Thu thập và phân tích dữ liệu cho hệ thống tàu thuyền trên biển

- LÊ QUANG HUY HỌ VÀ TÊN: LÊ QUANG HUY THU THẬP VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU CHO HỆ THỐNG TÀU THUYỀN TRÊN BIỂN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐTVT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG KHOÁ 2009 2010 Hà Nội – Năm 2010 MẪU TRANG PHỤ BÌA LUẬN VĂN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- LÊ QUANG HUY THU THẬP VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU CHO HỆ THỐNG TÀU THUYỀN TRÊN BIỂN Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : 1.
- TS LÂM HỒNG THẠCH Hà Nội – Năm 2010 Lời cam đoan Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân.
- Tác giả luận văn Lê Quang Huy Mục lục Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 3MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS .
- Cấu trúc tín hiệu GPS .
- Nguồn lỗi của tín hiệu GPS .
- Tính toán vị trí .
- Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS .
- Kiến trúc hệ thống GPRS chung .
- Địa chỉ IP CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .
- Mô hình hệ thống Thiết bị đầu cuối trên đối tượng Trung tâm giám sát điều khiển Mục lục Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 43.1.3 Vấn đề bảo mật của hệ thống .
- Sơ đồ khối .
- Thiết kế hệ thống phần mềm Phần mềm Server .
- Các chức năng chính của phần mềm Phần lập trình socket thread nhận dữ liệu gửi về từ module SIM Xử lý chuỗi thông tin gửi về Thiết kế cơ sở dữ liệu và sơ đồ quan hệ Xử lý tín hiệu và hiển thị vị trí trên Web Portal .
- Thiết kế hệ thống Web Portal Tổng quan về mô hình MVC Cấu trúc Web Portal Một số kết quả giao diện trang web KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 5DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 1,2,3.
- 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba A APN Access Point Name Điểm truy cập ASP Active Server Pages Ngôn ngữ Asp.Net AT AT Command Tập lệnh AT B BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C CLR Common Language Runtime Ngôn ngữ lệnh thời gian chạy CLS Common Language Specification Đặc tả ngôn ngữ chung CTS Common Type System Hệ thống kiểu chung D DALC Data Access Logic Components Thành phần truy cập dữ liệu DNS Domain Name System Hệ thống tên miền F FPT File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin FCL Framework Class Library Thư viện lớp của .Net G GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GTP GPRS Tunneling Protocol Giao thức đường hầm GPRS DGPS Differential GPS GPS Vi sai GNSS Global Navigation Satellite System Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GSV GNSS satellites in view Thông tin các vệ tinh của Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 6GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn Communication cầu thế hệ thứ 2 SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ GGSN Gateway GPRS Support Node Nút mạng hỗ trợ cổng GPRS GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu H HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản HLR Home Location Register Bộ đăng ký định vị thường trú I IMSI International Mobile Subscriber Số nhận dạng MS Identity IDL Interface Definition Language Tệp định nghĩa giao diện ngôn ngữ L LAN Local Area Network Mạng máy tính cục bộ LSN Log Sequence Number Số trình tự tốc độ LAI Location Area ID Số hiệu nhận dạng vùng định vị LPC Linear Predictive Coding Mã dự đoán tuyến tính M MMS Multimedia messaging service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện MSISDN Mobile Station ISDN Code Mã số thuê bao ISDN MS Mobile Station Trạm di động ME Mobile Equipment Thiết bị di động N NSS Network Switching SubSystem Phân hệ chuyển mạch NMEA National Marine Electronics Hiệp hội điện tử hàng hải quốc Association gia Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 7O OMS Operation and Maintenance Phân hệ vận hành và bảo SubSystem dưỡng P PTP Point to Point Điểm nối điểm PCU Packet Control Unit Đơn vị điều khiển gói tin PTT Push to Talk Dịch vụ đàm thoại R RSS Radio SubSystem Phân hệ vô tuyến S SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn SMS SIM Subcriber Indentity Module Module nhận dạng thuê bao T TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity Số nhận dạng thuê bao tạm thời TRAU Transcoding And Rate Adaption Unit Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ TDM Time Division Multiplexing Công nghệ phân chia theo thời gian U URL Uniform Resource Locator Địa chỉ tài nguyên UHF Ultra High Frequency Tần số siêu cao V VTG Course over ground and ground Quá trình và tốc độ trên mặt speed đất W WWW World Wide Web Mạng lưới toàn cầu WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không giây WAAS Wide Area Augmentation System Hệ Tăng Vùng Rộng Danh mục các bảng Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 8DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Bảng số nhận dạng IMSI và MSISDN của một số nhà cung cấp mạng di động tại VN Bảng 4.1: Ví dụ về cấu trúc một tin nhắn SMS Danh mục các hình vẽ, đồ thị Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 9DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tổng quan hệ thống vệ tinh GPS Hình 1.2 Các thành phần của hệ thống GPS Hình 1.3 Tín hiệu tương tự và tín hiệu số.
- 16 Hình 1.4 Tính toán vị trí trong hệ thống GPS.
- 19 Hình 2.1 Cấu trúc tế bào trong mạng GSM.
- 24 Hình 2.2 Kiến trúc mạng GSM Hình 2.3 Trạm di động MS Hình 2.4 Các phân hệ của mạng GSM Hình 2.5 Phân hệ chuyển mạch NSS.
- 29 Hình 2.6 Kiến trúc chung của hệ thống GPRS.
- 32 Hình 2.7 Cấp phát địa chỉ IP tĩnh trong GPRS Hình 2.8 Cấp phát địa chỉ IP động trong GPRS Hình 3.1 Mô hình tổng quát hệ thống Hình 3.2 Mô hình NAT của hệ thống Server Hình 3.3 Các thành phần chức năng hệ thống Hình 3.4 Các trang web nhúng bản đồ Hình 4.1- Sơ đồ khối phần cứng Hình 4.2 Hình ảnh thực tế của vi điều khiển ATMEGA128.
- 45 Hình 4.3 Các thành phần của ATMEGA Hình 4.4.
- Sơ đồ mạch thiết kề mạch Hình 4.10.
- Sơ đồ mạch thiết kề mạch Hình 4.11.
- Sơ đồ mạch thiết kề mạch Hình 4.12 Khởi tạo cấu hình mặc định cho module Danh mục các hình vẽ, đồ thị Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 10Hình 4.13.
- Truyền nhận thông báo về tình trạng GPRS Hình 4.14.
- Thiết lập các kết nối Hình 4.15.
- Hủy kết nối Hình 4.17.
- 65 Hình 4.18.
- Phần mềm server kết nối với module Hình 5.1 Mô hình kết nối phần mềm Hình 5.2 Giao diện người dùng (Phần TCP connect Hình 5.3 Giao diện người dùng (Phần cơ sở dữ liệu Hình 5.4 Sơ đồ quan hệ cơ sở dữ liệu SQL Server Hình 5.5 Mô hình ứng dụng MVC Hình 5.5 Cách sắp xếp Layer trong ASP sử dụng MVC Hình 5.4 Tương tác của các Layer MVC với nhau.
- 75 Hình 5.5 Cấu trúc trang Web Portal khi người đăng nhập là khách hàng Hình 5.6 Cấu trúc trang Web Portal khi người đăng nhập là quản trị Hình 5.7 UseCases mô tả cấu trúc tổng quan web portal.
- 78 Hình 5.8 Cấu trúc trang Web Portal khi người đăng nhập là khách hàng Hình 5.9 UseCases mô tả quyền Admin.
- 79 Hình 5.10 UseCases mô tả quyền quản trị user của Admin.
- 79 Hình 5.11 UseCases mô tả quyền quản trị thiết bị tàu thuyền của Admin.
- 80 Hình 5.11 Trang đăng nhập khách hàng Hình 5.12 Trang thông tin tài khoản khách hàng Hình 5.13 Trang danh sách khách hàng.
- 81 Hình 5.14 Chức năng hiển thị vị trí phương tiện trên bản đồ Hình 5.15 Chức năng hiển thị đường đi của phương tiện Hình 5.16 Chức năng tìm đường đi của phương tiện Chương 1: Hệ thống định vị toàn cầu GPS Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 11PHẦN MỞ ĐẦU Hiện nay, các hệ thống định vị đã trở thành một khái niệm hết sức quen thuộc đối với nhận thức của xã hội.
- Những ứng dụng của các hệ thống này hết sức rộng rãi và phổ biến.
- Việc truyền tải thông tin trong thời đại hiện nay tương đối là dễ dàng.
- Các dịch vụ thông tin di động phát triển khá ổn định và vùng phủ sóng rộng rãi làm cho việc liên lạc và trao đổi thông tin khá dễ dàng.
- Một ý tưởng được đề xuất là xây dựng một hệ thống quản lý và giám sát các thiết bị GPS qua một giao diện Web thống nhất.
- Đối với các nhà cung cấp dịch vụ thì có thể tích hợp được những dịch vụ như trên vào hệ thống Web Portal có sẵn của mình.
- Chính vì vậy em đã chọn đồ án “Thu thập và phân tích dữ liệu cho hệ thống định vị của tàu thuyền trên biển” Trong đồ án này tác giả ngoài việc xây dựng hệ thống đầu cuối và phần mềm để xác định tín hiệu GPS thì phần nhiệm vụ chính của đồ án là thực hiện xây dựng một hệ thống web với những tiện ích đi cùng với việc cung cấp hệ thống dịch vụ quản lý cho các tàu thuyền trên biển và các phương tiện khác.
- Do điều kiện hạn chế nên tác giả chi thực hiện xây dựng hệ thống thử nghiệm cho các phương tiện giao thông truyền dữ liệu qua GPRS.
- Chương 1: Hệ thống định vị toàn cầu GPS.
- Chương 2: Giới thiệu về công nghệ GSM và dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS.
- Chương 3: Thiết kế hệ thống.
- Chương 1: Hệ thống định vị toàn cầu GPS Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 12CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 1.1.
- Tổng quan về GPS Trên danh nghĩa, GPS là một chòm sao gồm 24 vệ tinh đang hoạt động.
- Để đảm bảo sự bao phủ liên tục trên toàn thế giới, các vệ tinh GPS được bố trí để cho bốn vệ tinh được đặt trong mỗi một sáu quỹ đạo bay (Hình 1.1).
- Với chòm sao hình học này, 4-10 vệ tinh GPS sẽ được hiển thị ở bất cứ đâu trên thế giới, nếu một góc có cao độ 10 ° được xem xét.
- Sau này chúng ta sẽ biết rõ hơn là chỉ cần có bốn vệ tinh là đủ để cung cấp thông tin về vị trí hoặc địa điểm.
- Vệ tinh GPS có quỹ đạo gần tròn (một hình elip với tâm sai tối đa là khoảng 0,01), với độ nghiêng khoảng 55 ° so với xích đạo.
- Bán trục lớn của một quỹ đạo GPS dài khoảng 26.560 km (tức là các vệ tinh cách mặt đất khoảng 20.200 km).
- Hệ thống GPS đã chính thức được tuyên bố đã đạt được khả năng hoạt động đầy đủ vào ngày 17 tháng Bảy năm 1995, đảm bảo sự sẵn có của ít nhất 24 vệ tinh GPS hoạt động không qua thử nghiệm.
- Trong thực tế, như được trình bày tại mục 1.4, kể từ khi GPS đạt được khả năng hoạt động đầy đủ của nó, số lượng vệ tinh trong chòm sao GPS luôn là hơn 24 vệ tinh hoạt động.
- Hình 1.1 Tổng quan hệ thống vệ tinh GPS Chương 1: Hệ thống định vị toàn cầu GPS Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 131.2.
- Các thành phần chính của GPS Hệ thống định vị toàn cầu bao gồm 3 bộ phận: bộ phận người sử dụng, bộ phận không gian và bộ phận điều khiển (Hình 1.2).
- Bộ phận không gian gồm một chòm sao có 24 vệ tinh như đã giới thiệu ở mục trước.
- Mỗi vệ tinh GPS truyền một tín hiệu có chứa các thành phần sau: hai sóng hình sin (thường được hiểu là tần số mang), hai mã số, và một tín hiệu dẫn đường.
- Mã và tín hiệu dẫn đường được thêm vào bộ phận tải như sự điều biến hai giai đoạn nhị phân.
- Bộ phận tải và những mã này được dùng chủ yếu để xác định khoảng cách từ máy thu của người sử dụng đến các vệ tinh GPS.
- Hình 1.2 Các thành phần của hệ thống GPS Cùng với những thông tin khác, tín hiệu dẫn đường còn chứa cả thông tin về tọa độ (vị trí) của vệ tinh theo thời gian.
- Tín hiệu truyền đi được kiểm soát bởi những đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cao được cài trong các vệ tinh.
- Bộ phận điều khiển của hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm một mạng lưới các trạm theo dõi hoạt động của vệ tinh rộng khắp với 1 trạm kiểm soát trung tâm (MCS) được đặt ở Colorado Springs, Colorado Mỹ.
- Nhiệm vụ chính của bộ phận điều khiển hoạt động là theo dõi các vệ tinh GPS để xác định và dự đoán vị trí vệ tinh, tính nguyên hệ thống, trạng thái của các đồng hồ nguyên tử vệ tinh, các dữ liệu Chương 1: Hệ thống định vị toàn cầu GPS Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 14về khí quyển, niên giám vệ tinh và các vấn đề khác.
- Thông tin này sau đó được tập hợp lại và được tải lên các vệ tinh GPS qua kết nối dải S.
- Với một máy thu GPS được kết nối với ăng-ten GPS, một người sử dụng có thể nhận được tín hiệu GPS cái được dùng để xác định vị trí của người đó ở bất cứ nơi nào trên Trái Đất.
- Nguyên lý hoạt động Các vệ tinh GPS bay vòng quanh trái đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống trái đất.
- Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng.
- Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng.
- Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa.
- Máy thu GPS phải khoá được với tín hiệu của ít nhất ba quả vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (2D, kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động.
- Với bốn hay nhiều hơn số quả vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (3D, kinh độ, vĩ độ và độ cao).
- Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian mặt trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.
- Cấu trúc tín hiệu GPS Mỗi vệ tinh GPS truyền một tín hiệu sóng vô tuyến cực ngắn gồm có hai tần số mang (hay chính là sóng sin) được điều chỉnh bởi hai mã số và một tín hiệu định vị (xem hình 2,1).
- Tất cả các vệ tinh GPS truyền tần số sóng mạng L1 Chương 1: Hệ thống định vị toàn cầu GPS Lê Quang Huy Lớp: Cao học ĐTVT-01 15và L2 giống nhau.
- Tuy nhiên, mỗi vệ tinh lại có các mã điều biến khác nhau để giảm thiểu đáng kể sự nhiễu tín hiệu.
- Các mã được thường được gọi là mã PRN vì chúng trông giống các tín hiệu ngẫu nhiên (tức là, chúng có tiếng ồn giống như các tín hiệu).
- Mỗi vệ tinh được chỉ định một mã C / A duy nhất, cho phép các máy thu GPS xác định vệ tinh nào đang truyền một mã số riêng.
- Trong số này, 32 phân đoạn được gán cho các vệ tinh GPS khác nhau.
- Nghĩa là, mỗi vệ tinh truyền duy nhất 1 phân đoạn 1 tuần của mã P, được khởi tạo vào nửa đêm các ngày thứ Bảy, Chủ Nhật.
- Điều đáng nói ở đây là một vệ tinh GPS thường được xác định bởi phân đoạn 1 tuần duy nhất của mã P của nó.
- Ví dụ, một vệ tinh GPS với một ID của PRN 20 dùng để chỉ một vệ tinh GPS được giao tuần phân khúc thứ 20 của PRN mã P

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt