-i-

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đặng Văn Đức, Viện Công
nghệ thông tin, Viện hàm lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, người đã định
hướng và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt
nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo khoa Công nghệ Thông tin, trường
Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông, Đại học Thái Nguyên, những người đã
tận tình truyền đạt các kiến thức, quan tâm, động viên trong suốt thời gian tôi học tập
và nghiên cứu tại Trường.
Nhân đây cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới nhóm các bạn học cùng lớp K10A,
lớp chuyên ngành Khoa học máy tính, các bạn đồng nghiệp đã thường xuyên quan
tâm, giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp các tài liệu hữu ích trong thời gian tôi
học tập, nghiên cứu tại Trường cũng như trong trong quá trình thực hiện luận văn tốt
nghiệp vừa qua.
Cuối cùng tôi xin bảy tỏ sự biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, những người thân
trong gia đình đã luôn ở bên tôi, động viên, chia sẻ và dành cho tôi những gì tốt đẹp
nhất trong suốt thời gian tôi học cao học cũng như trong thời gian tôi thực hiện luận
văn tốt nghiệp này.
Thái Nguyên, tháng 08 năm 2013

Vũ Văn Hưng


- ii -

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn “Kiến trúc dịch vụ dựa trên vị trí địa lý và ứng
dụng” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.
Đặng Văn Đức, tham khảo các nguồn tài liệu đã được chỉ rõ trong trích dẫn và danh

2.1. Kiến trúc tổng thể một hệ thống LBS..............................................................12
2.2. Tích hợp Web-GIS...........................................................................................13
2.2.1. Công nghệ bản đồ trực tuyến..................................................................13
2.2.2. Các giải pháp bản đồ trực tuyến ............................................................14
2.2.2.1. Công nghệ GeoServer..........................................................................14
2.2.2.2 Thư viện JavaScript nguồn mở OpenLayers........................................23
2.3. Thiết bị di động.................................................................................................25
2.3.1. Các loại thiết bị.......................................................................................25
2.3.2. Các hạn chế của thiết bị..........................................................................26
2.4. Hệ thống truyền tin...........................................................................................27


- iv 2.4.1. Mạng thông tin di động không dây.........................................................27
2.4.2. Mạng không dây diện rộng.....................................................................28
2.4.3. Mạng không dây cục bộ..........................................................................28
2.4.4. Mạng không dây cá nhân........................................................................29
2.5. Hệ thống định vị toàn cầu.................................................................................31
2.5.1 Giới thiệu chung.......................................................................................31
2.5.2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS..............................................................33
2.6. Hệ thống máy chủ Internet..............................................................................38
2.6.1. Mô hình triển khai trên nền dịch vụ Web ..............................................38
2.6.2. Mô hình triển khai dựa trên dịch vụ SMS..............................................40
2.6.3. Mô hình kết hợp dịch vụ web và SMS...................................................42
Chương 3 ......................................................................................................................44
XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM DỊCH VỤ THÔNG TIN..............................................44
(Information Service)....................................................................................................44
3.1. Phát biểu bài toán.............................................................................................44
3.2. Thiết kế hệ thống..............................................................................................44
3.2.1. Các biểu đồ ca sử dụng của hệ thống.....................................................44
3.2.1.1. Xác định các tác nhân và các ca sử dụng............................................44

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ
CSDL
GIS
GPS
GPRS
GSM

Cơ sở dữ liệu
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Systems)
Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)
Dịch vụ vô tuyến gói chung (General Packet Radio Service)
Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile

LBS
WLAN
WPAN
WWAN
SMS

Communications)
Dịch vụ dựa trên vị trí địa lý (Location-based Service)
Mạng không dây cục bộ (Wireless Local Area Networks)
Mạng không dây cá nhân (Wireless Personal Area Networks)
Mạng không dây diện rộng (Wireless Wide Area Network)
Dịch vụ tin nhắn ngắn (Short Message Services)


- vii -

DANH SÁCH BẢNG BIỂU



- viii 2.2.2.1. Công nghệ GeoServer..........................................................................14
Hình 2.3 Mô hình giao diện tĩnh của Web OGC.........................................................21
Hình 2.4 Mô hình giao diện động của Web OGC......................................................22
Hình 2.5 WFS dynamic interface web notification model..........................................22
Hình 2.6 WFS dynamic interface web notification polling model.............................23
2.2.2.2 Thư viện JavaScript nguồn mở OpenLayers........................................23
2.3. Thiết bị di động.................................................................................................25
2.3.1. Các loại thiết bị.......................................................................................25
Hình 2.7 Hình ảnh minh họa các thiết bị di động dùng trong LBS............................26
2.3.2. Các hạn chế của thiết bị..........................................................................26
2.4. Hệ thống truyền tin...........................................................................................27
2.4.1. Mạng thông tin di động không dây.........................................................27
Hình 2.8 Phân loại mạng không dây di động..............................................................27
2.4.2. Mạng không dây diện rộng.....................................................................28
Hình 2.9 Mạng không dây diện rộng (WWAN)..........................................................28
2.4.3. Mạng không dây cục bộ..........................................................................28
Hình 2.10 Mạng không dây cục bộ (WLAN)..............................................................29
2.4.4. Mạng không dây cá nhân........................................................................29
Hình 2.11 Mạng không dây cá nhân (WPAN)............................................................30
Bảng 2.1 Đặc điểm và sự khác nhau giữa các công nghệ mạng không dây...............30
2.5. Hệ thống định vị toàn cầu.................................................................................31
2.5.1 Giới thiệu chung.......................................................................................31
Hình 2.12 Định vị dựa trên mạng truyền thông...........................................................31
Hình 2.13 Định vị dựa trên thiết bị đầu cuối...............................................................32
2.5.2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS..............................................................33
Hình 2.14 Các phần của hệ thống GPS ......................................................................35
Hình 2.15 Quỹ đạo các vệ tinh của hệ thống GPS......................................................36
2.6. Hệ thống máy chủ Internet..............................................................................38

3.2.2.2. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm phương tiện.......................................52
Hình 3.9 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm phương tiện................................................52
3.2.2.3. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm đường................................................53
Hình 3.10 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm đường.......................................................53
3.2.2.4. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng cập nhật trạng thái...................................53


-xHình 3.11 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng cập nhật trạng thái..........................................53
3.2.2.5. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng đăng nhập................................................54
Hình 3.12 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng đăng nhập.......................................................54
3.2.2.6. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng theo dõi vết..............................................54
Hình 3.13 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng theo dõi vết.....................................................54
3.3. Phát triển phần mềm trên máy chủ với phần mềm nguồn mở.........................55
3.3.1. Trung tâm điều khiển..............................................................................55
Hình 3.14 Mô hình trung tâm điều khiển....................................................................55
3.3.2. Giao tiếp giữa phương tiện với trung tâm điều khiển............................56
3.3.2.1. Giao tiếp qua SMS...............................................................................56
Hình 3.15 Hệ thống với kết nối qua SMS...................................................................57
3.3.2.2. Mô hình hệ thống sử dụng GPRS:......................................................57
Hình 3.16 Hệ thống với kết nối GPRS........................................................................59
3.3.3. Thiết kế Cơ sở dữ liệu.............................................................................60
Hình 3.17 Các bảng dữ liệu và mối quan hệ...............................................................60
3.4. Phát triển dịch vụ thông tin trên thiết bị di động.............................................60
3.4.1 Một số giao diện của hệ thống.................................................................61
a. Phần giao diện phía người sử dụng.....................................................................61
Hình 3.18 Giao diện phía người sử dụng.....................................................................61
Hình 3.19 Giao diện tra cứu.........................................................................................62
Hình 3.20 Giao diện tìm kiếm phương tiện.................................................................62
Hình 3.21 Giao diện kết quả tìm theo số xe................................................................63
Hình 3.22 Giao diện chức năng cảnh báo....................................................................63

1.1.2. Các thành phần của LBS...........................................................................4
Hình 1.2 Các thành phần cơ bản của LBS.....................................................................5
1.1.3. Các kiểu dịch vụ LBS...............................................................................6
1.1.4. Xử lý các yêu cầu của LBS.......................................................................6
Hình 1.3 Luồng thông tin giữa các thành phần của LBS..............................................7
1.2 Khả năng ứng dụng LBS.....................................................................................8
1.2.1. Tính hữu dụng của LBS............................................................................8
Bảng 1.1 Mối quan hệ giữa 5 hành động di động cơ sở................................................9
1.2.2. Khả năng ứng dụng.................................................................................10
1.3. Tình hình nghiên cứu hiện nay trong và ngoài nước.......................................10
Chương 2.......................................................................................................................12
THIẾT KẾ DỊCH VỤ LBS...........................................................................................12
2.1. Kiến trúc tổng thể một hệ thống LBS..............................................................12
Hình 2.1 Luồng thông tin giữa các thành phần của LBS............................................12
2.2. Tích hợp Web-GIS...........................................................................................13
2.2.1. Công nghệ bản đồ trực tuyến..................................................................13
Hình 2.2 Sơ đồ hoạt động của WebGIS......................................................................14
2.2.2. Các giải pháp bản đồ trực tuyến ............................................................14


- xiii 2.2.2.1. Công nghệ GeoServer..........................................................................14
Hình 2.3 Mô hình giao diện tĩnh của Web OGC.........................................................21
Hình 2.4 Mô hình giao diện động của Web OGC......................................................22
Hình 2.5 WFS dynamic interface web notification model..........................................22
Hình 2.6 WFS dynamic interface web notification polling model.............................23
2.2.2.2 Thư viện JavaScript nguồn mở OpenLayers........................................23
2.3. Thiết bị di động.................................................................................................25
2.3.1. Các loại thiết bị.......................................................................................25
Hình 2.7 Hình ảnh minh họa các thiết bị di động dùng trong LBS............................26
2.3.2. Các hạn chế của thiết bị..........................................................................26

3.2. Thiết kế hệ thống..............................................................................................44
3.2.1. Các biểu đồ ca sử dụng của hệ thống.....................................................44
3.2.1.1. Xác định các tác nhân và các ca sử dụng............................................44
3.2.1.2. Biểu đồ ca sử dụng tổng quát..............................................................45
Hình 3.1 Biểu đồ ca sử dụng tổng quát.......................................................................45
3.2.1.3. Phân rã một số biểu đồ ca sử dụng......................................................46
..................................................................................................................................46
Hình 3.2 Biểu đồ ca sử dụng Quản lý phương tiện.....................................................46
..................................................................................................................................46
Hình 3.3 Biểu đồ ca sử dụng Quản lý thông tin phương tiện......................................46
Hình 3.4 Biểu đồ ca sử dụng Tìm kiếm thông tin.......................................................47
Hình 3.5 Biểu đồ ca sử dụng Hiển thị bản đồ..............................................................47
Hình 3.6 Biểu đồ ca sử dụng Quản lý trang tin...........................................................48
Hình 3.7 Biểu đồ ca sử dụng Quản lý tài khoản..........................................................48
3.2.1.4. Đặc tả chi tiết một số ca sử dụng chính...............................................48
3.2.2. Các biểu đồ tương tác.............................................................................51
3.2.2.1. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng đăng nhập................................................51
Hình 3.8 Biểu đồ ca sử dụng Quản lý tài khoản..........................................................51
3.2.2.2. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm phương tiện.......................................52
Hình 3.9 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm phương tiện................................................52
3.2.2.3. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm đường................................................53
Hình 3.10 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tìm đường.......................................................53
3.2.2.4. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng cập nhật trạng thái...................................53


- xv Hình 3.11 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng cập nhật trạng thái..........................................53
3.2.2.5. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng đăng nhập................................................54
Hình 3.12 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng đăng nhập.......................................................54
3.2.2.6. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng theo dõi vết..............................................54
Hình 3.13 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng theo dõi vết.....................................................54

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................68


-1-

MỞ ĐẦU
Ngày nay, khi ra ngoài đường, đến công sở, tới các trung tâm giải trí,... hầu
như ở đâu ta cũng đều có thể bắt gặp sự xuất hiện của điện thoại, các thiết bị liên lạc
di động. Sự ra đời của các thế hệ điện thoại, các thiết bị di động thông minh, có khả
năng kết nối internet, khai thác dịch vụ định vị toàn cầu đã làm cho các ứng dụng trên
chúng ngày càng trở lên phong phú, đa dạng, đặc biệt là các ứng dụng dịch vụ dựa
trên vị trí địa lý như các hệ thống dẫn đường, hỗ trợ lái tự động sử dụng trong máy
bay, ô tô; bản đồ kèm theo chức năng tìm đường dành cho điện thoại di động có định
vị toàn cầu... Mặc dù đã có nhiều sản phẩm phần mềm, dịch vụ dựa trên vị trí địa lý
được triển khai khá hiệu quả nhưng những sản phẩm, dịch vụ mang đặc thù riêng,
phù hợp với điều kiện kinh tế, xã hội hiện tại của Việt Nam thì vẫn còn rất thiếu. Việc
nghiên cứu, xây dựng và triển khai các dịch vụ này cho phù hợp với điều kiện thực tế
của Việt Nam là rất cần thiết. Sản phẩm mang lại sẽ góp phần cho ra đời các phần
mềm, các dịch vụ thực sự hữu ích, phù hợp và đáp ứng tối đa nhu cầu trong nước.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, đề tài “Kiến trúc dịch vụ dựa trên vị trí và
ứng dụng” nhằm mục tiêu tiếp cận, nghiên cứu các đặc điểm, ứng dụng, cơ sở hạ
tầng, các mô hình triển khai dịch vụ dựa trên vị trí địa lý; tìm hiểu bài toán triển khai
hệ thống cung cấp dịch vụ chỉ đường cho các thiết bị di động (như điện thoại có định
vi toàn cầu); trên cơ sở đó xây dựng dịch vụ tìm đường ứng dụng thử nghiệm cho
điện thoại di động có tính đến các yếu tố thường xuyên thay đổi đồng thời lại có tác
động lớn đến chất lượng đường đi tìm được đó là sự tắc đường, úng lụt cục bộ,... Việc
triển khai thành công dịch vụ này sẽ có ý nghĩa rất lớn trong quá trình tìm lời giải cho
bài toán tắc đường, úng lụt cục bộ trong các thành phố lớn đang xuất hiện ngày một
nhiều và có ảnh hưởng rất nhiều tới đời sống xã hội hiện nay đồng thời cũng là cơ sở
để phát triển các dịch vụ khác dựa trên vị trí địa lý, đáp ứng các yêu cầu trong điều


1.1. Khái niệm cơ sở
1.1.1. Khái niệm về LBS
LBS viết tắt của Location-based Service (dịch vụ dựa trên vị trí địa lý) là dịch
vụ được tạo ra từ sự kết hợp của công nghệ GPS (Global Positioning System – Hệ
thống định vị toàn cầu), công nghệ truyền thông không dây, công nghệ GIS
(Geographic Information Systems - Hệ thống thông tin địa lý) và công nghệ Internet.
Điện thoại di động và Internet đã tạo nên cuộc cách mạng trong lĩnh vực
truyền thông và có tác động đến lớn đến đời sống xã hội, làm thay đổi lối sống của
nhiều người. Việc gia tăng về số lượng điện thoại di động, điện thoại thông minh, các
thiết bị trợ giúp cá nhân kỹ thuật số (PDA- Personal Digital Assistants),... cho phép
chúng ta có thể truy cập Internet bất cứ đâu, ở bất cứ thời điểm nào mong muốn. Từ
Internet, ta có thể nhận được mọi thông tin mà ta cần (tin tức sự kiện, thông tin mua
sắm, dự báo thời tiết, vị trí các nhà hàng – khách sạn – bệnh viện,...). Với các hỗ trợ
từ Internet, mạng di động, thiết bị định vị toàn cầu, bản đồ số ta có thể dễ dàng tìm ra
được một nhà hàng, hay siêu thị gần nhất. Các nhu cầu tương tự như vậy ngày nay dễ
dàng được đáp ứng nhờ vào một loại dịch vụ mới, dịch vụ dựa trên vị trí địa lý –
LBS. Có nhiều cách định nghĩa về LBS như:
LBS là dịch vụ thông tin có thể truy cập bằng các thiết bị di động thông qua
môi trường mạng di động và mang lại các lợi ích nhờ vào sự khai thác vị trí của thiết
bị di động [1][6].
Định nghĩa tương tự thứ hai về LBS được đưa ra bởi OpenGeospatial
Consortium (OGC, 2005), một tổ chức tiêu chuẩn quốc tế:
LBS - Một dịch vụ IP không dây sử dụng các thông tin địa lý để phục vụ cho
người dùng di động. Mọi ứng dụng dịch vụ đều khai thác vị trí của các thiết bị di
động đầu cuối.
Từ các định nghĩa này cho thấy, LBS là phần giao giữa ba nhóm công nghệ là
các công nghệ thông tin và truyền thông hiện đại như các hệ thống truyền thông di
động, thiết bị di động cầm tay với Internet và các hệ thống thông tin địa lý (GIS)/cơ
sở dữ liệu (CSDL) không gian.

thông tin mong muốn. Kết quả trả về có thể là lời nói, tranh ảnh hay văn bản ... Các
thiết bị có thể là điện thoại di động, thiết bị hỗ trợ cá nhân kỹ thuật số (PDA), máy
tính xách tay, thậm chí là thiết bị dẫn đường trên ô tô...


-5Mạng truyền thông: thành phần thứ hai là mạng truyền thông với vai trò
truyền các dữ liệu người dùng, các yêu cầu dịch vụ từ các thiết bị di động đầu cuối
đến các nhà cung cấp dịch vụ và sau đó tải các thông tin về phía người dùng.
Hệ thống định vị: Để dịch vụ có thể hoạt động được, cần thiết phải xác định
được vị trí của người dùng. Vị trí của người có thể được xác định bằng thiết bị định vị
toàn cầu (GPS) hay thông qua mạng truyền thông. Thậm chí còn có thể xác định nhờ
vào các dấu hiệu hoạt động, các tín hiệu sóng radio. Nếu vị trí không thể xác định
một cách tự động thông qua mạng hay các thiết bị định vị thì người sử dụng có thể
cập nhật bằng tay và tự cung cấp cho hệ thống.
Thiết bị di động

Hệ thống định vị

CácCác
thành
phần
của
thành
LBS
phần
của
Nhà cung cấp dịch
vụ và nội dung

LBS

tiếp của người dùng. Dịch vụ hoạt động theo các sự kiện. Các sự kiện có thể xuất hiện
khi đi vào một vùng xác định hay theo thời gian. Ví dụ như các thông tin quảng cáo
tự động được gửi đến cho người dùng khi họ đi vào khu phố buôn bán, có nhiều nhà
hàng, siêu thị hay thông tin cảnh báo về thời tiết khi có sự thay đổi.
1.1.4. Xử lý các yêu cầu của LBS
Mục 1.1.2 đã giới thiệu các thành phần của LBS bao gồm: các thiết bị di động,
mạng truyền thông, internet, hệ thống định vị, các nhà cung cấp dịch vụ và nội dung.
Vậy các thành phần này có mối quan hệ và tương tác với nhau thế nào trong dịch vụ
LBS?
Giả sử người dùng khai thác dịch vụ LBS để tìm kiếm một nhà hàng gần nhất.
Thông tin mà người dùng cần là đường đi đến nhà hàng. Khi đó người dùng có thể sử
dụng thiết bị di động mà họ có (ví dụ như một Smart Phone hay một PDA), khởi
động chức năng cần thiết để gửi yêu cầu. Luồng thông tin yêu cầu của người dùng
cũng như các trả lời được thể hiện trên hình 1.3:


-7-

Internet
Hệ thống
định vị

Thiết bị/
người dùng

Mạng truyền
thông
Nhà cung cấp dữ
liệu/nội dung


yêu cầu tìm kiếm và đánh dấu lại.
Sau khi đã có được các thông tin cần thiết, dịch vụ sẽ hoạt động trên bộ đệm
không gian để tìm đường đi đến các nhà hàng. Sau khi tính toán và liệt kê ra được
danh sách các nhà hàng gần nhất, dịch vụ sẽ gửi lại cho người dùng kết quả thông qua


-8mạng internet, gateway, qua mạng thông tin di động đến với thiết bị di động của
người dùng.
Kết quả tìm kiếm có thể được gửi về cho người dùng dưới dạng văn bản (một
danh sách các nhà hàng được sắp xếp theo thứ tự khoảng cách) hoặc vẽ trên bản đồ.
Tiếp theo đó, người dùng có thể yêu cầu thêm các thông tin chi tiết về nhà hàng họ
quan tâm (sẽ làm kích hoạt các dịch vụ khác). Cuối cùng họ chọn một nhà hàng cụ
thể và tiếp tục yêu cầu chỉ đường đi đến nhà hàng.

1.2 Khả năng ứng dụng LBS
1.2.1. Tính hữu dụng của LBS
Nói đến LBS là nói đến các câu hỏi và các câu trả lời của người dùng. Ví dụ:
Tôi đang ở đâu? Các bạn của tôi ở đâu? Cái gì ở gần tôi? LBS cung cấp các thông tin
người dùng cần. Điều đó tạo nên sự hữu dụng của LBS.
Khi mọi người muốn tự tìm kiếm một điều gì đó trong một môi trường mà họ
chưa rõ, hành động của họ thường là phỏng đoán. Mọi người muốn tìm một nơi nào
đó để ăn, có thể là cửa hàng dược, nơi rút tiền, nơi đỗ taxi … Khi ở nước ngoài, họ có
thêm một số nhu cầu khác như: tìm địa điểm du lịch hấp dẫn, một khách sạn hoặc nơi
đổi ngoại tệ… Khi lái xe nhờ các thiết bị giúp cho người lái xe tìm được đường đi dù
không biết rõ thành phố đó. Như vậy ta thấy rất rõ các hành động của người dùng như
thế nào và những kiểu thông tin như trên là rất cần thiết. Lợi ích thứ hai của LBS
thông qua các ví dụ trên cho thấy là rất thuận tiện và nhanh chóng.
Hành động và mục đích của người dùng:
Một hoạt động là một chuỗi các hành động của con người đã là mục tiêu đạt
được của một đối tượng nào đó. Vì vậy một đối tượng có thể giải quyết được một vấn

Tìm đường trong
không gian, lập kế
hoạch cho một
hành trình
Navigation
Search: Tìm kiếm
người hoặc đối
tượng?

Làm thế nào tôi Xác định vị trí, mã
đến được (tên địa hóa, giải mã thông
điểm, địa chỉ, tọa tin địa lý, đường đi
độ xy…)?

Event check:
Kiểm tra các sự
kiện, xác định tình
trạng của đối
tượng

Cái gì xảy ra ở
đây hay ở đâu đó?

Nơi nào gần nhất,
phù hợp nhất với
một người hoặc
một đối tượng nào
đó?
Identification:
Cái gì hoặc ai ở