hình dịch vụ theo vị trí (LBS) ở mức truyền thống, sau đó tìm hiểu về mô hình Media LBS, phạm vi khu vực sẽ thực hiện là một địa điểm trong thành phố Hải Phòng hoặc Hà Nội. Ngƣời sử dụng hệ thống có thể nhận đƣợc các dữ liệu đa phƣơng tiện tại những địa điểm mình đi qua hoặc chuẩn bị tới một cách tự động thông qua ứng dụng Media LBS. Những nội dung nghiên cứu chính Luận văn đƣợc trình bày trong 3 chƣơng, có phần mở đầu, phần kết luận, phần mục lục, tài liệu tham khảo. Các nội dung cơ bản của 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 đám mây, các kỹ thuật nén dữ liệu, kỹ thuật về định vị và xây dƣng kiến trúc cơ sở dữ liệu của hệ thống Media LBS. Chƣơng 3: CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 15 Trình bày bài toán đƣợc lựa chọn để triển khai trong khuôn khổ đề tài, giới thiệu các đặc điểm công nghệ, phân tích và thiết kế, xây dựng chƣơng trình trên Server và chƣơng trình chạy trên di động. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 16 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Tổng quan về LBS Dịch vụ dựa trên vị trí ngày càng trở nên phát triển, chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp những thiết bị có khả năng định vị hoặc thấy những ứng dụng dựa trên vị trí của ngƣời dùng đƣợc cài đặt trên nhiều loại thiết bị. Từ máy điện thoại cá nhân, đến các thiết bị đƣợc thiết kế trên các phƣơng tiện giao thông nhƣ máy bay, tàu, ô tô, xe máy,… đến các thiết bị trang sức nhƣ đồng hồ thông minh đều có những ứng dụng này. 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 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 từ việc tích hợp GIS/CSDL không gian và các thiết bị di động nhƣ điện thoại di động và GPS. - Hệ thống Internet di động (Mobile Internet) đƣợc hình thành trên cơ sở tích hợp các thiết bị di động nhƣ điện thoại di động và Internet. Dịch vụ LBS có khả năng cung cấp hai nhóm hoạt động chính là liên lạc thông tin và tƣơng tác qua lại giữa khách hàng và dịch vụ. Vì vậy, khách hàng có thể cho nhà cung cấp dịch vụ biết các thông tin cần thiết, phù hợp với họ, với vị trí của họ trong thời điểm hiện tại. Các ứng dụng dịch vụ LBS đƣợc chia thành một số nhóm chính nhƣ sau: - Dịch vụ thông tin và dẫn đƣờng (Information and Navigation Services): LBS cung cấp dữ liệu trực tiếp cho ngƣời dùng cuối (End-user). Các thông tin này bao gồm vị trí hiện tại, vị trí đích, một số gợi ý nâng cao tƣơng ứng… - Dịch vụ hỗ trợ khẩn cấp (Emergency assistance): dịch vụ LBS cung cấp vị trí ngƣời dùng trong trƣờng hợp rủi ro, tai nạn cần hỗ trợ. - Dịch vụ lƣu vết (Tracking services): dịch vụ này cho phép lƣu lại các vị trí của ngƣời dùng theo thời gian. Tuy nhiên, với các yêu cầu về an ninh nên các thông tin này thƣờng không đƣợc sử dụng công khai. - Dịch vụ thanh toán (Billing services): Bao gồm các dịch vụ tính phí ngƣời sử dụng khi họ sử dụng dịch vụ nào đó, tùy thuộc vào vị trí khi họ sử dụng dịch vụ thu phí theo tuyến đƣờng, theo khu vực… - Dịch vụ shopping, game và giải trí (Shopping, Games and Entertainment Services): Bao gồm các dịch vụ cho phép gửi các thẻ ƣu đãi, khuyến mại tới ngƣời mua hàng… 1.2. Các hệ thống định vị hiện có 1.2.1. Khái niệm và các hệ thống định vị toàn cầu hiện có Trên thế giới hiện tại có rất nhiều hệ thống định vị nhƣ Navstar GPS, Glonass, Galileo, Bắc Đẩu… mỗi hệ thống đều mang đến những đặc điểm riêng. Những hệ thống này có thể đƣợc xây dựng bởi một quốc gia hoặc cũng có thể do Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 18 một nhóm quốc gia. Các hệ thống định vị này mang nhiều mục đích khác nhau tuy nhiên mục đích chính của chúng là xác định một cách chính xác nhất có thể vị trí của một đối tƣợng nào đó nhƣ vị trí của một chiếc tàu, một chiếc ô tô, một chiếc máy bay hoặc chỉ đơn giản là vị trí của một ngƣời. 1.2.2. Navstar GPS Đây là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Mỹ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Vệ tinh đầu tiên của hệ thống đƣợc phóng thành công năm 1978 và đƣợc hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh (thực tế là 27 vệ tinh) vào năm 1994 trong đó có 3 vệ tinh dự phòng. Tuy đƣợc quản lý bởi Bộ Quốc phòng Mỹ, chính phủ Mỹ cho phép mọi ngƣời trên thế giới sử dụng một số chức năng của GPS miễn phí. GPS hay Global Positioning System thật ra là tên gọi chung cho tất cả các hệ thống có khả năng định vị trên toàn cầu. Tuy nhiên vì NAVSTAR GPS là hệ thống đƣợc dùng rộng rãi nhất hiện nay nên nhiều ngƣời đánh đồng GPS với NAVSTAR GPS. Tín hiệu GPS miễn phí chỉ có độ chính xác tƣơng đối so với tín hiệu đƣợc dùng cho quân sự và quân đội Mỹ vẫn giữ quyền kiểm soát. Quân đội Mỹ hoàn toàn có khả năng vô hiệu hóa tín hiệu NAVSTAR GPS dân sự bằng cách gây nhiễu hoặc mã hóa. Tuy nhiên điều này khó xảy ra vì với sự phát triển bùng nổ các thiết bị và ứng dụng GPS nhƣ ngày nay, đặc biệt trong số đó có những tập đoàn kinh tế lớn nhƣ ngành hàng không thì sẽ không dễ để Quân đội Mỹ vô hiệu hóa và chỉ dùng cho quân đội. Về mặt ứng dụng, NAVSTAR GPS chính là hệ thống nền tảng cho hầu hết các thiết bị hiện có trên thị trƣờng, nó tạo lên một cuộc cách mạng về công nghệ định vị. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 19 1.2.3. Glonass (GLObal NAvigation Satellite System) GLONASS là hệ thống định vị toàn cầu của Liên xô cũ với chức năng tƣơng tự nhƣ GPS (NAVSTAR) của Mỹ. Nền tảng của hệ thống này gồm 24 vệ tinh chuyển động trên bề mặt trái đất theo 3 mặt quỹ đạo với góc nghiêng 64,80, và độ cao là 19.100 km. Trong thực tế hệ thống này gồm 30 vệ tinh nhân tạo, 24 cái hoạt động thƣờng xuyên và 6 vệ tinh dự phòng khi gặp sự cố. Vệ tinh đầu tiên của GLONASS đƣợc Liên xô đƣa lên quỹ đạo vào 12 tháng 10 năm 1982, vào ngày 24 tháng 9 năm 1993 hệ thống chính thức đƣợc đƣa vào hoạt động. Tuy nhiên việc sử dụng của hệ thống này chỉ gói gọn trong Quân đội Liên xô cũ và Nga hiện nay. Đồng thời vì sự sụp đổ của nền kinh tế sau khi Liên xô tan rã dẫn tới hệ thống này gần nhƣ bị lãng quên dẫn tới sự phổ dụng của hệ thống này ít đƣợc biết tới. Năm 2000, nhiệm vụ khôi phục lại hệ thống GLONASS đƣợc Chính phủ Nga ƣu tiên đặt lên hàng đầu. Đến năm 2010, GLONASS đã phủ trùm toàn bộ phần lãnh thổ Liên bang Nga. Vào tháng 102011, hệ thống GLONASS hoàn chỉnh hợp thành bởi chùm 24 vệ tinh đã đƣợc phục hồi theo đúng thiết kế, đảm bảo cung cấp dịch vụ định vị dẫn đƣờng phủ trùm trên khắp toàn cầu. Cùng đó là chƣơng trình hiện đại hóa GLONASS bằng thế hệ vệ tinh định vị mới đang đƣợc khẩn trƣơng triển khai. Nhƣng các hãng viễn thông vẫn chƣa mặn mà với hệ thống này, do vậy những ngƣời sử dụng điện thoại chỉ mới có thể tiếp cận với hệ thống này thông qua một vài phiên bản điện thoại của Sony Ericsson/Sony nhƣ Xperia 2011. Vào tháng 2 năm 2012, theo nhật báo Kommersant, Nga dự kiến chi 346,5 tỷ rúp (gần 12 tỷ USD) vào hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GLONASS trong thời gian từ năm 2012 đến năm 2020. Đến tháng 4 năm 2012 Phó thủ tƣớng 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 vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS) đƣợc xây dựng bởi Liên minh châu Âu (EU). Galileo khác với GPS của Mỹ và 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, góc lệch 560. Theo thiết kế nó gồm 27 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng. Hiện nay, một số nƣớc đã thử nghiệm thành công tín hiệu của hệ thống Galileo trong đó có Việt Nam. Tháng 4 năm 2013, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã thử nghiệm thành công việc xác định vị trí thông qua hệ thống này thông qua bộ thu Navisoft. Hình C1. 2: Vị trí của 4 vệ tinh Galileo và 12 vệ tinh GPS trên bầu trời Hà Nội Với sự ra đời của hệ thống Galileo nền công nghiệp về định vị sẽ phát triển mạnh hơn nữa trong những năm tới. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/