nghiên cứu kiến trúc hệ thống tích hợp điện toán đám mây và lbs

Các thành phần cơ bản của LBS Theo [9], LBS bao gồm các thành phần chính sau thể hiện trên hình 1.2: - Các thiết bị di động Mobile Devices - Thiết bị định vị Positioning - Mạng truyền t

ĐỖ THỊ NHUNG

NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC HỆ THỐNG TÍCH HỢP

ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ LBS

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60 48 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC

Thái Nguyên - 2014

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 người khác, nó mang tính độc lập nhất định với tất cả các công trình nghiên cứu trước đây Nếu có vi phạm, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2014

Học viên

ĐỖ THỊ NHUNG

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo, cán bộ hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Văn Đức, người thầy đã tận tình hướng dẫn tôi từ những buổi đầu tiên khi tiếp cận với đề tài khoa học Thầy đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi về phương pháp nghiên cứu khoa học, cách làm việc khoa học trong suốt thời gian qua Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo ở trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, các cán bộ Trung tâm Công nghệ phần mềm – Sở Thông tin và Truyền thông thành phố Hải Phòng đã tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn học viên K11B – Khoa học máy tính đã giúp

đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, đồng nghiệp và bạn

bè tôi, những người đã động viên, tạo mọi điều kiện cho tôi lao động và học tập trong suốt thời gian qua

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2014

Học viên

ĐỖ THỊ NHUNG

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN 7

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN 8

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LBS VÀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 12

1.1 Giới thiệu chung về LBS 12

1.2 Các thành phần cơ bản của LBS 14

1.3 Các kiểu dịch vụ LBS 16

1.4 Cách thức xử lý các yêu cầu của LBS 16

1.5 Hệ thống định vị 18

1.5.1 Giới thiệu chung 18

1.5.2 Hệ thống định vị toàn cầu GPS 20

1.5.3 Các loại thiết bị có tính năng định vị ứng dụng trong LBS 21

1.5.4 Khác biệt giữa các hệ thống định vị được ứng dụng trong LBS với các hệ thống tương tự 22

1.6 Công nghệ truyền tải dữ liệu 24

1.6.1 WAP/ GPRS/ EDGE 24

1.6.2 Bluetooth/ Wifi/ WiMax 25

1.6.3 Truyền thông vệ tinh 26

1.7 Các mô hình dịch vụ LBS 27

1.8 Điện toán đám mây 28

1.8.1 Khái niệm chung về điện toán đám mây 28

1.8.2 Các tính chất cơ bản của điện toán đám mây 30

1.8.3 Kiến trúc, mô hình và các thành phần của điện toán đám mây 32

2.1 Hình thức tổ chức LBS truyền thống 39

2.2 Lợi ích và ứng dụng của việc tích hợp điện toán đám mây và LBS đối với xã hội 43

2.3 Lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây 45

2.3.1 Các nhà cung cấp 45

2.3.2 Ưu điểm của dịch vụ điện toán đám mây của Google 46

2.4 Google App Engine (GAE) 47

2.4.1 Tổng quan về Google App Engine 47

2.4.2 Môi trường chạy thực và lưu trữ dữ liệu 49

2.4.3 Phát triển ứng dụng App Engine trên nền tảng ngôn ngữ Java 50

2.4.4 Môi trường ứng dụng 51

2.5 Nghiên cứu mô hình tổ chức dữ liệu trên đám mây 51

2.6 Nghiên cứu kiến trúc tích hợp điện toán đám mây và LBS 57

2.6.1 Kiến trúc chung 57

2.6.2 Chức năng của hệ thống 59

2.7 Kết luận chương 2 62

CHƯƠNG III: CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 63

TRÊN NỀN TẢNG GOOGLE APP ENGINE 63

3.1 Giới thiệu, lựa chọn công nghệ cho lưu trữ dữ liệu 63

3.2 Đặt bài toán và phân tích thiết kế hệ thống 65

3.2.1 Đặt bài toán và mô tả thuật toán 65

3.2.2 Phân tích hệ thống 69

3.2.3 Thiết kế hệ thống 69

3.3 Cài đặt bài toán và giao diện chương trình 75

3.3.1 Thu thập dữ liệu 75

3.3.2 Giao diện chương trình 75

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1 ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường truyền thuê bao số

7 E-OTD Enhanced observed time difference

9 GIS Geographical Information System Hệ thống thông tin địa lý

10 GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng

hợp

11 GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu

12 HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu

văn bản

13 HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn

bản

14 JDBC Java Database Connectivity Kết nối cơ sở dữ liệu Java

15 JSON JavaScript Object Notation Ký pháp đối tượng

JavaScript

16 LBS Location-based Services Dịch vụ dựa trên vị trí

24 OOP Object Oriented Programming Lập trình hướng đối tượng

17 PDA Personal Digital Assistant Thiết bị di động số cá

nhân

18 TDOA Time difference of arrival

21 WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội bộ không dây

22 WML Wireless Mark-up Language Ngôn ngữ đánh dấu vô

DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN

Bảng 1 1: Các hoạt động của người dùng dịch vụ LBS 13

Bảng 2 1: Mô tả giới hạn sử dụng của một ứng dụng GAE miễn phí 48

Bảng 2 2: Bảng mô tả free quota của một ứng dụng GAE miễn phí 49

Bảng 3 1: Tập dữ liệu thử nghiệm 75

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN

Hình 1 1: Các hệ thống thông tin tích hợp 12

Hình 1 2: Các thành phần cơ bản của LBS 14

Hình 1 3: Luồng thông tin trao đổi giữa các thành phần của LBS 17

Hình 1 4: Định vị dựa trên mạng truyền thông 19

Hình 1 5: Định vị dựa trên thiết bị đầu cuối 20

Hình 1 6: Các phần của hệ thống GPS 20

Hình 1 7: Quỹ đạo các vệ tinh của hệ thống GPS 21

Hình 1 8: Thiết bị dẫn đường dành cho ô tô 22

Hình 1 9: Thiết bị điện thoại thông minh (Smartphone) 22

Hình 1 10: Sơ đồ hệ thống định vị bằng Radar 24

Hình 1 11: Mọi thiết bị, nội dung đều tập trung vào đám mây 28

Hình 1 12: Hình ảnh Cloud Computing 29

Hình 1 13: Sơ đồ điện toán đám mây, với các dịch vụ được cung cấp nằm bên trong đám mây được truy cập từ các máy tính nằm bên ngoài 30

Hình 1 14: Các loại dịch vụ Cloud Computing 32

Hình 1 15: Dịch vụ Public Cloud, Private Cloud và Hybrid Cloud 35

Hình 1 16: Kiến trúc Cloud Computing 35

Hình 2 1: Kiến trúc truyền thống của LBS 40

Hình 2 2: Phần trung gian của LBS 42

Hình 2 3: Kiến trúc Single-tenant 44

Hình 2 4: Kiến trúc Multi-tenant 44

Hình 2 5: Doanh thu dịch vụ điện toán đám mây theo giai đoạn 45

Hình 2 6: Dịch vụ điện toán đám mây – thị phần và những nhà cung cấp 46

Hình 2 7: Kiến trúc cổ điển 52

Hình 2 8: Kiến trúc phân đoạn 53

Hình 2 9: Kiến trúc sao lặp 55

Hình 2 10: Kiến trúc phân tán 56

Hình 2 11: Kiến trúc caching 57

Hình 2 12: Sơ đồ kiến trúc của ứng dụng trên điện toán đám mây 58

Hình 2 13: Ứng dụng di động phát triển trên điện toán đám mây 59

Hình 2 14: Sơ đồ chức năng của nhà cung cấp dịch vụ dựa trên vị trí (LSP) 60

Hình 2 15: Sơ đồ chức năng của người dùng 60

Hình 2 16: Sơ đồ chức năng của nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây 61

Hình 2 17: Sơ đồ chức năng của đám mây 61

Hình 3 1: Mô hình hệ thống 70

Hình 3 2: Biểu đồ ca sử dụng quản trị dữ liệu các địa điểm 72

Hình 3 3: Biểu đồ ca sử dụng hiển thị bản đồ 72

Hình 3 4: Biểu đồ ca sử dụng truy vấn địa điểm 73

Hình 3 5: Biểu đồ triển khai hệ thống 74

Hình 3 6: Quan hệ giữa các đối tượng trong cơ sở dữ liệu 74

Hình 3 7: Giao diện trên web – Đăng nhập hệ thống 76

Hình 3 8: Giao diện cập nhật địa điểm mới 76

Hình 3 9: Tìm các nhà hàng có trong phạm vi 6km, trả kết quả và dẫn đường 77

MỞ ĐẦU

Theo số liệu của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), số thuê bao di động trên thế giới ước khoảng 7 tỷ vào giữa năm 2014, trong đó hơn một nửa số thuê bao hiện nay là ở châu Á - động lực tăng trưởng của toàn cầu (nguồn www.mic.gov.vn ) Nếu như trước đây, nói tới điện thoại di động, ta thường chỉ nhắc tới 2 dịch vụ chính: gọi điện và gửi tin nhắn Nhưng bây giờ, với đà tăng trưởng chóng mặt của tỷ lệ thuê bao

di động trên đầu người tại Việt Nam cũng như sự gia tăng về nhu cầu dịch vụ, văn hóa…, điện thoại đã trở thành một phần không thể thiếu cho cuộc sống phục vụ nhu cầu liên lạc và giải trí của con người

Điện thoại di động và Internet đã tạo nên cuộc cách mạng trong lĩnh vực truyền thông và có tác động 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 trạm xăng, nhà hàng – khách sạn – bệnh viện, ) dựa trên chính vị trí địa

lý của mình Các dịch vụ dựa trên vị trí (LBS) ra đời từ đó

Song song với sự ra đời và phát triển của LBS, sự lớn mạnh của điện toán đám mây trong thời gian qua đã mang lại nhiều cơ hội mới cho LBS và đưa LBS vào kỷ nguyên mới Các nhà cung cấp dịch vụ LBS sẽ trở thành khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây Thay vì cần một hệ thống tài nguyên và nhân sự cồng kềnh để vận hành, nhà cung cấp dịch vụ LBS sẽ sở hữu một hệ thống 4 không: không cần máy chủ, không cần bảo trì, không sợ rủi ro, không có bản quyền – nghĩa là họ chỉ phải trả tiền cho những gì họ sử dụng Trong LBS tích hợp điện toán đám mây, các thông tin về vị trí được sinh ra từ mỗi thiết bị di động của người dùng nhưng lại được tích hợp lên trên các đám mây Người dùng có thể có thể chia sẻ các thông tin của mình cho người khác thông qua điện toán đám mây Hơn nữa, các nhà cung cấp LBS

có thể khai thác tri thức từ các tập dữ liệu này của vô số người dùng và các server tốt hơn khác dưới dạng sử dụng tri thức Nói tóm lại, tương lai của LBS là trên điện toán đám mây

Ở Việt Nam hiện nay, việc xây dựng dịch vụ trên nền tảng Điện toán đám mây còn là một lĩnh vực mới đang được nghiên cứu và ứng dụng

Những nội dung nghiên cứu chính

Trong khuôn khổ đề tài được giao, luận văn được trình bày trong 3 chương, có phần mở đầu, phần kết luận, phần mục lục, tài liệu tham khảo Các nội dung cơ bản của luận văn được trình bày theo cấu trúc như sau:

Chương 1: Tổng quan về LBS và điện toán đám mây

Chương này giới thiệu chung về dịch vụ dựa trên vị trí (LBS) và những ứng dụng của dịch vụ LBS trong thực tiễn

Ngoài ra, chương nàygiới thiệu một cái nhìn tổng quan nhất về Điện toán đám mây, về lợi ích và hạn chế khi áp dụng Điện toán đám mây trong thực tiễn

Chương 2: Kiến trúc tích hợp điện toán đám mây và LBS

Tổng quan nhất về các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây và công nghệ Google App Engine của Google

Trình bày kiến trúc tích hợp điện toán đám mây của Google và LBS cũng như lợi ích của hệ thống này đối với xã hội

Chương 3: Cài đặt chương trình thử nghiệm trên nền tảng Google App Engine

Giới thiệu công nghệ của Google với tập dữ liệu thử nghiệm tại Thái Nguyên

Phát triển dịch vụ dựa trên vị trí trên nền tảng điện toán đám mây trong việc tìm kiếm các trạm xăng, cây ATM, siêu thị xung quanh một vị trí trên bản đồ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LBS VÀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

- Chương này đưa ra một cái nhìn tổng quan nhất về Điện toán đám mây, về lợi ích và hạn chế khi áp dụng Điện toán đám mây trong thực tiễn

- Ngoài ra, nội dung chương này giới thiệu chung về dịch vụ dựa trên vị trí (Location Based Services – LBS) và những ứng dụng của dịch vụ này trong thực tiễn

1.1 Giới thiệu chung về LBS

Dịch vụ LBS viết tắt của Location-based Services (dịch vụ dựa trên vị trí địa lý) 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 [10]

LBS là dịch vụ được 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)

Hình 1 1: Các hệ thống thông tin tích hợp

Hình 1.1 cho thấy các loại hệ thống thông tin tích hợp được hình thành như sau:

- Hệ thống WebGIS được hình thành từ việc tích hợp Internet và GIS/CSDL

- Hệ thống GIS di động (Mobile GIS) được hình thành từ việc tích hợp GIS/CSDL không gian và các thiết bị di động như điện thoại di động và GPS

- Hệ thống Internet di động (Mobile Internet) được hình thành trên cơ sở tích hợp các thiết bị di động như 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 tương 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

Bảng dưới đây mô tả một số hành động của người sử dụng điện thoại di động với những câu hỏi họ cố gắng để trả lời, và các thao tác cơ bản về địa lý được sử dụng

Minh họa Hoạt động của người dùng Câu hỏi liên quan

Định hướng và định vị trong khu vực

Tôi đang ở đâu?

Người này/cái kia đang ở đâu?

Điều hướng trong một khu vực, lập tuyến đường Làm thế nào để tôi đến được nơi đó?

Tìm kiếm người, vật thể hoặc đối tượng

Đâu là người/vật/đối tượng thích hợp gần tôi nhất?

Xác nhận cá nhân hoặc đối

Kiểm tra các sự kiện, xác định trạng thái của các đối tượng Cái gì diễn ra ở đây/ở đó?

- Dịch vụ thông tin và dẫn đường (Information and navigation services): LBS cung cấp dữ liệu trực tiếp cho người dùng cuối (end-user) Các thông tin này bao gồm

vị trí hiện tại, vị trí đích, một số gợi ý nâng cao tương ứng…

- Dịch vụ hỗ trợ khẩn cấp (Emergency assistance): dịch vụ LBS cung cấp vị trí người dùng trong trường hợp rủi ro, tai nạn cần hỗ trợ

- Dịch vụ lưu vết (Tracking services): dịch vụ này cho phép lưu lại các vị trí của người dùng theo thời gian Tuy nhiên, với các yêu cầu về an ninh nên các thông tin này thường không được sử dụng công khai

- Dịch vụ thanh toán (Billing services): Bao gồm các dịch vụ tính phí người 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 đường, theo khu vực…

- Dịch vụ shopping, game và giải trí bao gồm các dịch vụ cho phép gửi các thẻ

ưu đãi, khuyến mại tới người mua hàng…

1.2 Các thành phần cơ bản của LBS

Theo [9], LBS bao gồm các thành phần chính sau (thể hiện trên hình 1.2):

- Các thiết bị di động (Mobile Devices)

- Thiết bị định vị (Positioning)

- Mạng truyền tin (Communication Network)

- Nhà cung cấp ứng dụng và dịch vụ (Service and Content Provider)

- Nhà cung cấp dữ liệu và nội dung/CSDL không gian (Geodatabase)

Các thành phần của hệ thống dịch vụ LBS được mô tả như sau:

Các thiết bị di động (Mobile Devices)

Là các công cụ để người dùng yêu cầu và truy cập các 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

Mạng truyền thông (Communication Network)

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 (Positioning)

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

Các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng (Service and Content Provider)

Các nhà cung cấp dịch có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau cho người dùng và

có trách nhiệm xử lý các yêu cầu dịch vụ của người dùng Các dịch vụ cung cấp có thể

là tính toán vị trí, tìm đường đi, tìm các trang vàng (yellow pages) theo các khía cạnh

về vị trí hoặc tìm kiếm các thông tin xác định của các đối tượng mà người dùng quan tâm

Nhà cung cấp dữ liệu và nội dung/CSDL không gian (Geodatabase)

Nhà cung cấp dịch vụ thường không lưu trữ và bảo quản các thông tin mà người dùng quan tâm Các dữ liệu và nội dung liên quan như trang vàng, bản đồ, dữ liệu về giao thông đều được lưu trữ tại các công ty, các cơ quan có thẩm quyền cung cấp và

1.3 Các kiểu dịch vụ LBS

Có hai kiểu dịch vụ là Push (đẩy) và Pull (kéo) được phân biệt dựa vào đặc điểm

là thông tin được cung cấp có tương tác với người dùng hay không [9][6]:

Dịch vụ kiểu Pull: Cung cấp thông tin theo các yêu cầu trực tiếp của người dùng

Kiểu dịch vụ này tương tự như khi người dùng duyệt một trang web trên Internet bằng cách gõ địa chỉ trang web vào thanh địa chỉ của trình duyệt và yêu cầu mở Hơn nữa, các dịch vụ kiểu Pull có thể chia thành các dịch vụ chức năng (functional services) kiểu như gọi xe taxi hay xe cứu thương chỉ bằng một động tác nhấn nút trên thiết bị và các dịch vụ thông tin (Information services) giống như việc tìm kiếm một nhà hàng, hay trạm xăng gần nhất vậy

Dịch vụ kiểu Push: Cung cấp thông tin theo yêu cầu trực tiếp hoặc không trực 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

1.4 Cách thức xử lý các yêu cầu của LBS

Mục 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 để hệ thống dịch vụ LBS hoạt động nhịp nhàng?

Giả sử người dùng khai thác dịch vụ LBS để tìm kiếm một cửa hàng ăn nhanh, các thông tin về việc yêu cầu sẽ được thể hiện phía dưới Thông tin mà người dùng cần là đường đi từ vị trí yêu cầu hiện tại đến cửa hàng ăn nhanh gần nhất 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, ví dụ: Tìm kiếm => Cửa hàng ăn => kiểu tìm kiếm: đường đi ngắn nhất Luồng thông tin yêu cầu của người dùng cũng như các trả lời được thể hiện trên hình 1.3:

Hình 1 3: Luồng thông tin trao đổi giữa các thành phần của LBS

Sau khi chức năng được kích hoạt, vị trí của thiết bị di động (cũng chính là vị trí của người dùng) được xác định và cung cấp bởi dịch vụ định vị Vị trí này có thể được xác định nhờ vào dịch vụ GPS hoặc một dịch vụ định vị bởi mạng truyền thông Tiếp theo đó, thiết bị di động của người dùng sẽ gửi các thông tin yêu cầu bao gồm đối tượng cần tìm kiếm và vị trí hiện tại thông qua một mạng truyền thông được gọi gateway

Gateway có nhiệm vụ truyền tải các thông điệp giữa mạng truyền thông di động và Internet Các thông điệp có thể được truyền tải thông qua một vài máy chủ ứng dụng

để đến một máy chủ xác định đồng thời lưu giữ lại các thông tin về yêu cầu và vị trí của người dùng

Máy chủ ứng dụng sẽ đọc yêu cầu và kích hoạt dịch vụ phù hợp để đáp ứng yêu cầu (trong ví dụ này, một dịch vụ tìm kiếm không gian sẽ được kích hoạt)

Tiếp theo, dịch vụ tìm kiếm sẽ phân tích thông điệp thêm lần nữa và quyết định thông tin gì cần được bổ sung vào điều kiện tìm kiếm và vị trí của người gửi yêu cầu Trong tình huống này, dịch vụ sẽ tìm kiếm các thông tin cần thiết về nhà hàng từ các

Tiếp theo dịch vụ sẽ tìm các tuyến đường dẫn đến nhà hàng cần tìm thỏa mãn 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 mạng 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 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

1.5 Hệ thống định vị

1.5.1 Giới thiệu chung

Hệ thống định vị có vai trò rất lớn trong việc triển khai các dịch vụ LBS Hệ thống này cung cấp dịch vụ xác định vị trí của thiết bị di động và cung cấp cho các thiết bị này thông tin về vị trí của chúng để các thiết bị gửi kèm theo các yêu cầu dịch vụ LBS đến các nhà cung cấp dịch vụ LBS

Ngoại trừ trường hợp người dùng nhập trực tiếp tọa độ (vị trí), phương pháp xác định vị trí có thể được chia thành hai nhóm [9]:

Định vị dựa trên mạng (network-based positioning)

Nhóm này bao gồm hai phương pháp định vị là Cell Global Identity (CGI) và Time of Arrival (TOA)

Trong nhóm này, việc xác định vị trí của các thiết bị di động hay người dùng được thực hiện nhờ vào các trạm cơ sở của mạng Trong khi hoạt động, các thiết bị di động thường gửi tín hiệu liên lạc với các trạm cơ sở của mạng, mỗi trạm cơ sở chỉ kiểm soát trong một phạm vi giới hạn nên chỉ có một số trạm là có thể thu được tín hiệu gửi từ thiết bị di động, do vậy dựa vào tín thiệu thu nhận được từ các trạm cơ sở này mà xác định được thiết bị di động đang ở khu vực nào (thể hiện như ở hình 1.4)

Hình 1 4: Định vị dựa trên mạng truyền thông

Định vị dựa trên thiết bị đầu cuối (terminal-based positioning) với ba phương

pháp:

Global Positioning System (GPS)

Assisted Global Positioning System (A-GPS)

Enhanced Observed Time Distance (E-OTD)

Trong nhóm này, vị trí của thiết bị được tính toán bởi chính các thiết bị dựa trên các tín hiệu thu được từ các trạm cơ sở (hình 1.5).Một đại diện trong nhóm này là hệ thống định vị toàn cầu GPS Trong hệ thống này, các trạm cơ sở chính là các vệ tinh GPS

Hình 1 5: Định vị dựa trên thiết bị đầu cuối

1.5.2 Hệ thống định vị toàn cầu GPS

Hệ thống định vị toàn cầu (tiếng Anh gọi là Global Positioning System - GPS) là

hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của mạng lưới các vệ tinh nhân tạo được đưa lên trên quỹ đạo không gian Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó GPS là một trong những là hệ thống được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, rất nhiều thiết bị và ứng dụng đã và đang sử dụng hệ thống này Ngoài việc phục vụ các mục đích cá nhân, hệ thống GPS còn cung cấp rất nhiều dịch vụ và thông tin dành cho các lĩnh vực khoa học, quân sự, hàng không, dự báo thời tiết v.v

GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Mỹ, nhưng chính phủ Mỹ cho phép mọi người trên thế giới sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch nào Các nước trong Liên minh châu Âu đã xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có tính năng giống như GPS của Mỹ, bắt đầu hoạt động năm 2013

Hình 1 6: Các phần của hệ thống GPS

Phần không gian: GPS là một hệ thống gồm 27 vệ tinh (kể cả 3 vệ tinh dự phòng) chuyển động trên các quỹ đạo xung quanh trái đất Độ cao của vệ tinh so với mặt đất là 20.183 km, chu kỳ quay xung quanh trái đất là 11 giờ 57’58” Do vậy nó sẽ quay được

2 vòng trong 1 ngày Các vệ tinh này được thiết kế sao cho tại bất kỳ đâu trên trái đấy cũng có thể bắt được ít nhất tín hiệu của 4 vệ tinh [3]

Hình 1 7: Quỹ đạo các vệ tinh của hệ thống GPS

Phần kiểm soát: Mục đích của phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác Có tất cả 5 trạm kiểm soát được đặt rải rác trên trái đất Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với hai anten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh

Phần sử dụng: là các thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng thiết bị này

1.5.3 Các loại thiết bị có tính năng định vị ứng dụng trong LBS

Đối tượng sử dụng LBS có thể là người hoặc máy móc Phụ thuộc vào kỹ năng của người sử dụng thiết bị di động, khả năng lưu trữ của thiết bị và mục đích sử dụng, có thể chia các thiết bị có tính năng định vị ứng dụng trong LBS thành 02 loại chính là: đơn mục đích và đa mục đích

- Thiết bị đơn mục đích: Thực hiện nhiệm vụ cơ bản của dịch vụ LBS Ví dụ:

hộp dẫn đường cho ô tô, hộp công cụ hoặc thiết bị khẩn cấp cho người già hoặc người tàn tật… Hình 1.8 dưới đây mô tả thiết bị dẫn đường cho ô tô:

Hình 1 8: Thiết bị dẫn đường dành cho ô tô

- Thiết bị đa mục đích: Thực hiện nhiều dịch vụ tiện tích dựa trên dịch vụ LBS

Thiết bị này có thể là điện thoại thông minh, máy hỗ trợ cá nhân dùng kỹ thuật số PDA, máy tính xách tay… Dưới đây là hình minh họa cho thiết bị smartphone, một trong những thiết bị di động phổ thông nhất hiện nay

Hình 1 9: Thiết bị điện thoại thông minh (Smartphone)

1.5.4 Khác biệt giữa các hệ thống định vị được ứng dụng trong LBS với các hệ thống tương tự

Ngoài các kỹ thuật định vị đã dùng cho LBS, còn có một số kỹ thuật tương tự khác cũng nhằm mục đích định vị, nhưng chúng lại thường không được sử dụng để cung

cấp LBS Tuy không phải là phương thức định vị chính nhưng các hệ thống này có thể

bổ trợ cho GPS, chẳng hạn như để xác định người dùng đang ở phòng nào bên trong tòa nhà, nơi mà tín hiệu GPS có thể rất yếu

Hệ thống định vị thời gian thực (real time locating system)

Định vị thời gian thực là tập hợp một số công nghệ cũng có chức năng xác định vị trí của một vật hoặc người dùng, tuy nhiên định vị thời gian thực thường:

Gồm một hệ thống thu/phát chủ động (và tín hiệu thu được thường được tập trung lại để xử lý), trong khi đối tượng cần xác định chỉ trả lời hoặc biến đổi các tín hiệu một cách thụ động (khi hệ thống phát yêu cầu)

Việc xử lý thường được hệ thống thu/phát đảm nhận; các vật cần được định vị thường không có năng lực xử lý Do đó các vật có khả năng được định vị thường có giá khá rẻ và cấu tạo đơn giản như nhãn hoặc thẻ và được gắn vào các vật khác để định

vị chúng

Tầm hoạt động thường nhỏ và mang tính cục bộ (trong phạm vi một cửa hàng, thư viện, bệnh viện, v.v…)

Có tính chất đúng như tên gọi, đặt nặng tốc độ hơn độ chính xác

Hệ thống định hướng và theo dõi

Các hệ thống định hướng và theo dõi (navigation & tracking) thường được dùng

để xác định vị trí của các đối tượng trong môi trường xung quanh, nhưng các hệ thống này lại thường không đòi hỏi các hệ thống thu/phát riêng biệt

Có thể nói hệ thống tiêu biểu nhất loại này là radar Radar là thiết bị phát sóng và nhận lại tín hiệu phản hồi Sóng radar khi gặp phải các vật thể khác thì dội lại, từ thời gian đi và về của sóng, radar có khả năng xác định vật đích cách trạm thu phát bao nhiêu

Hình 1 10: Sơ đồ hệ thống định vị bằng Radar

Vật cần định vị không nhận được vị trí của mình

Chỉ có hệ thống thu/phát biết được vị trí của các vật thể xung quanh, các vật thể không biết được sóng tới xuất phát từ khoảng cách bao nhiêu nên khó định vị được nguồn phát Do đó các hệ thống này thường dùng với mục đích định hướng: xác định các chướng ngại vật để né tránh (ở tầm xa hoặc trong điều kiện mắt thường không thể nhìn thấy được như sương mù) hoặc theo dõi đường đi của các vật thể trong một vùng xác định

1.6 Công nghệ truyền tải dữ liệu

Công nghệ truyền tải dữ liệu giúp các hệ thống LBS truyền tải thông tin cần xử lý cũng như đã xử lý đến thiết bị của người dùng Vì khả năng sử dụng LBS tồn tại trên khá nhiều thiết bị khác nhau nên cũng có nhiều công nghệ truyền tải phù hợp ra đời

1.6.1 WAP/ GPRS/ EDGE

WAP (Wireless Application Protocol)

WAP là một bộ giao thức được phát triển cho các ứng dụng di động Từ khi WAP bắt đầu phổ biến vào năm 1999, các nhà cung cấp dịch vụ đã bắt đầu cung cấp khả năng truy cập nội dung số trên thiết bị di động, đi kèm với đó là các dịch vụ tiện ích như Internet, email, nhạc chuông WAP có thể được dùng để đưa nội dung đến với

người dùng một cách chủ động (WAP push) mà không cần người dùng yêu cầu Ban đầu WAP còn đi kèm với WML, một ngôn ngữ markup tương tự như HTML nhưng được thiết kế cho ứng dụng di động (đòi hỏi năng lực xử lý, bộ nhớ ít hơn v.v…) Dần dần cùng với sự phát triển của công nghệ thiết bị di động, WML trở nên không cần thiết và với WAP 2.0, WML đã được thay thế bằng XHTML

GPRS(General packet radio service)

GPRS là cải tiến cho các mạng GSM, tối ưu hóa việc truyền dữ liệu theo dạng packet để tăng tốc độ truy cập GPRS có thể giúp thiết bị di động sử dụng giao thức IP (Internet protocol), PPP (Point to Point protocol) và X.25 GPRS thế hệ đầu có thể đạt tốc độ download 60kbit/s và upload 40kbit/s GPRS là bước đệm từ hệ thống điện thoại 2G lên 3G, cung cấp cho người dùng khả năng liên lạc với các hệ thống máy tính mọi lúc, mọi nơi

EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution)

EDGE là một cải tiến nữa của GPRS, được coi là một phần của công nghệ cận 3G (2.75G) EDGE nâng tốc độ download tối đa lên 236kbit/s và upload tối đa lên 118kbit/s tùy theo cấu hình EDGE mở ra khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện trên di động: giờ đây tốc độ download đã đủ nhanh để triển khai các ứng dụng cần nhiều bandwitdth như video streaming, truyền hình, video call và nhiều ứng dụng khác

Cả WAP, GPRS và EDGE đều có điểm chung là gắn liền với mạng di động, từ đó

có tầm hoạt động rộng, phù hợp để cung cấp LBS ở mọi nơi Tuy nhiên chất lượng dịch vụ của các giao thức này vẫn phụ thuộc vào nhà cung cấp và một số yếu tố vật lý như tốc độ di chuyển, khoảng cách tới trạm phát v.v… Ngoài ra giá cả cũng có thể là trở ngại với người dùng: ở Việt Nam giá GPRS vào khoảng 50đ/10KB trong khi với với ADSL là 50đ/MB (đắt gấp 100 lần kết nối Internet thông thường)

1.6.2 Bluetooth/ Wifi/ WiMax

Bluetooth

đạt tới tốc độ 3mbit/s Bluetooth được sử dụng rộng rãi để kết nối các thiết bị như tai nghe, điều khiển, bàn phím, chuột, truyền/nhận file và hầu hết chức năng của giao thức hồng ngoại (infrared) trước đây Ngoài ra máy tính còn có thể sử dụng điện thoại làm modem để truy cập internet qua bluetooth Bluetooth có tầm hoạt động khoảng vài mét

Wifi

Wifi là chuẩn truyền dữ liệu qua sóng vô tuyến với tốc độ tương đối cao (54Mbit/s

và lên đến khoảng 150Mbit/s với công nghệ của các nhà sản xuất độc lập), có tầm hoạt động tương đối (từ vài chục đến vài trăm mét) Wifi được tích hợp trong một số thiết

bị di động cao cấp để cho phép người dùng lựa chọn phương thức kết nối: nhanh, rẻ nhưng có tầm hoạt động hạn chế của Wifi và dịch vụ Internet di động của nhà cung cấp dịch vụ - thường chậm hơn và đắt hơn.Wifi không được thiết kế để tiết kiệm năng lượng nên thiết bị di động thường không thể duy trì hoạt động lâu khi kết nối Wifi

WiMax

Là một phương thức truyền tải qua vô tuyến khác có tầm phủ sóng tốt (vài km) tuy nhiên đánh đổi bằng tốc độ (Tối đa 3Mbit/s với công nghệ hiện tại, 144Mbit/s trên lý thuyết) WiMax đã được hoạch định làm một phần của công nghệ 4G; tuy nhiên hiện nay WiMax vẫn chưa được đón nhận rộng rãi vì các vấn đề kỹ thuật (chưa có tần số chuẩn và chuẩn chưa được hoàn thiện)

Với LBS, Bluetooth và Wifi có thể được kết hợp để cung cấp dịch vụ trong một vùng nào đó Cả hai đều có ưu điểm là tốc độ khá nhanh nhưng lại bị hạn chế ở tầm hoạt động; trong khi WiMax có tầm hoạt động lớn nhưng vẫn chưa phổ biến (và khó tích hợp vào thiết bị di động vì giá thành khá cao)

1.6.3 Truyền thông vệ tinh

Được phát triển chủ yếu để cung cấp dịch vụ thoại, các dịch vụ viễn thông trên vệ tinh dần dần được mở rộng để bao gồm cả dịch vụ dữ liệu, truyền hình và radio Vệ tinh có thể được dùng để truy cập Internet ngay cả ở những vùng hẻo lánh, không có bất kì loại trạm thu phát nào Mỗi vệ tinh có thể cung cấp dung lượng khoảng 40Mbit/s cho vài ngàn người sử dụng, tuy nhiên mỗi người dùng chỉ có tốc độ khoảng 20kbits/s

Sở dĩ tốc độ chậm vì khoảng cách từ mặt đất tới vệ tinh là khá lớn, hơn nữa tín hiệu truyền đi với vận tốc ảnh sáng còn chịu ảnh hưởng của sai lệch đồng hồ của thiết

bị cho và nhận, ngoài ra chất lượng tín hiệu cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố thời tiết (tương tự như tín hiệu GPS)

Sử dụng vệ tinh thường có giá khá đắt, bao gồm cả chi phí trang thiết bị (chảo thu,

bộ giải mã) và chi phí duy trì (thuê bao tháng)

Tuy có nhiều khuyết điểm và không thông dụng nhưng vệ tinh có thể là lựa chọn duy nhất khi cần trao đổi dữ liệu ở một vùng hẻo lánh (chẳng hạn như dữ liệu đo đạc, khảo sát)

1.7 Các mô hình dịch vụ LBS

Tùy thuộc vào khả năng của các thành phần tham gia trong hệ thống dịch vụ LBS như tốc độ và băng thông của đường truyền, tài nguyên và khả năng xử lý của các thiết

bị di động, khả năng của máy chủ cung cấp dịch vụ

LBS có thể được triển khai theo các mô hình khác nhau như:

Mô hình nặng máy chủ, nhẹ máy trạm: là mô hình mà các xử lý, tính toán phức

tạp được tập trung thực hiện trên máy chủ, máy trạm (các thiết bị di động) chủ yếu là gửi các yêu cầu dịch vụ kèm theo vị trí đến máy chủ, chờ nhận kết quả gửi từ máy chủ

về để thể hiện Mô hình này thích hợp cho hệ thống mà cơ sở hạ tầng mạng truyền thông không tốt, tốc độ thấp, băng thông hẹp (các mạng truyền thông thế hệ 1G, 2G)

và các thiết bị di động có khả năng tính toán không cao, bộ nhớ nhỏ (điện thoại di động, smart phone cấu hình thấp, )

Mô hình nhẹ máy chủ, nặng máy trạm: là mô hình mà các xử lý chính được

thực hiện ngay trên máy trạm Mô hình này phù hợp cho điều kiện cơ sở hạ tầng truyền thông không tốt (tốc độ thấp, băng thông hẹp) nhưng máy trạm có cấu hình mạnh

Mô hình cân bằng: là mô hình và các xử lý nhằm cung cấp dịch được phân đều

1.8 Điện toán đám mây

1.8.1 Khái niệm chung về điện toán đám mây

Điện toán đám mây (thuật ngữ tiếng Anh: Cloud Computing, hay còn biết đến

với tên gọi “Điện toán máy chủ ảo”) là mô hình máy tính dựa trên nền tảng phát triển của Internet

Theo định nghĩa của Wikipedia thì điện toán đám mây là môi trường tính toán dựa trên Internet mà ở đó tất cả phần mềm, dữ liệu, tài nguyên được cung cấp cho máy tính

và các thiết bị khác theo nhu cầu (tương tự như mạng điện)

Hình 1 11: Mọi thiết bị, nội dung đều tập trung vào đám mây

Đứng ở góc nhìn khoa học kỹ thuật cũng có nhiều định nghĩa khác nhau, trong đó

có hai định nghĩa của Ian Foster và Rajkumar Buyya được dùng khá phổ biến và có nhiều điểm tương đồng

Theo Ian Foster: Cloud Computing là một mô hình điện toán phân tán có tính co giãn lớn mà hướng theo co giãn về mặt kinh tế, là nơi chứa các sức mạnh tính toán, kho lưu trữ, các nền tảng và các dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn linh động,

sẽ được phân phối theo nhu cầu cho các khách hàng bên ngoài thông qua Internet [6]

Theo Rajkumar Buyya: Cloud là một loại hệ thống phân bố và xử lý song song gồm các máy tính ảo kết nối với nhau và được cung cấp động cho người dùng như một hoặc nhiều tài nguyên đồng nhất dựa trên sự thỏa thuận dịch vụ giữa nhà cung cấp và

người sử dụng [4]

Theo Viện tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia Bộ Thương mại Mỹ (NIST): Điện toán đám mây là một mô hình cho phép truy cập mạng thuận tiện, theo nhu cầu đến một kho tài nguyên điện toán dùng chung, có thể định cấu hình (ví dụ như mạng, máy chủ, lưu trữ, ứng dụng) có thể được cung cấp và thu hồi một cách nhanh chóng với yêu cầu tối thiểu về quản lý hoặc can thiệp của nhà cung cấp dịch vụ

Tất cả các định nghĩa trên đều định nghĩa Điện toán đám mây là một hệ phân bố, cung cấp các dạng tài nguyên ảo dưới dạng dịch vụ một cách linh động theo nhu cầu của người dùng trên môi trường Internet

Hình 1 12: Hình ảnh Cloud Computing

Điện toán đám mây là sự nâng cấp từ mô hình máy chủ mainframe sang mô hình client-server Cụ thể người dùng sẽ không cần phải có các kiến thức chuyên môn để điều khiển các công nghệ, máy móc và cơ sở hạ tầng, mà các chuyên gia trong “đám mây” của các hãng sẽ giúp thực hiện điều đó

tạp của cơ sở hạ tầng chứa trong nó Ở mô hình điện toán này, mọi khả năng liên quan đến công nghệ thông tin đều được cung cấp dưới dạng các “dịch vụ”, cho phép người

sử dụng truy cập các dịch vụ công nghệ từ một nhà cung cấp nào đó trong “đám mây”

mà không cần phải có kiến thức, kinh nghiệm về công nghệ đó, cũng như không cần quan tâm đến cơ sở hạ tầng phục vụ công nghệ đó

Điện toán đám mây thực chất là việc ảo hóa các tài nguyên tính toán và các ứng dụng Thay vì việc sử dụng một hoặc nhiều máy chủ thật (bằng vật lý ngay trước mắt) thì nay người dùng sẽ sử dụng các tài nguyên được ảo hóa (virtualized) thông qua môi trường Internet Nói một cách đơn giản, “ứng dụng điện toán đám mây” chính là những ứng dụng trực tuyến trên Internet Trình duyệt là nơi ứng dụng hiện hữu và vận hành còn dữ liệu được lưu trữ và xử lý ở máy chủ của nhà cung cấp ứng dụng đó

Hình 1 13: Sơ đồ điện toán đám mây, với các dịch vụ được cung cấp nằm bên trong

đám mây được truy cập từ các máy tính nằm bên ngoài

1.8.2 Các tính chất cơ bản của điện toán đám mây

Khách hàng không cần sở hữu cơ sở hạ tầng, họ sẽ chỉ phải trả cho những gì họ sử dụng Việc chia sẻ giữa nhiều người thuê giúp tận dụng nguồn tài nguyên máy tính và giảm phí tổn

Điện toán đám mây có những tính chất cơ bản bao gồm [4]:

Tự phục vụ theo yêu cầu (On-demand self-service)

Mỗi khi nảy sinh nhu cầu sử dụng tài nguyên hệ thống, người dùng chỉ cần gửi yêu cầu thông qua trang web cung cấp dịch vụ, hệ thống của nhà cung cấp sẽ đáp ứng yêu cầu của người dùng Người dùng có thể tự đáp ứng các nhu cầu sử dụng của mình như tăng thời gian sử dụng server, tăng dung lượng lưu trữ, tăng lưu lượng băng thông, tăng giới hạn truy vấn… mà không cần phải tương tác trực tiếp với nhà cung cấp dịch

vụ, mọi nhu cầu về dịch vụ đều sẽ được xử lý trên môi trường Internet

Truy xuất diện rộng (Broad network access)

Điện toán đám mây cung cấp dịch vụ cho người dùng thông qua môi trường Internet Do đó, người dùng chỉ cần kết nối với Internet là có thể sử dụng dịch vụ Hơn nữa, điện toán đám mây ở dạng dịch vụ nên không đòi hỏi khả năng xử lý cao ở phía khách hàng, vì vậy người dùng có thể truy xuất tới hệ thống dịch vụ bằng các thiết bị

di động như điện thoại thông minh, PDA, laptop…

Bên cạnh đó, điện toán đám mây giúp cho người dùng không còn bị phụ thuộc vào

vị trí, thời điểm sử dụng dịch vụ, nó cho phép người dùng sử dụng dịch vụ từ bất kỳ nơi nào, bất kỳ lúc nào thông qua Internet

Dùng chung tài nguyên (Resource pooling)

Tài nguyên của nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung, phục vụ cho nhiều người dùng Các tài nguyên này sẽ được cấp phát động tùy theo nhu cầu của người dùng theo thời gian thực

Điện toán đám mây dựa trên công nghệ ảo hóa, nên các tài nguyên đa phần là tài nguyên ảo Các tài nguyên ảo này sẽ được cấp phát động theo sự thay đổi nhu cầu của từng khách hàng khác nhau Nhờ đó nhà cung cấp dịch vụ có thể phục vụ nhiều khách hàng hơn so với cách cấp phát tài nguyên tĩnh truyền thống

Khả năng co giãn (Rapid elasticity)

Khả năng co giãn là tính chất đặc biệt nhất, nổi bật nhất và quan trọng nhất của

sử dụng tài nguyên hiệu quả, tận dụng triệt để tài nguyên dư thừa, phục vụ được nhiều khách hàng Còn với người sử dụng, khả năng này giúp họ giảm chi phí vì chỉ phải trả tiền cho những tài nguyên thực sự dùng

Điều tiết dịch vụ (Measured service)

Hệ thống điện toán đám mây tự động kiểm soát và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên (dung lượng lưu trữ, đơn vị xử lý, băng thông…) Lượng tài nguyên sử dụng

có thể được theo dõi, kiểm soát và báo cáo một cách minh bạch cho cả hai phía nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng

1.8.3 Kiến trúc, mô hình và các thành phần của điện toán đám mây

Các mô hình Cloud Computing được phân thành hai loại:

- Các mô hình dịch vụ (Service Models): Phân loại các dịch vụ của các nhà cung cấp dịch vụ Cloud Computing

- Các mô hình triển khai (Deployment Models): Phân loại cách thức triển khai dịch vụ Cloud Computing đến với khách hàng

Các mô hình dịch vụ

Hình 1 14: Các loại dịch vụ Cloud Computing

Điện toán đám mây là sự kết hợp giữa các khái niệm Hạ tầng hướng dịch vụ (IaaS), Nền tảng hướng dịch vụ (PaaS), Phần mềm hướng dịch vụ (SaaS) và một số khái niệm công nghệ mới [6]

Infrastructure as a Service – IaaS (Lớp Cơ sở hạ tầng): Trong loại dịch vụ này,

khách hàng được cung cấp những tài nguyên máy tính cơ bản (như bộ xử lý, dung

lượng lưu trữ, các kết nối mạng…) Khách hàng sẽ cài hệ điều hành, triển khai ứng dụng và có thể nối các thành phần như tường lửa và bộ cân bằng tải Nhà cung cấp dịch vụ sẽ quản lý cơ sở hạ tầng cơ bản bên dưới, khách hàng sẽ phải quản lý hệ điều hành, lưu trữ, các ứng dụng triển khai trên hệ thống, các kết nối giữa các thành phần

Platform as a Service – PaaS (Lớp Nền tảng): Nhà cung cấp dịch vụ sẽ cung cấp

một nền tảng (platform) cho khách hàng Khách hàng sẽ tự phát triển ứng dụng của mình nhờ các công cụ và môi trường phát triển được cung cấp hoặc cài đặt các ứng dụng sẵn có trên nền platform đó Khách hàng không cần phải quản lý hoặc kiểm soát các cơ sở hạ tầng bên dưới bao gồm cả mạng, máy chủ, hệ điều hành, lưu trữ, các công

cụ, môi trường phát triển ứng dụng nhưng quản lý các ứng dụng mình cài đặt hoặc phát triển

Software as a Service – SaaS (Lớp Dịch vụ phần mềm): Đây là mô hình dịch vụ

mà trong đó nhà cung cấp dịch vụ sẽ cung cấp cho khách hàng một phần mềm dạng dịch vụ hoàn chỉnh Khách hàng chỉ cần lựa chọn ứng dụng phần mềm nào phù hợp với nhu cầu và chạy ứng dụng đó trên cơ sở hạ tầng Cloud Mô hình này giải phóng người dùng khỏi việc quản lý hệ thống, cơ sở hạ tầng, hệ điều hành… tất cả sẽ do nhà cung cấp dịch vụ quản lý và kiểm soát để đảm bảo ứng dụng luôn sẵn sàng và hoạt động ổn định

Mô hình triển khai

Cho dù sử dụng loại mô hình dịch vụ nào đi nữa thì cũng có ba mô hình triển khai chính là: Dịch vụ đám mây mở (Public Cloud), Dịch vụ đám mây nội bộ (Private Cloud) và Dịch vụ đám mây lai (Hybrid Cloud)

Dịch vụ đám mây mở(Public Cloud)

Các dịch vụ Cloud được nhà cung cấp dịch vụ cung cấp cho mọi người sử dụng rộng rãi Các dịch vụ được cung cấp và quản lý bởi một nhà cung cấp dịch vụ và các ứng dụng của người dùng đều nằm trên hệ thống Cloud

Người sử dụng dịch vụ sẽ được hưởng lợi là chi phí thấp, giảm thiểu rủi ro do nhà

nhỏ) theo yêu cầu của người sử dụng Tuy nhiên có một trở ngại đó là vấn đề kiểm soát dữ liệu và an toàn dữ liệu Trong mô hình này, mọi thức đều nằm trên dịch vụ Cloud, do nhà cung cấp Cloud đó bảo vệ và quản lý Chính điều này khiến cho khách hàng, nhất là các công ty lớn cảm thấy không an toàn đối với những dữ liệu quan trọng khi sử dụng dịch vụ này

Dịch vụ đám mây nội bộ (Private Cloud)

Trong mô hình Private Cloud, cơ sở hạ tầng và các dịch vụ được xây dựng để phục

vụ cho một tổ chức (doanh nghiệp) duy nhất Điều này giúp cho doanh nghiệp có thể kiểm soát tối đa đối với dữ liệu, bảo mật và chất lượng dịch vụ

Doanh nghiệp sở hữu cơ sở hạ tầng và quản lý các ứng dụng được triển khai trên

đó Private Cloud có thể được xây dựng và quản lý bởi chính đội ngũ IT của doanh nghiệp hoặc có thể thuê một nhà cung cấp dịch vụ đảm nhiệm công việc này Mặc dù tốn chi phí đầu tư nhưng loại dịch vụ đám mây này cung cấp cho doanh nghiệp khả năng kiểm soát và quản lý chặt chẽ những dữ liệu quan trọng

Dịch vụ đám mây lai (Hybrid Cloud)

Như đã phân tích ở trên, Public Cloud dễ áp dụng, chi phí thấp nhưng không an toàn Ngược lại, Private Cloud an toàn hơn nhưng tốn chi phí và khó áp dụng Ý tưởng của mô hình dịch vụ đám mây lai là kết hợp các ưu điểm của 2 loại hình dịch vụ trên thành một giải pháp đám mây hoàn chỉnh cung cấp cho người dùng

Hybrid Cloud là sự kết hợp của Public Cloud và Private Cloud Trong đó doanh nghiệp sẽ “out-source” các chức năng nghiệp vụ và dữ liệu không quan trọng, sử dụng các dịch vụ Public Cloud để giải quyết và xử lý các dữ liệu này Đồng thời, doanh nghiệp sẽ giữ lại các chức năng nghiệp vụ và dữ liệu tối quan trọng trong tầm kiểm soát (Private Cloud).Hình ảnh dưới đây mô tả đặc điểm của ba loại dịch vụ đám mây vừa được đề cập tới:

Hình 1 15: Dịch vụ Public Cloud, Private Cloud và Hybrid Cloud

Kiến trúc điện toán đám mây

Kiến trúc điện toán đám mây nhìn chung gồm có các thành phần chính như hình dưới đây [5]:

Hình 1 16: Kiến trúc Cloud Computing

Hạ tầng (Infrastructure): Cơ sở hạ tầng của điện toán đám mây là phần cứng được

tài nguyên phần cứng được cung cấp theo thời gian cụ thể theo yêu cầu Dịch vụ kiểu này giúp cho khách hàng giảm chi phí bảo hành, chi phí sử dụng…

Lưu trữ (Storage): Lưu trữ đám mây là khái niệm tách dữ liệu khỏi quá trình xử lý

và chúng được lưu trữ ở những vị trí từ xa Lưu trữ đám mây cũng bao gồm cả các dịch vụ CSDL, ví dụ như BigTable của Google, SimpleDB của Amazon,…

Cloud Runtime: Là dịch vụ phát triển phần mềm ứng dụng và quản lý các yêu cầu

phần cứng, nhu cầu phần mềm Ví dụ nền dịch vụ như khung ứng dụng Web, web hosting,…

Dịch vụ đám mây (Cloud services): Dịch vụ đám mây là một phần độc lập có thể

kết hợp với các dịch vụ khác để thực hiện tương tác, kết hợp giữa các máy tính với nhau để thực thi chương trình ứng dụng theo yêu cầu trên mạng ví dụ các dịch vụ hiện nay như: Simple Queue Service, Google Maps, các dịch vụ thanh toán linh hoạt trên mạng của Amazon,…

Ứng dụng đám mây (Cloud application): Ứng dụng đám mây là một đề xuất về

kiến trúc phần mềm sẵn sàng phục vụ, nhằm loại bỏ sự cần thiết phải mua phần mềm, cài đặt, vận hành và duy trì ứng dụng tại máy bàn/thiết bị của người sử dụng Ứng dụng đám mây loại bỏ được các chi phí để bảo trì và vận hành các chương trình ứng dụng

Hạ tầng khách hàng (Client Infrastructure) là những yêu cầu phần mềm hoặc

phần cứng để sử dụng các dịch vụ điện toán đám mây trên mạng Thiết bị cung cấp cho khách hàng có thể là trình duyệt, máy tính để bàn, máy xách tay, điện thoại di động…

1.8.4 Ưu, nhược điểm của điện toán đám mây

Ưu điểm

- Đáp ứng nhu cầu lưu trữ của người dùng: Hệ thống luôn cung cấp đủ nhu cầu

sử dụng cần thiết của người sử dụng một cách tự động theo yêu cầu

- Khả năng tự co giãn của hệ thống: Tùy vào nhu cầu sử dụng mà người dùng có thể yêu cầu nhà cung cấp mở rộng hoặc giảm bớt tài nguyên hệ thống

- Tính sẵn sàng: Theo công bố mới đây thì tính sẵn sàng của dịch vụ điện toán đám mây đã được tăng lên đáng kể, như đối với dịch vụ Google App Engine của Google thì thời gian đáp ứng lên đến 99%

- Bản quyền phần mềm: Người sử dụng hoặc doanh nghiệp không phải lo chi phí bản quyền phần mềm, vận hành hay bảo trì dịch vụ

Nhược điểm

- Data lock-in: Hiện nay các phần mềm đã được cải thiện khả năng tương tác giữa các nền tảng khác nhau, nhưng các thư viện lập trình của điện toán đám mây vẫn còn mang tính độc quyền, chưa được chuẩn hóa theo một quy tắc nhất định Do đó, một ứng dụng được viết trên nền tảng của nhà cung cấp này chưa chắc đã chạy được trên một nền tảng của nhà cung cấp dịch vụ khác

- Bảo mật và kiểm tra dữ liệu: Hiện nay, vẫn không có điều gì đảm bảo cho người dùng là dữ liệu lưu trữ trên hệ thống của nhà cung cấp sẽ an toàn, không rò rỉ ra ngoài Người dùng lúc này không nên lưu trữ dữ liệu nhạy cảm, quan trọng lên đám mây hoặc mã hóa dữ liệu trước khi thực hiện việc này

- Gây ra thắt cổ chai trong việc truyền dữ liệu: Khi dữ liệu tăng dần theo thời gian, dữ liệu lại lưu trữ phân tán trên nhiều máy chủ khác nhau, việc vận chuyển dữ liệu cung cấp cho hệ thống sẽ là vấn đề cần được tính đến

- Khó tiên đoán trong hiệu suất thực thi của máy tính: Công nghệ điện toán đám mây phát triển dựa trên công nghệ ảo hóa, vì vậy sẽ rất khó cho nhà phát triển đánh giá chính xác hiệu suất thực thi của máy tính

1.9 Kết luận chương 1

Cùng với sự sự phát triển của công nghệ mạng và phổ biến của thiết bị cầm tay, ngày nay các ứng dụng LBS đang được nghiên cứu và phát triển rộng khắp không chỉ trong lĩnh vực quân sự mà cả trong dân sự Với tiềm lực của mình, các công ty lớn ngày nay hoàn toàn có thể xây dựng một hệ thống cung cấp dịch vụ LBS cho riêng mình như: dịch vụ tìm kiếm trạm xăng, cây ATM, siêu thị,…

đám mây ra đời là một giải pháp ưu việt cho các doanh nghiệp này Chi phí cơ sở hạ tầng, vận hành, bảo trì hệ thống sẽ được giảm đi rõ rệt

Vậy việc kết hợp giữa hai công nghệ để xây dựng các hệ thống dịch vụ LBS trên nền tảng điện toán đám mây là một chủ đề đang được quan tâm nghiên cứu, phát triển

ở Việt Nam cũng như trên thế giới

Trong chương II, trước hết luận văn sẽ tập trung giới thiệu, phân tích mô hình tổ chức dữ liệu và lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây, sau đó sẽ tập trung trình bày các nghiên cứu kiến trúc tích hợp điện toán đám mây và LBS

CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC TÍCH HỢP LBS VÀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

Chương này đưa ra một cái nhìn tổng quan nhất về các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây, điển hình là Google App Engine cũng như các mô hình tổ chức dữ liệu trên đám mây trong thực tế

Trình bày kiến trúc tích hợp điện toán đám mây của Goole App Engine và LBS, các dịch vụ cho LBS dựa trên đám mây và lợi ích của hệ thống này đối với xã hội

Kiến trúc Khách/Chủ (Client/ Server)

Hầu hết mọi ứng dụng LBS đều có kiến trúc Client/Server và có thể được mô tả ngắn gọn thành ba thành phần chính: Khách hàng (Client), Máy chủ (Server) và Truyền thông không dây để kết nối Client tới Server

Client chịu trách nhiệm gửi các yêu cầu của người dùng và vị trí địa lý của thiết

bị di động tới Server, và Server chịu trách nhiệm cung cấp các dịch vụ dựa trên vị trí địa lý của thiết bị di động đó Client cũng có thể đóng góp thêm vào cơ sở dữ liệu các