Khóa luận Xây dựng ứng dụng tìm kiếm thông tin theo vị trí trên mạng ngang hàng có cấu trúc
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Phạm Đình Hậu
XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TÌM KIẾM THÔNG TIN
THEO VỊ TRÍ TRÊN MẠNG NGANG HÀNG CÓ
CẤU TRÚC
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
HÀ NỘI - 2009
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Phạm Đình Hậu
XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TÌM KIẾM THÔNG TIN
THEO VỊ TRÍ TRÊN MẠNG NGANG HÀNG CÓ
CẤU TRÚC
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
Cán bộ hướng dẫn: TS.Nguyễn Hoài Sơn
HÀ NỘI - 2009
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này, trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
thầy TS. Nguyễn Hoài Sơn. Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá
trình làm khóa luận. Đồng thời em xin được cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong
Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã truyền đạt cho em
nhiều kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập tại trường.
Cuối cùng, em xin cảm ơn tất cả bạn bè, gia đình và người thân đã giúp đỡ, động
viên em rất nhiều để em có thể hoàn thành tốt khoá luận.
Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2009
Sinh viên
Phạm Đình Hậu
TÓM TẮT NỘI DUNG
Hiện nay, các dịch vụ dựa vào vị trí cung cấp dịch vụ cho các thiết bị di động
đang phát triển mạnh. Trong đó dịch vụ tìm kiếm thông tin theo vị trí là một dịch vụ
quan trọng. Do các máy chủ cung cấp dịch vụ dựa vào vị trí hiện nay hoạt động rời
rạc, không có sự liên kết với nhau dễ gây quá tải tại các máy chủ vào giờ cao điểm,
thông tin cung cấp cho người dùng không đa dạng. Chính vì vậy nảy sinh nhu cầu liên
kết các máy chủ của các nhà cung cấp dịch vụ lại với nhau thành một mạng dịch vụ.
Để các máy chủ cung cấp dịch vụ có thể liên kết được với nhau thì phải giải quyết
được các vấn đề về quản lý, lưu trữ, xử lý thông tin phân tán và tìm kiếm thông tin quy
mô lớn. Mạng ngang hàng có cấu trúc sẽ là một giải pháp tốt để liên kết các máy chủ
cung cấp dịch vụ lại với nhau vì bản chất của mạng ngang hàng là xử lý và lưu trữ dữ
liệu phân tán đồng thời mạng ngang hàng có cấu trúc có ưu điểm là tìm kiếm dữ liệu
nhanh, có thể tìm kiếm được dữ liệu trên quy mô lớn và hệ thống có khả năng mở rộng
cao.
Khoá luận đã xây dựng một hệ thống tìm kiếm thông tin theo vị trí dựa trên mạng
ngang hàng có cấu trúc trong đó thông tin tìm kiếm được dựa trên ngữ cảnh của người
sử dụng. Ngữ cảnh ở đây là các thông tin về tuổi, giới tính, sở thích của người dùng và
các thông tin về môi trường như thời tiết, mùa trong năm, thời gian trong ngày và vị trí
hiện tại của người dùng. Hệ thống đã được thử nghiệm và đánh giá thông qua môi
trường mạng có giới hạn băng thông và độ trễ giống với môi trường mạng Internet và
mạng điện thoại hiện nay. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống xây dựng đã đáp ứng
được các yêu cầu của dịch vụ dựa vào vị trí là cung cấp dịch vụ thời gian thực và có
thể dễ dàng mở rộng hệ thống.
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1. MÔ HÌNH DỊCH VỤ DỰA VÀO VỊ TRÍ
1
3
1.2. Tổng quan về dịch vụ dựa vào vị trí...............................................................................3
1.3. Các thành phần của dịch vụ dựa vào vị trí .....................................................................4
1.3.1. Thiết bị di động .......................................................................................................5
1.3.2. Mạng kết nối............................................................................................................6
1.3.3. Thành phần định vị..................................................................................................8
1.3.4. Nhà cung cấp ứng dụng và dịch vụ .........................................................................9
1.4. Cách thức hoạt động của dịch vụ dựa vào vị trí ...........................................................10
1.5. Tìm kiếm thông tin dựa vào vị trí.................................................................................11
1.6. Tổng kết........................................................................................................................12
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM THÔNG TIN TRÊN MẠNG NGANG HÀNG
CÓ CẤU TRÚC
13
2.1. Tổng quan về mạng ngang hàng...................................................................................13
2.1.1. Khái niệm mạng ngang hàng.................................................................................13
2.1.2. Ưu điểm và nhược điểm của mạng ngang hàng ....................................................14
2.1.3. Phân loại mạng ngang hàng...................................................................................15
2.2. Mạng ngang hàng có cấu trúc.......................................................................................16
2.1.1. Tổng quan về mạng ngang hàng có cấu trúc .........................................................16
2.2.2. Mạng ngang hàng có cấu trúc CHORD.................................................................18
2.3. Tìm kiếm thông tin trên mạng ngang hàng có cấu trúc................................................22
2.3.1. Tìm kiếm chính xác...............................................................................................22
2.3.2. Tìm kiếm theo thuộc tính – giá trị.........................................................................22
2.3.3. Tìm kiếm theo khoảng...........................................................................................23
2.4. Kết luận ........................................................................................................................24
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG DỊCH VỤ TÌM KIẾM THÔNG TIN THEO VỊ TRÍ DỰA TRÊN
MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC
26
3.1. Mục đích và yêu cầu của tìm kiếm thông tin dựa vào vị trí .........................................26
3.2. Giải pháp thực hiện.......................................................................................................27
3.2.1. Tạo câu truy vấn phù hợp với ngữ cảnh................................................................27
3.2.2. Biểu diễn dữ liệu theo vị trí...................................................................................27
3.2.3. Chèn dữ liệu vào mạng ngang hàng có cấu trúc....................................................29
3.2.4. Tìm kiếm dữ liệu ...................................................................................................30
3.3. Cấu trúc hệ thống..........................................................................................................32
3.4. Hoạt động của hệ thống................................................................................................33
3.5. Đặc điểm của hệ thống đề xuất.....................................................................................36
3.6. Kết luận ........................................................................................................................37
CHƯƠNG 4. THỰC THI VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG TRÌNH
38
4.1. Kết quả thực thi chương trình.......................................................................................38
4.2. Mô hình thử nghiệm .....................................................................................................39
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO
43
5.1. Kết luận ........................................................................................................................43
5.2. Hướng phát triển tiếp theo của khoá luận.....................................................................44
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Cấu trúc hệ thống dịch vụ dựa vào vị trí .......................................................................4
Hình 2. Một số thiết bị di động sử dụng dịch vụ dựa vào vị trí..................................................5
Hình 3. Mạng diện rộng không dây............................................................................................6
Hình 4. Mạng cục bộ không dây ................................................................................................7
Hình 5. Mạng cá nhân không dây...............................................................................................7
Hình 6: Xác định vị trí dùng tín hiệu vệ tinh..............................................................................8
Hình 7. Xác định vị trí dùng dựa vào các trạm sóng đài............................................................9
Hình 8. Cách thức hoạt động của dịch vụ dựa vào vị trí ..........................................................10
Hình 9: Mô hình mạng ngang hàng..........................................................................................13
Hình 10. Hệ thống mạng ngang hàng lai ghép .........................................................................15
Hình 11. Mạng ngang hàng có cấu trúc Chord dạng vòng tròn ...............................................17
Hình 12. Mô hình mạng Chord.................................................................................................19
Hình 13: Định nghĩa các trường trong bảng định tuyến của Chord .........................................19
Hình 14. Minh hoạ quy tắc lưu khoá trong mạng Chord..........................................................20
Hình 15. Minh hoạ chia bề mặt trái đất thành các ô.................................................................28
Hình 16. Minh hoạ một ô của bề mặt trái đất được chia ra ......................................................28
Hình 17: Minh hoạ tìm kiếm thông tin trong một vùng ...........................................................30
Hình 18: Minh hoạ thông tin vị trí của một ô trên bề mặt trái đất............................................31
Hình 20. Cấu trúc hệ thống dịch vụ tìm kiếm thông tin dựa vào vị trí.....................................33
Hình 21: Minh hoạ việc tạo truy vấn theo ngữ cảnh ................................................................34
Hình 22: Yêu cầu địa chỉ IP và cổng của các máy trong mạng ngang hàng ............................34
Hình 23: Yêu cầu tìm kiếm của thiết bị di động gửi lên mạng ngang hàng.............................35
Hình 24: Minh hoạ mạng ngang hàng trả kết quả cho thiết bị di động ....................................36
Hình 25: Minh hoạ giao diện hiển thị kết quả tìm kiếm thông tin ...........................................38
Hình 27: Giao diện hiển thị kết quả trên bản đồ.......................................................................39
Hình 28: Mô hình thí nghiệm ...................................................................................................39
Hình 29: Kết quả thí nghiệm ....................................................................................................40
Hình 30: Đồ thị kết quả thử nghiệm.........................................................................................41
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày này, số lượng các thiết bị di động cầm tay tăng nhanh, sức mạnh xử lý và
bộ nhớ của thiết bị đã có thể đáp ứng được yêu cầu của nhiều dịch vụ. Trong đó dịch
vụ dựa vào vị trí là một dịch vụ phổ biến và đang phát triển hiện nay. Dịch vụ này
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và cung cấp các thông tin như dịch vụ gần nhất,
theo dõi phương tiện giao thông, các dịch vụ khẩn cấp. Dịch vụ tìm kiếm thông tin là
một dịch vụ quan trọng của dịch vụ dựa vào vị trí và đang phát triển mạnh.
Tuy hiện nay có nhiều dịch vụ tìm kiếm thông tin nhưng thông tin tìm kiếm được
thường không đúng yêu cầu và không có liên hệ với ngữ cảnh của người dùng. Ngữ
cảnh ở đây là các thông tin cá nhân (tuổi, giới tính, sở thích, lịch làm việc), thông tin
môi trường xung quanh (thời gian trong ngày, mùa trong năm, thời tiết...) và vị trí của
người dùng. Để đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng là tìm kiếm thông tin chính
xác và phù hợp với yêu cầu của người dùng thì khoá luận đã xây dựng một hệ thống
tìm kiếm thông tin theo vị trí trong đó thông tin được tìm kiếm dựa trên ngữ cảnh của
người dùng. Hệ thống sẽ cung cấp thông tin một cách tự động cho người dùng bằng
cách tạo truy vấn tìm kiếm tự động từ ngữ cảnh của người dùng. Yêu cầu của hệ thống
này là phải có khả năng tìm kiếm dữ liệu trên quy mô lớn, có tính phân tán và có khả
năng mở rộng cao.
Công nghệ mạng ngang hàng đã phát triển nhanh chóng trên mạng Internet trong
thời gian gần đây với sự xuất hiện của hàng loạt các ứng ngang hàng như Napster,
Gnutella, Freenet, BitTorrent, Edonkey…. Sở dĩ mô hình mạng mạng ngang hàng phát
triển như vậy là vì mô hình này rất phù hợp với tính phân tán của dữ liệu, đồng thời nó
đảm bảo quyền quản lý dữ liệu của người dùng nên khuyến khích được việc chia sẻ dữ
liệu, làm tăng nguồn tài nguyên trên mạng. Mô hình mạng ngang hàng cũng được sử
dụng để xử lý các bài toán phức tạp do tận dụng được khả năng tính toán phân tán và
tích hợp dữ liệu từ các máy tính tham gia mạng. Trong mạng ngang hàng các máy
tham gia đều đóng góp tài nguyên như băng thông, khả năng xử lý và khả năng lưu trữ.
Để đáp ứng được yêu cầu của hệ thống tìm kiếm thông tin theo vị trí là có thể tìm
kiếm dữ liệu trên quy mô lớn, có tính phân tán và có tính mở rộng cao thì mạng ngang
hàng có cấu trúc là một giải pháp tốt. Bởi vì mạng ngang hàng có cấu trúc có ưu điểm
là có thể quản lý, lưu trữ và tìm kiếm trên quy mô lớn, có tính phân tán và có thể dễ
dàng mở rộng. Vì vậy khoá luận đã đi sâu vào nghiên cứu và xây dựng hệ thống tìm
kiếm thông tin theo vị trí dựa trên mạng ngang hàng có cấu trúc . Để đánh giá hiệu quả
của hệ thống đã xây dựng thì hệ thống đã được thử nghiệm trong môi trường được giới
1
hạn về băng thông và độ trễ giống với môi trường Internet và mạng điện thoại hiện nay
và kết quả thử nghiệm là khá khả quan.
Khoá luận được chia làm 5 chương:
- Chương 1: Chương này sẽ giới thiệu về cấu trúc của hệ thống dịch vụ dựa vào
vị trí hiện đang được sử dụng và các yêu cầu của dịch vụ dựa vào vị trí.
- Chương 2: Trong chương này sẽ giới thiệu tổng quan về mạng ngang hàng, ưu
nhược điểm của mạng ngang hàng và các phương pháp tìm kiếm đang được sử dụng
trong mạng ngang hàng có cấu trúc.
- Chương 3: Chương này sẽ trình bày về ý tưởng, yêu cầu và cách thức xây dựng
dịch vụ tìm kiếm thông tin theo vị trí dựa trên mạng ngang hàng có cấu trúc.
- Chương 4: Trong chương này chúng ta sẽ trình bày về mô hình thực nghiệm để
đánh giá hiệu quả của dịch vụ tìm kiếm thông tin theo vị trí đã xây dựng và đưa ra các
nhận xét đánh giá kết quả thử nghiệm.
- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tiếp theo của khoá luận.
2
CHƯƠNG 1. MÔ HÌNH DỊCH VỤ DỰA VÀO VỊ TRÍ
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển nhanh
chóng của công nghệ phần cứng đã có thể tạo ra các thiết bị nhỏ gọn, có khả năng lưu
trữ và xử lý lớn như PDA, Smart Phone, Pocket PC.... Giá thành của các sản phẩm này
liên tục giảm khiến cho số lượng người dùng sử dụng các thiết bị thông minh này tăng
nhanh chóng. Chính vì số lượng các thiết bị thông minh này tăng nhanh dẫn đến nhu
cầu của người dùng muốn sử dụng các dịch vụ gia tăng trên các thiết bị này lớn. Dịch
vụ dựa vào vị trí là một dịch vụ gia tăng đang phát triển ngày nay. Các ứng dụng của
dịch vụ này rất đa dạng, các ứng dụng này cung cấp cho mọi người các thông tin như
vị trí các rạp chiếu bóng, các phòng nghe nhạc, các bữa tiệc và các thông tin về bản đồ,
nhà hàng, viện bảo tàng, bệnh viện... ở các địa điểm gần mình.
1.2. Tổng quan về dịch vụ dựa vào vị trí
Dịch vụ dựa vào vị trí là dịch vụ cung cấp các thông tin liên quan đến vị trí của
thiết bị di động cầm tay thông qua mạng điện thoại hoặc kết nối không dây. Dịch vụ
dựa vào vị trí cũng có thể được định nghĩa là dịch vụ khai thác các thông tin về vị trí
của thiết bị di động cầm tay. Dịch vụ này có thể cung cấp các thông tin như “Vị trí
trạm ATM (Automatic Teller Machine) gần nhất” hoặc các thông tin về vị trí của các
nhà hàng, quán ăn, các bến xe... ở quanh vị trí của thiết bị di động cầm tay. Các thông
tin này có thể được cung cấp một cách tự động mà không cần bất cứ thao tác yêu cầu
nào của người dùng hoặc người dùng cũng có thể yêu cầu trực tiếp các thông tin mình
muốn tìm và có thể tuỳ chọn tìm kiếm thông tin về một vị trí được chỉ định trên bản đồ
số. Dịch vụ dựa vào vị trí mới xuất hiện gần đây, dịch vụ này tập trung vào cung cấp
các dịch vụ trong phạm vi nhóm người dùng không chuyên và hoạt động trong môi
trường tính toán di động có năng lực tính toán thấp.
Các ứng dụng phổ biến của dịch vụ dựa vào vị trí:
+ Định vị: Dùng để xác định vị trí của một người nào hay vật nào để trả lời cho
câu hỏi đang ở đâu.
+ Di chuyển: Ứng dụng này có thể chỉ dẫn một cách chi tiết làm sao để đi đến
một vị trí mà người dùng mong muốn.
+ Tìm kiếm: Ứng dụng này có thể là cung cấp các thông tin về các dịch vụ gần
nhất (có thể là nhà hàng gần nhất, trạm ATM gần nhất), các thông tin về giao thông
như tình trạng tắc nghẽn giao thông tại điểm nào đó.
3
+ Xác định một người hay vật: Dùng để xác định một vật hay người nào đó ở vị
trí hiện tại.
+ Kiểm tra sự kiện: Dùng để kiểm tra xem có sự kiện nào xảy ra ở vị trí này
không.
+ Dịch vụ khẩn cấp: Khi có các tình trạng khẩn cấp như hoả hoạn, lũ lụt, trộm
cướp thì có thể sử dụng dịch vụ này để thông báo cho cảnh sát hoặc cho lính cứu hoả.
+ Dịch vụ theo dõi: Dịch vụ này có thể là theo dõi giao thông để thông báo cho
các các xe cứu thương hoặc cung cấp cho người dùng tránh các điểm tắc nghẽn.
1.3. Các thành phần của dịch vụ dựa vào vị trí
Dịch vụ dựa vào vị trí gồm có bốn thành phần như hình 1 [3]:
- Thiết bị di động
- Mạng kết nối
- Thành phần định vị
-Nhà cung cấp ứng dụng và dịch vụ
Hình 1. Cấu trúc hệ thống dịch vụ dựa vào vị trí
4
1.3.1. Thiết bị di động
Là các thiết bị Mobile Phone, Smart Phone, Laptop, PDA... mà người dùng có
thể sử dụng để truy cập và hiển thị thông tin. Người dùng có thể nhận thông tin dưới
các dạng như âm thanh, văn bản, hình ảnh... Các thiết bị di động có thể là PDA,
Phones, Laptops... nhưng cũng có thể là các thiết bị định vị gắn kèm với ô tô.
Có nhiều loại thiết bị kết nối với dịch vụ dựa vào vị trí, tuỳ theo sức mạnh và khả
năng lưu trữ của thiết bị, người dùng có thể sử dụng một hoặc nhiều dịch vụ khác
nhau. Các thiết bị dùng dịch vụ dựa vào vị trí có thể được phân loại thành hai loại là
thiết bị đơn nhiệm và thiết bị đa nhiệm.
+ Thiết bị đơn nhiệm: Thường sử dụng các dịch vụ khẩn cấp như còi báo động
hoặc cảnh báo tình trạng khẩn cấp.
+ Thiết bị đa nhiệm: Các thiết bị này đang được nhiều người sử dụng và nó đã
trở thành một phần của cuộc sống chúng ta. Một số thiết bị đa nhiệm trong hình vẽ 2:
Mobile Phone, Smart Phone, Pocket PC, Laptop hoặc PDA.
Hình 2. Một số thiết bị di động sử dụng dịch vụ dựa vào vị trí
5
+ Đặc điểm của các thiết bị di động:
- Hầu hết các thiết bị di động có tài nguyên tính toán và khả năng xử lý thấp.
- Màn hình hiển thị nhỏ, pin có thời gian sử dụng ngắn, bị ảnh hưởng bởi điều
kiện thời tiết.
- Bị giới hạn về băng thông kết nối.
1.3.2. Mạng kết nối
Thành phần này dùng để truyền dữ liệu, phục vụ các yêu cầu của người dùng và
gửi kết quả cho người dùng.
Mạng kết nối thường được phân chia thành các loại khác nhau tuỳ theo mục đích,
giới hạn về sóng đài (radio) và các tính chất địa lý.
+ Mạng diện rộng không dây (WWAN: Wireless Wide Area Networks) thường
từ 100 m đến 35 km và yêu cầu người dùng phải đăng ký để được sử dụng. Mạng này
bao gồm GSM (Global System for Mobile, GPRS (General Packet Radio Service) và
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). GMM và GPRS có thể truyền
dữ liệu tối đa là 14 kbps và 115 kbps ngược lại UMTS có thể truyền tới 2 Mbps.
Hình 3. Mạng diện rộng không dây
6
+ Mạng cục bộ không dây (WLAN: Wireless Local Area Network): khoảng
cách từ 10 đến 150 m. Thiết bị di động có thể kết nối thông qua các điểm truy cập.
Hình 4. Mạng cục bộ không dây
+ Mạng cá nhân không dây (WPAN: Wireless Personal Area Networks): được
dùng cho các kết nối trong một khoảng ngắn xung quanh 10 m và hệ thống thường
không yêu cầu đăng ký sử dụng. Thông thường bao gồm Bluetooth và các thiết bị
Infrared (IrDA), dữ liệu truyền qua công nghệ Bluetooth có thể là 1 Mbps trong
khoảng cách 10 m và trong trường hợp IrDA (Inrared) nó có thể là 16 Mbps trong
khoảng 1.5 m.
Hình 5. Mạng cá nhân không dây
7
1.3.3. Thành phần định vị
Là thành phần dùng để xác định vị trí hiện tại của người dùng. Hiện nay có hai
phương pháp chính để xác định vị trí người dùng là dựa vào tín hiệu vệ tinh và dựa
vào các trạm sóng đài.
+ Định vị dựa vào vệ tinh: Một số hệ thống định vị tiêu biểu sử dụng vệ tinh như
TACAN – (TACtical Air Navigation), hệ thống định vị toàn cầu (GPS: Global
Positioning System), GLONASS (Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya
Sistema).
Hình 6: Xác định vị trí dùng tín hiệu vệ tinh
Các hệ thống định vị sử dụng vệ tinh chủ yếu dùng để phục vụ cho mục đích
quân sự nên khi dùng trong dân sự thì chúng bị giới hạn về độ chính xác như hệ thống
định vị toàn cầu thì độ chính xác khoảng 15 m. Hiện nay có một số máy thu tín hiệu
của hệ thống định vị toàn cầu đã có thể xác định vị trí chính xác hơn và sai lệch
khoảng 3 m.
Tín hiệu của hệ thống định vị toàn cầu bị nhiễu bởi khá nhiều yếu tố như: điều
kiện khí quyển, tín hiệu đi theo nhiều đường, lỗi đồng bộ giữa máy thu và vệ tinh của
hệ thống định vị toàn cầu, thiết bị thu tín hiệu bị che khuất bởi các toà nhà.
8
+ Định vị dựa vào mạng: Hệ thống này xác định vị trí của người dùng dựa vào
các cột sóng đài.
Hình 7. Xác định vị trí dùng dựa vào các trạm sóng đài
1.3.4. Nhà cung cấp ứng dụng và dịch vụ
Nhà cung cấp dịch vụ cung cấp một số các dịch vụ khác nhau cho người dùng và
phản hồi các yêu cầu cung cấp dịch vụ cho người dùng. Các dịch vụ và ứng dụng được
cung cấp như các dịch vụ về tìm vị trí, tìm đường đi dựa trên thông tin mà người dùng
cung cấp hoặc tìm kiếm các thông tin về đối tượng mà người dùng quan tâm (như nhà
hàng, viện bảo tàng, khách sạn, tiệm ăn...)
Thông thường dịch vụ dựa vào vị trí được chia thành hai loại:
+ Dịch vụ kéo về (Pull Services): Là những dịch vụ đáp ứng yêu cầu trực tiếp
của người dùng, dịch vụ này thường được chia thành hai loại:
- Dịch vụ chức năng: Các dịch vụ cung cấp chức năng hỗ trợ người dùng 113,
115 (gọi dịch vụ cấp cứu khẩn cấp chỉ thông qua một nút bấm).
- Dịch vụ thông tin: Cung cấp thông tin như “tìm quán ăn gần nhất”.
+ Dịch vụ đẩy đi (Push Services): Cung cấp thông tin dù người có có yêu cầu
hay không yêu cầu trực tiếp. Dịch vụ hoạt động tự động và làm việc khi xảy ra một sự
kiện được chỉ định như dịch vụ dự báo thời tiết, tin nhắn quảng cáo khi người dùng đi
vào một khu vực nào đó.
9
1.4. Cách thức hoạt động của dịch vụ dựa vào vị trí
Hệ thống hoạt động dựa trên các thành phần như hình vẽ 8 [3]: Các thiết bị,
mạng kết nối, công nghệ xác định vị trí, máy chủ cung cấp dịch vụ và dữ liệu.
Hình 8. Cách thức hoạt động của dịch vụ dựa vào vị trí
Hoạt động của hệ thống sẽ như sau:
Bước 1: Đầu tiên các thiết bị di động cầm tay sẽ xác định vị trí của mình dựa vào
tín hiệu vệ tinh của hệ thống định vị toàn cầu, các cột sóng di động hoặc dựa vào các
điểm truy cập không dây.
Bước 2: Sau khi đã có được thông tin về vị trí hiện tại thì thiết bị di động sẽ gửi
thông tin về vị trí của mình và thông tin cần tìm kiếm (như cửa hàng, khách sạn, trạm
ATM gần nhất) đến máy chủ cung cấp dịch vụ qua mạng kết nối.
Bước 3: Các máy chủ dịch vụ sẽ đọc yêu cầu của thiết bị di động, xử lý yêu cầu
và gửi kết quả cho thiết bị di động.
Bước 4: Thiết bị di động sẽ hiển thị kết quả cho người dùng, kết quả có thể được
hiển thị dưới dạng tin nhắn hoặc hiển thị trên bản đồ để người dùng có thể thấy một
cách trực quan vị trí của thông tin.
10
1.5. Tìm kiếm thông tin dựa vào vị trí
+ Yêu cầu của hệ thống tìm kiếm thông tin theo vị trí là:
- Cung cấp kết quả chính xác với yêu cầu của người dùng và giá thành của dịch
vụ hợp lý.
- Có thể định vị được các thiết bị di động trong phạm vị rộng,
- Với các dịch vụ khác nhau thì có độ ưu tiên khác nhau như với dịch vụ khẩn
cấp thì phải đáp ứng nhanh còn với dịch vụ tìm tiệm ăn, nhà hàng, khách sạn thì có thể
ưu tiên ít hơn.
- Dịch vụ không làm tăng kích thước, khối lượng của thiết bị nhiều cũng như
không làm tiêu tốn nhiều năng lượng của thiết bị.
- Có thể phục vụ được một số lượng lớn các thiết bị di động tại cùng một thời
điểm.
- Các thông tin về khách hàng phải được giữ bí mật.
- Hệ thống phải dễ dàng mở rộng: Có thể tăng số người sử dụng cũng như tăng
khả năng xử lý và lưu trữ của hệ thống.
- Hệ thống có thể cung cấp dịch vụ thời gian thực.
- Người dùng có thể sử dụng dịch vụ mọi lúc, mọi nơi.
+ Vấn đề tìm kiếm thông tin theo vị trí:
Hệ thống dịch vụ tìm kiếm thông tin theo vị trí hiện nay chủ yếu được xây dựng
theo mô hình khách - chủ. Nhược điểm của mô hình này đó là dễ bị quá tải tại máy chủ
trung tâm khi có nhiều người dùng truy cập cùng một thời điểm và khó khăn khi mở
rộng hệ thống.
Yêu cầu của hệ thống dịch vụ tìm kiếm thông tin theo vị trí là hệ thống có thể lưu
trữ, xử lý, tìm kiếm dữ liệu trên quy mô lớn và có khả năng mở rộng cao vì vậy việc
triển khai dịch vụ này trên mô hình khách - chủ là không phù hợp. Mạng ngang hàng
có cấu trúc là một giải pháp tốt để triển khai dịch vụ tìm kiếm thông tin theo vị trí vì
bản chất của mạng ngang hàng là quản lý, lưu trữ, xử lý thông tin phân tán và mạng
ngang hàng có cấu trúc có ưu điểm là có thể thể tìm kiếm thông tin nhanh, tìm kiếm
trên quy mô lớn và hệ thống có tính mở rộng cao.
11
1.6. Tổng kết
Chương này đã giới thiệu tổng quan về dịch vụ dựa vào vị trí, cấu trúc của dịch
vụ dựa vào vị trí, hoạt động của dịch vụ dựa vào vị trí cũng như các yêu cầu hệ thống
của dịch vụ này.
Qua các yêu cầu của dịch vụ này ta có thể thấy việc triển khai dịch vụ dựa vào vị
trí trên mạng ngang hàng là hoàn toàn khả thi vì khi triển khai dịch vụ này trên mạng
ngang hàng thì hệ thống sẽ có thể tận dụng được khả năng lưu trữ, xử lý thông tin của
các máy tham gia vào mạng chính vì vậy làm tăng khả năng xử lý tổng thể của hệ
thống. Khả năng xử lý tổng thể của hệ thống tăng sẽ làm cho thời gian đáp ứng của
dịch vụ nhanh, đáp ứng được dịch vụ thời gian thực và ưu điểm của mạng ngang hàng
là khả năng mở rộng dễ cao chính vì vậy hệ thống triển khai trên mạng ngang hàng sẽ
có được ưu điểm là khả năng mở rộng hệ thống dễ dàng.
12
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM THÔNG TIN TRÊN MẠNG
NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC
Mạng ngang hàng ngày càng trở nên phổ biến trong các ứng dụng chia sẻ trên
mạng. Các mạng ngang hàng đã xuất hiện từ những năm 1980 và phát triển mạnh mẽ
như APANET, Usenet, FidoNet. Hiện nay, với sự tham gia của các công ty thương
mại và phi thương mại như Napster, Gnutella mạng ngang hàng ngày càng lớn mạnh
và được được nhiều người sử dụng. Nhất là hiện nay khi lượng thông tin truyền tải trên
mạng vô cùng lớn, nhu cầu tìm kiếm và chia sẻ thông tin cũng tăng lên. Mạng ngang
hàng được xây dựng giữa các máy tính độc lập có khả năng chia sẻ dữ liệu và tận dụng
tài nguyên để chia sẻ cho các máy tính khác.
2.1. Tổng quan về mạng ngang hàng
2.1.1. Khái niệm mạng ngang hàng
Mạng ngang hàng là một cấu trúc được tạo nên bởi các máy tính liên kết với
nhau, vai trò của mỗi máy tính là như nhau, mỗi máy tính là một phần và duy trì sự tồn
tại của mạng. Các máy tính trong mạng thường xuyên liên lạc với các máy tính khác
để ổn định mạng và chia sẻ dữ liệu với nhau. Mạng ngang hàng có nhiều ứng dụng và
ứng dụng phổ biến nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các dạng tệp tin chia sẻ như âm thanh,
hình ảnh, dữ liệu...
Hình 9: Mô hình mạng ngang hàng
13
Một mạng ngang hàng đúng nghĩa không có khái niệm máy chủ và máy khách
hay nói cách khác tất cả các máy tham gia đều bình đẳng và được gọi là Peer. Peer là
một nút mạng vừa đóng vai trò là máy chủ với các máy khác trong mạng vừa đóng vai
trò là máy khách khi được các máy khác phục vụ mình. Dữ liệu được chứa trên các
máy tính và chia sẻ trực tiếp với nhau cũng thông qua các máy tính tham gia vào mạng
ngang hàng.
2.1.2. Ưu điểm và nhược điểm của mạng ngang hàng
Mô hình mạng ngang hàng rất phù hợp với tính phi tập trung của Internet, bởi
bản chất của tài nguyên là phân tán, các thông tin lưu trữ không chỉ trên các máy chủ
mà ở cả các máy khách.
Xét về khía cạnh sức mạnh xử lý, mạng mạng ngang hàng có khả năng xử lý cao
hơn cả những máy chủ lớn nhất hiện nay do đó sử dụng mạng mạng ngang hàng có thể
cải thiện đáng kể hiệu quả của các phương pháp phân tích, xử lý dữ liệu và giải các bài
toán phức tạp (đây đều là những vấn đề vượt ra ngoài tầm xử lý của những máy chủ
tập trung khi số lượng truy vấn, tính toán tăng lên đến hàng trăm triệu mỗi ngày). Sở dĩ
như vậy là vì mạng ngang hàng đã tận dụng khả năng xử lý, khả năng lưu trữ còn thừa
của các máy tính tham gia mạng với những thuật toán phân tán hợp lý. Công nghệ này
đã chia việc xử lý lớn ra thành những việc xử lý nhỏ có thể phân tán giữa các máy tính
trong một mạng. Mỗi máy tính sẽ xử lý một phần dữ liệu và trả về kết quả xử lý cho
máy tính trung tâm, máy tính trung tâm sẽ ghép nối các kết quả này lại với nhau. Bằng
cách đó, ta có thể giải quyết được những bài toán phức tạp mà không cần phải nâng
cấp khả năng xử lý của hệ thống hiện tại.
Bên cạnh đó, việc phân tán trách nhiệm cung cấp dịch vụ đến tất cả các nút trên
mạng sẽ giúp loại bỏ vấn đề ngừng trệ dịch vụ do nơi cung cấp duy nhất gặp sự cố.
Mạng ngang hàng cũng tận dụng được băng thông trên toàn bộ mạng vì việc tăng
số giao tiếp giữa các thiết bị mạng qua các đường truyền khác nhau sẽ làm giảm khả
năng tắc nghẽn mạng. Ngoài ra, khi càng nhiều máy tính tham gia vào mạng ngang
hàng thì tổng sức mạnh xử lý, khả năng lưu trữ và băng thông lại tăng theo điều đó cho
thấy khả năng mở rộng của mạng mạng ngang hàng.
Tuy nhiên, mạng ngang hàng cũng có nhiều nhược điểm. Với mô hình mạng
ngang hàng thuần túy, tức là mô hình mà ở đó mọi máy đều có vai trò như nhau và
không tuân theo bất cứ một quy luật định tuyến hay kết nối nào thì mạng mạng ngang
hàng cũng bộc lộ khá nhiều nhược điểm:
14
+ Chính vì yêu cầu dịch vụ được đáp ứng một cách tùy biến nên máy yêu cầu
dịch vụ có thể nhận được nhiều kết quả khác nhau khi nó kết nối đến các máy khác
nhau cung cấp cùng một dịch vụ.
+ Các yêu cầu gửi đi có thể không nhận được kết quả trả về vì không có gì đảm
bảo sẽ tồn tại một máy nào đó có khả năng đáp ứng yêu cầu đó.
+ Các tài nguyên có thể biến mất do nút cung cấp tài nguyên có thể ngắt kết nối
bất cứ lúc nào.
2.1.3. Phân loại mạng ngang hàng
Mạng ngang hàng lai ghép
Trong mô hình này, mỗi máy đều được nối với tất cả các máy khác trong mạng,
cách nối này mang đặc điểm của mô hình mạng ngang hàng thuần túy. Tuy nhiên, vẫn
có một máy đóng vai trò máy chủ trung tâm, máy chủ này có nhiệm vụ quản lý các
thông tin chỉ mục.
Hình 10. Hệ thống mạng ngang hàng lai ghép
Những nhược điểm của việc quản lý điều khiển tập trung vẫn tồn tại trong mô
hình mạng này. Nếu máy chủ trung tâm gặp lỗi thì các máy Peer không thể truy cập
15
đến thông tin chỉ mục ở trên máy chủ trung tâm nên không thể tìm kiếm thông tin
được. Đại diện cho mô hình mạng ngang hàng lai ghép là mạng ngang hàng Napster.
Mạng ngang hàng thuần tuý
Trong mạng ngang hàng thuần tuý thì vai trò của các máy trong mạng là ngang
nhau và trong mô hình mạng này thì đã loại bỏ sự tồn tại của các máy chủ tập trung.
Mạng ngang hàng thuần tuý được chia thành hai loại là mạng ngang hàng không có
cấu trúc và mạng ngang hàng có cấu trúc.
Mạng ngang hàng không cấu trúc: Trong mạng ngang hàng không cấu trúc thì
các liên kết giữa các nút trong mạng được thiết lập ngẫu nhiên không theo quy luật.
Những mạng như thế này dễ dàng được xây dựng vì một máy mới khi muốn tham gia
mạng có thể lấy các liên kết có sẵn của một máy khác đang ở trong mạng và sau đó
dần dần tự bản thân nó sẽ thêm vào các liên kết mới cho riêng mình. Khi một máy
muốn tìm một dữ liệu trong mạng ngang hàng không cấu trúc, yêu cầu tìm kiếm sẽ
được truyền trên cả mạng để tìm ra càng nhiều máy chia sẻ càng tốt. Đại diện cho mô
hình mạng này là mạng ngang hàng Gnutella.
2.2. Mạng ngang hàng có cấu trúc
2.1.1. Tổng quan về mạng ngang hàng có cấu trúc
Nhược điểm của mạng ngang hàng không có cấu trúc là không thể đảm bảo chắc
chắn sẽ tìm thấy một thông tin có tồn tại trên mạng ngang hàng do mạng này sử dụng
cơ chế tìm kiếm phát tràn tức là gửi thông điệp ra toàn mạng. Thông điệp tìm kiếm
theo kiểu phát tràn chỉ được chuyển tiếp một số lần rồi sẽ bị loại bỏ nên không thể đảm
bảo sẽ tìm thấy thông tin có tồn tại trên mạng. Cách tìm kiếm phát tràn khi tìm kiếm
các dữ liệu phổ biến được chia sẻ trên nhiều máy thì tỷ lệ thành công là khá cao nhưng
ngược lại nếu dữ liệu chỉ được chia sẻ trên một vài máy thì xác suất tìm thấy là nhỏ.
Tính chất này là hiển nhiên vì trong mạng ngang hàng không có cấu trúc, không có bất
kỳ mối liên hệ giữa một máy và dữ liệu nó quản lý trong mạng, do đó yêu cầu tìm
kiếm được chuyển một cách ngẫu nhiên đến một số máy trong mạng. Số lượng máy
trong mạng càng lớn thì khả năng tìm thấy thông tin càng nhỏ. Một nhược điểm khác
của hệ thống này là yêu cầu gửi đi không có định hướng nên một yêu cầu tìm kiếm
thường được chuyển cho một số lượng lớn các máy trong mạng, làm tiêu tốn một
lượng lớn băng thông của mạng và dẫn đến hiệu quả tìm kiếm chung của mạng thấp.
Mạng ngang hàng có cấu trúc đã khắc phục nhược điểm của mạng không cấu trúc
bằng cách sử dụng hệ thống bảng băm phân tán (DHT: Distributed Hash Table [6]).
16
Hệ thống này định nghĩa liên kết giữa các nút mạng trong mạng theo một thuật toán cụ
thể, đồng thời xác định chặt chẽ mỗi nút mạng sẽ chịu trách nhiệm đối với một phần
dữ liệu chia sẻ trong mạng. Với cấu trúc này, khi một máy cần tìm một dữ liệu, nó chỉ
cần áp dụng một giao thức chung để xác định nút mạng nào chịu trách nhiệm cho dữ
liệu đó và sau đó liên lạc trực tiếp đến nút mạng đó để lấy kết quả.
Trong mạng ngang hàng có cấu trúc, tài nguyên được phân bố một cách hợp lý
để không có một máy tính nào lưu giữ quá nhiều dữ liệu dẫn đến quá tải thông tin định
tuyến. Do mạng là có cấu trúc nên các thông điệp chuyển đi giữa các máy tính để duy
trì mạng ngang hàng được giảm xuống tối thiểu. Băng thông của mạng được dành
nhiều hơn cho việc chia sẻ tài nguyên.
Hình 11. Mạng ngang hàng có cấu trúc Chord dạng vòng tròn
Việc tìm kiếm thông tin trong mạng ngang hàng có cấu trúc cũng nhanh hơn
trong mạng ngang hàng không có cấu trúc. Nếu như trong mạng ngang hàng không có
cấu trúc các máy tính gửi thông điệp lan tràn để tìm kiếm thông tin thì trong mạng
ngang hàng có cấu trúc một máy tính chỉ cần gửi thông điệp tìm kiếm qua một số máy
tính là có thể tìm thấy được thông tin có tồn tại trên mạng.
Một số mạng ngang hàng có cấu trúc nổi tiếng bao gồm Chord, CAN, Kademlia,
Pastry và Tapestry.
17
DHT nhấn mạnh vào các thuộc tính sau:
+ Khả năng mở rộng: hệ thống vẫn có thể hoạt động hiệu quả với hàng nghìn
hoặc hàng triệu nút.
+ Khả năng chịu lỗi: hệ thống vẫn có thể làm việc ổn định ngay cả khi có các sự
kiện nút tham gia, rời bỏ mạng hay lỗi xảy ra.
+ Kỹ thuật khóa được sử dụng để đạt được mục đích là mỗi nút chỉ cần liên kết
với một số ít các nút khác trong hệ thống, thường là O(logn) với n là số nút tham gia.
Vì vậy sự thay đổi của một nút chỉ ảnh hưởng đến một phần nhỏ của hệ thống mạng.
+ Một số thiết kế bảng băm phân tán có tính bảo mật nhằm chống lại những
người tham gia có ác tâm và cho phép người tham gia giấu danh tính, mặc dù điều này
không phổ biến trong các hệ thống mạng ngang hàng chia sẻ tệp tin.
+ Cuối cùng, bảng băm phân tán phải giải quyết những vấn đề cơ bản của các hệ
thống phân tán đó là cân bằng tải, tính toàn vẹn dữ liệu và hiệu năng (cụ thể là đảm
bảo các hoạt động như định tuyến, lưu trữ, truy vấn phải được thực thi nhanh chóng).
2.2.2. Mạng ngang hàng có cấu trúc CHORD
Theo một đánh giá tổng hợp về các thuật toán định tuyến dựa trên bảng băm
phân tán trong các kiến trúc mạng khác nhau như hình tròn (với giao thức Chord), hình
cây, hình hộp (với giao thức CAN)…xét về tính linh hoạt trong việc định tuyến, khả
năng phục hồi trạng thái cũng như khả năng chịu lỗi, kiến trúc hình tròn đều được
đánh giá cao. Vì vậy, kiến trúc Chord thường được sử dụng như là mạng phủ để thực
hiện các cài đặt cải tiến việc tìm kiếm trên mạng ngang hàng có cấu trúc.
Mô hình mạng Chord:
Chord được mô tả dưới dạng một vòng tròn và không gian định danh phân bố
đều trên vòng tròn tăng dần theo chiều kim đồng hồ. Nếu gọi N là số bit định danh của
không gian khóa thì mạng Chord có thế chứa tối đa 2N nút. Mỗi nút trên Chord có một
định danh id và có khả năng duy trì liên kết hai chiều với các nút đứng liền trước và
liền sau nó theo chiều kim đồng hồ, tạo thành một mạch liên kết vòng. Nút liền trước
được gọi là Successor(id), và nút liền sau được gọi là Predecessor(id). Thêm vào đó,
mỗi nút sẽ lưu một bảng định tuyến gọi là Finger Table, cho phép nút đó định tuyến tới
các nút ở xa. Mỗi dòng trong bảng Finger Table sẽ lưu thông tin về một nút ở xa, gọi
là một entry. Không gian định danh của mạng sử dụng bao nhiêu bit thì Finger Table
có bấy nhiêu entry.
18
Hình 12. Mô hình mạng Chord
Hình trên minh hoạ cho một mạng Chord có 3 nút là 0, 1, 3 và các bảng Finger
Table ứng với mỗi nút, N = 3 bit nên Finger Table có 3 entry. Các trường trong mỗi
entry trong bảng Finger Table của nút n được định nghĩa trong bảng dưới:
Hình 13: Định nghĩa các trường trong bảng định tuyến của Chord
Trong đó các giá trị tại dòng i của bảng được coi như là finger thứ i của nút n.
Thông tin lưu trong bảng cũng bao gồm cả IP và Port của các nút tương ứng. Nút đầu
19
tiên trong bảng Finger Table của n chính là Successor của n, hay còn được gọi là
Immediate Successor.
Từ bảng Finger Table ở trên ta có thể thấy rằng:
+ Mỗi nút chỉ cần lưu trữ thông tin của một số nút nhất định trong bảng định
tuyến của mình.
+ Nút biết thông tin về các nút gần nó nhiều hơn là các nút ở xa.
+ Bằng cách định tuyến thông qua bảng Finger Table, một nút n có thể xác định
được vị trí của bất kỳ khóa nào trên mạng.
Ánh xạ khóa vào một nút trong Chord
Chord ánh xạ các khóa vào các nút, thường theo cặp (khoá, giá trị). Một giá trị có
thể là một địa chỉ, một văn bản, hoặc một mục dữ liệu. Chord có thể thực hiện chức
năng này bằng cách lưu các cặp (khoá, giá trị) ở các nút mà khoá được ánh xạ. Một nút
sẽ chịu trách nhiệm lưu giữ một khóa k nếu nút đó là nút có định danh id nhỏ nhất thỏa
mãn điều kiện id >= k. Một nút khi lưu giữ khóa k cũng sẽ được gọi là Successor của
k, ký hiệu là Successor(k).
Hình dưới minh hoạ việc lưu khoá trong mạng Chord: nút 0 lưu khoá 6, nút 1 lưu
khoá 1 và nút 3 lưu khoá 2.
Hình 14. Minh hoạ quy tắc lưu khoá trong mạng Chord
20
Tìm kiếm trong mạng Chord
Khi một nút n cần tìm kiếm một khóa có định danh id, nút n sẽ tìm nút chịu trách
nhiệm lưu giữ id đó. Nếu nút n ở xa so với vị trí của nút lưu giữ id, n có thể nhờ vào
thông tin trong bảng Finger Table để định tuyến đến các nút xa hơn, từ đó dần dần tìm
ra nút chịu trách nhiệm lưu giữ id.
Một ví dụ được chỉ ra trong hình 12, giả sử nút 3 muốn tìm successor của ID = 1
(hoặc còn có thể coi là khóa) . ID =1 thuộc khoảng [7, 3). Nút 3 kiểm tra entry thứ 3
trong bảng định tuyến của nó, là 0. Bởi vì 0 nằm ngay trước 1 trên vòng tròn, nút 3 sẽ
hỏi nút 0 để tìm successor của 1. Tiếp theo, nút 0 sẽ tìm trong bảng định tuyến của nó
và suy ra successor của 1 chính là nút 1, và trả lời nút 3 rằng nút 1 chính là successor
của khóa ID = 1.
Tham gia và ổn định mạng
Trong một mạng động thì các nút thường xuyên tham gia hay rời mạng nên để có
thể xác định được vị trí của các khóa lưu trong mạng Chord thì mạng này cần thỏa
mãn các điểm sau.
+ Mỗi successor của một nút phải được duy trì.
+ Với mỗi khóa k, nút successor(k) có trách nhiệm quản lý k.
Khi tham gia vào một mạng Chord, một nút n cần chọn cho nó một định danh id
và báo cho các nút bên cạnh biết sự tham gia của nó. Các nút Successor và Predecessor
sẽ cần phải cập nhật thông tin về nút mới tham gia vào mạng và nút n cũng sẽ khởi tạo
bảng định tuyến cho riêng mình. Để mạng vẫn định tuyến đúng sau khi có sự tham gia
của nút n thì các nút cần thường xuyên chạy thuật toán ổn định mạng để cập nhật
thông tin về các nút bên cạnh (hay nút láng giềng). Một số nút có lưu thông tin về n
trong bảng Finger Table thì cần cập nhật các entry liên quan trọng Finger Table. Cuối
cùng, nút Successor của n sẽ chuyển một phần khóa k mà bây giờ n là Successor(k)
cho n lưu giữ.
Khi một nút chuẩn bị rời khỏi mạng, nó cần thông báo cho các nút bên cạnh biết
để ổn định lại mạng. Nút đó cũng sẽ chuyển các khóa nó lưu giữ cho nút Successor của
mình.
21
2.3. Tìm kiếm thông tin trên mạng ngang hàng có cấu trúc
2.3.1. Tìm kiếm chính xác
Là phương pháp tìm kiếm thông tin theo định danh, định danh này có thể là băm
từ một từ khoá do người dùng nhập vào, từ tên tệp tin hoặc từ một phần nội dung của
tệp tin.
Phương pháp này chỉ có thể cho phép tìm kiếm chính xác thông tin người dùng
yêu cầu mà không thể tìm kiếm một thông tin có kết quả gần giống với yêu cầu của
người dùng. Ví dụ như khi người dùng muốn tìm một quyển sách “Mạng ngang hàng
có cấu trúc” nhưng người dùng chỉ nhập vào từ khoá “Mạng ngang hàng” thì thông tin
tìm thấy chỉ là những thông tin có nội dung là “Mạng ngang hàng” mà không thể tìm
thấy các thông tin như “Mạng ngang hàng không có cấu trúc, Mạng ngang hàng có cấu
trúc, mạng ngang hàng lai ghép...”. Phương pháp tìm kiếm này thường dùng kết hợp
với bảng băm phân tán. Khi được kết hợp với bảng băm phân tán thì phương pháp tìm
kiếm này có ưu điểm là giảm số thông báo yêu cầu tìm kiếm và các thông báo gửi đi
có định hướng.
Hiện nay, có rất nhiều mạng ngang hàng có cấu trúc đang sử dụng phương pháp
tìm kiếm này, tiêu biểu là các mạng ngang hàng có cấu trúc CAN, Chord, Pastry.
2.3.2. Tìm kiếm theo thuộc tính – giá trị
Phương pháp tìm kiếm này sẽ sử dụng các cặp thuộc tính – giá trị để tìm kiếm
thông tin. Các từ khoá mà người dùng hay sử dụng chủ yếu là các cặp thuộc tính – giá
trị ví dụ như “Trường = Đại Học Công Nghệ” là một cặp thuộc tính – giá trị, thuộc
tính là “Trường” và giá trị là “Đại Học Công Nghệ”. Theo thống kê thì một từ khoá
tìm kiếm mà người dùng sử dụng trung bình gồm có 2.53 từ và có tới 71.5% các truy
vấn tìm kiếm bao gồm hai hoặc nhiều hơn các từ khoá . Do từ khoá tìm kiếm thường là
cặp thuộc tính – giá trị nên tìm kiếm theo phương pháp này có thể tìm được hầu hết
các thông tin mà người dùng mong muốn.
Trong phương pháp này nội dung thông tin sẽ được biểu diễn thành một tập các
cặp thuộc tính – giá trị. Việc tìm kiếm thông tin cũng sẽ dựa trên các cặp cặp thuộc
tính – giá trị, trong yêu cầu tìm kiếm sẽ có chứa một tập các cặp thuộc tính – giá trị
cần truy vấn. Kết quả trả về sẽ chứa danh sách các bản ghi có các cặp thuộc tính – giá
trị thoả mãn truy vấn.
22
Việc phân bổ thông tin có thể dựa vào một trong số các cặp thuộc tính để phân bổ
hoặc với một thông tin có n cặp thuộc tính – giá trị có thể sẽ phải phân bổ thông tin
này ra n nút để khi tìm kiếm có thể tìm được thông tin đã phân bổ này.
Một số giải thuật tìm kiếm theo giá trị - thuộc tính tiêu biểu như: CDS [4]
(Content discovery System), INS/Twine [5]
2.3.3. Tìm kiếm theo khoảng
Là phương pháp tìm kiếm mà giá trị của một thuộc tính dao động trong một
khoảng nào đó. Ví dụ như tìm kiếm một thuộc tính “Quần Áo” có giá trị từ “100.000
đến 300.000 đồng” hoặc tìm kiếm trong một vùng địa lý, một khoảng thời gian.
Người dùng khi tìm kiếm thông tin thường không biết chính xác thông tin hoặc
chỉ biết một phần thông tin hoặc muốn tìm thông tin trong một giới hạn nào đó. Để có
thể cung cấp thông tin cho người dùng dù người dùng chỉ biết một phần thông tin hoặc
muốn tìm thông tin trong một giới hạn thì phương pháp tìm kiếm theo khoảng được sử
dụng.
Tìm kiếm theo khoảng trên các hệ thống tập trung rất đơn giản chỉ cần duyệt tất
cả các bản ghi theo chỉ mục để lấy ra các bản ghi thoả mãn thuộc tính có giá trị theo
khoảng yêu cầu. Tuy nhiên để tìm kiếm theo khoảng trên mạng ngang hàng có cấu trúc
là khó vì mạng ngang hàng có cấu trúc chỉ hỗ trợ tìm kiếm chính xác. Tức là chỉ có
những thông tin như “Giá = 100.000 đồng” thì mới có thể tìm được trên mạng ngang
hàng có cấu trúc mà không thể tìm được các thông tin như “Giá < 100.000 đồng và
Giá > 10.000 đồng”.
Để có thể tìm kiếm theo khoảng trên mạng ngang hàng có cấu trúc thì chúng ta
có một số ý tưởng để thực hiện việc đó:
- Ý tưởng để có thể tìm kiếm theo khoảng trên mạng ngang hàng có cấu trúc đó
là dùng một phép biến đổi từ tìm kiếm theo khoảng thành tìm kiếm chính xác. Phép
chuyển đổi này có thể được thực hiện bằng cách biểu diễn thông tin sao cho dữ liệu
trong một khoảng nào đó được chuyển thành dữ liệu tại một điểm hoặc với những dữ
liệu gần giống nhau thì được chèn vào mạng ngang hàng tại các vị trí gần nhau về mặt
tô pô của mạng (như các dữ liệu gần giống nhau có thể lưu ở hai nút là hàng xóm của
nhau).
- Ta có thể coi một khoảng là một giá trị nào đó khi chèn thông tin vào mạng
ngang hàng có cấu trúc như “Bất kỳ giá cả của mặt hàng nào có giá từ 100.000 đồng
đến 200.000 đồng” thì ta coi như là nó có giá trị 100.000 đồng. Sau đó băm chuỗi “Giá
23
= 100.000 đồng” để lấy định danh và chèn vào mạng ngang hàng có cấu trúc, trong
bản ghi được chèn thì vẫn có chứa thông tin về giá cả thực của mặt hàng. Khi tìm kiếm
một mặt hàng từ khoảng 120.000 đến 180.000 đồng thì ta chỉ việc băm chuỗi “Giá =
100.000 đồng” để lấy định danh và tìm xem nút nào quản lý định danh này. Khi đã biết
được nút nào quản lý định danh này thì ta sẽ truy vấn đến đó và tìm kiếm, nút chứa
định danh khi nhận yêu cầu tìm kiếm sẽ duyệt trong cơ sở dữ liệu (lúc này việc tìm
kiếm là cục bộ nên có thể dễ dàng lọc thông tin theo khoảng) để tìm các bản ghi thoả
mãn và trả về cho máy yêu cầu.
Nếu dữ liệu gần tường đồng nhau mà được chèn một vùng gần nhau về mặt tô pô
của mạng ngang hàng có cấu trúc thì các truy vấn tìm kiếm theo khoảng có thể truy
vấn quanh vùng đó để lấy được thông tin cần tìm.
2.4. Kết luận
Trong chương này chúng ta đã giới thiệu tổng quan về mạng ngang hàng, các ưu
nhược điểm của mạng ngang hàng và phân loại mạng ngang hàng.
Mang ngang hàng được chia thành hai loại là mạng ngang hàng lai ghép và mạng
ngang hàng thuần tuý.
Đại diện cho mô hình mạng ngang hàng lai ghép là mạng ngang hàng Napster,
đặc điểm của mô hình mạng này là có một máy chủ trung tâm quản lý chỉ mục và đây
cũng chính là nhược điểm của mô hình này. Khi máy chủ trung tâm bị lỗi thì mạng
ngang hàng lai ghép sẽ không thể tìm kiếm được thông tin do không thể truy cập đến
thông tin chỉ mục do máy chủ quản lý.
Mạng ngang hàng thuần tuý được chia thành hai loại là mạng ngang hàng có cấu
trúc và mạng ngang hàng không có cấu trúc. Mạng ngang hàng Gnutella là đại diện
cho mạng ngang hàng không có cấu trúc và nhược điểm của mô hình mạng này là
không đảm bảo chắc chắn tìm kiếm được dữ liệu có tồn tại trên mạng do sử dụng cơ
chế tìm kiếm phát tràn thông điệp. Do mạng ngang hàng không có cấu trúc sử dụng cơ
chế tìm kiếm phát tràn nên làm tốn băng thông mạng đồng thời giảm hiệu quả tìm
kiếm.
Mạng ngang hàng có cấu trúc đã khắc phục được những nhược điểm của mạng
ngang hàng không có cấu trúc. Các nút trong mạng ngang hàng có cấu trúc được liên
kết với nhau theo một quy luật, mỗi nút sẽ quản lý một phần dữ liệu chia sẻ trên mạng
và các dữ liệu chia sẻ này sẽ có mối liên hệ với nút quản lý. Ở trong mô hình mạng
24
Tải về để xem bản đầy đủ
51 trang
10/05/2025
80
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Xây dựng ứng dụng tìm kiếm thông tin theo vị trí trên mạng ngang hàng có cấu trúc", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- khoa_luan_xay_dung_ung_dung_tim_kiem_thong_tin_theo_vi_tri_t.pdf
