Luận văn thạc sĩ về ứng dụng mạng xã hội trong khắc phục thảm họa

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu máy tính mạng xã hội hỗ trợ khắc phục thảm họa, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Duy Tài
• Người hướng dẫn: TS. Trần Minh Quang
• Trường học: Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Mạng xã hội hỗ trợ khắc phục thảm họa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về đề tài

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc ứng dụng mạng xã hội trong việc khắc phục thảm họa. Thảm họa có thể gây ra thiệt hại lớn về người và tài sản, và việc khôi phục hạ tầng viễn thông thường gặp nhiều khó khăn. Do đó, việc thiết lập một phương thức kết nối nhanh chóng cho nạn nhân là rất cần thiết. Luận văn đề xuất một mô hình mạng xã hội đơn giản, cho phép nạn nhân dễ dàng chia sẻ thông điệp và yêu cầu cứu trợ. Mạng xã hội này sẽ hoạt động trên nền tảng Mobile Ad Hoc Network (MANET), cho phép các thiết bị di động kết nối với nhau mà không cần hạ tầng viễn thông truyền thống. Mục tiêu chính là tạo ra một giải pháp khắc phục hiệu quả, giúp nạn nhân có thể giao tiếp và nhận hỗ trợ kịp thời.

1.1. Tầm quan trọng của việc khắc phục thảm họa

Việc khắc phục thảm họa không chỉ là trách nhiệm của chính quyền mà còn cần sự tham gia của cộng đồng. Mạng xã hội có thể đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối nạn nhân với các tổ chức cứu hộ và những người xung quanh. Thông qua việc sử dụng các thiết bị di động, nạn nhân có thể nhanh chóng gửi thông điệp cầu cứu, từ đó tăng cường khả năng nhận diện và hỗ trợ kịp thời. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu thiệt hại mà còn tạo ra một mạng lưới hỗ trợ mạnh mẽ trong những tình huống khẩn cấp.

II. Tổng quan về mạng xã hội ngang hàng

Mạng xã hội ngang hàng (P2P) đã trở thành một xu hướng mới trong việc chia sẻ thông tin. Các nghiên cứu như PeerSON và STARs đã chỉ ra rằng mô hình này có thể hoạt động hiệu quả trong các tình huống khẩn cấp. Mạng xã hội ngang hàng cho phép người dùng tự quản lý dữ liệu của mình mà không cần phụ thuộc vào một máy chủ trung tâm. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh thảm họa, khi mà hạ tầng viễn thông có thể bị phá hủy. Mô hình này không chỉ giúp bảo vệ quyền riêng tư mà còn đảm bảo tính khả dụng của thông tin. Luận văn đề xuất một mô hình Simple Peer to Peer Social Network (SP2PSN), nhằm đơn giản hóa quá trình kết nối và tương tác giữa các nạn nhân trong khu vực thảm họa.

2.1. Các mô hình mạng xã hội hiện tại

Các mô hình mạng xã hội hiện tại như Facebook hay Twitter không thể hoạt động hiệu quả trong tình huống thảm họa do yêu cầu kết nối Internet. Các nghiên cứu như PeerSON đã chuyển đổi từ mô hình client-server sang mô hình P2P, cho phép người dùng kiểm soát dữ liệu của mình. Điều này giúp tăng cường tính riêng tư và khả năng truy cập thông tin trong các tình huống khẩn cấp. Mô hình SP2PSN được đề xuất trong luận văn này nhằm khắc phục những hạn chế của các mô hình hiện tại, đồng thời cung cấp một giải pháp linh hoạt và hiệu quả cho việc khắc phục thảm họa.

III. Xây dựng mạng MANET phục vụ khắc phục thảm họa

Mạng MANET là một giải pháp tiềm năng cho việc khắc phục thảm họa, cho phép các thiết bị di động kết nối với nhau mà không cần hạ tầng viễn thông. Các nghiên cứu như DRANs và NodeJoints đã chỉ ra rằng việc thiết lập mạng MANET có thể giúp cải thiện khả năng giao tiếp trong các tình huống khẩn cấp. Luận văn này đề xuất một phương pháp xây dựng mạng MANET bằng cách sử dụng beacon để định tuyến thông tin giữa các node. Điều này không chỉ giúp tăng cường khả năng kết nối mà còn giảm thiểu thời gian thiết lập mạng. Mô hình này có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường có nhiều node, từ đó tạo ra một mạng lưới hỗ trợ mạnh mẽ cho nạn nhân.

3.1. Các phương pháp xây dựng mạng MANET

Có nhiều phương pháp khác nhau để xây dựng mạng MANET trong tình huống thảm họa. Một số nghiên cứu đã sử dụng thiết bị định tuyến không dây để tạo kết nối nhanh chóng. Tuy nhiên, những phương pháp này thường yêu cầu thiết bị đặc thù và không phải lúc nào cũng sẵn có. Luận văn này đề xuất sử dụng beacon để định tuyến thông tin, giúp giảm thiểu độ phức tạp trong việc thiết lập mạng. Phương pháp này cho phép các node tự động kết nối và duy trì đường truyền, từ đó đảm bảo thông tin được truyền tải một cách hiệu quả trong các tình huống khẩn cấp.

IV. Mô phỏng và đánh giá SP2PSN

Mô phỏng là một phần quan trọng trong việc đánh giá tính khả thi của mô hình SP2PSN. Luận văn sử dụng phần mềm NS3 để mô phỏng hoạt động của mạng xã hội ngang hàng trong các tình huống thảm họa. Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường có 250 node, cho phép nạn nhân chia sẻ thông điệp và yêu cầu cứu trợ một cách nhanh chóng. Việc đánh giá này không chỉ giúp khẳng định tính khả thi của mô hình mà còn cung cấp cơ sở để phát triển các ứng dụng thực tiễn trong tương lai.

4.1. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng mô hình SP2PSN có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường có nhiều node. Tính khả thi của mô hình được đánh giá dựa trên các chỉ số như tỷ lệ mất gói tin và thời gian truyền tải thông tin. Những kết quả này cho thấy rằng SP2PSN có thể cung cấp một giải pháp hiệu quả cho việc khắc phục thảm họa, giúp nạn nhân có thể giao tiếp và nhận hỗ trợ kịp thời. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các ứng dụng thực tiễn nhằm hỗ trợ cứu hộ trong các tình huống khẩn cấp.

V. Kết luận và định hướng nghiên cứu

Luận văn đã trình bày một mô hình mạng xã hội đơn giản hỗ trợ khắc phục thảm họa thông qua việc sử dụng MANET. Mô hình này không chỉ giúp nạn nhân kết nối và chia sẻ thông điệp mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực này. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện tính khả dụng và bảo mật của mô hình, cũng như phát triển các ứng dụng thực tiễn để hỗ trợ cứu hộ trong các tình huống khẩn cấp. Việc áp dụng công nghệ mới vào việc khắc phục thảm họa sẽ góp phần nâng cao hiệu quả cứu hộ và giảm thiểu thiệt hại cho cộng đồng.

5.1. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Định hướng nghiên cứu trong tương lai có thể bao gồm việc phát triển các ứng dụng di động hỗ trợ mô hình SP2PSN, nhằm tăng cường khả năng kết nối và giao tiếp giữa các nạn nhân. Ngoài ra, việc nghiên cứu các phương pháp bảo mật cho mạng xã hội ngang hàng cũng là một vấn đề quan trọng cần được giải quyết. Những nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện tính khả dụng của mô hình mà còn đảm bảo an toàn cho thông tin của người dùng trong các tình huống khẩn cấp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở Đầu 1.1 Mục tiêu Thảm hoạ xảy ra trong bất kỳ tình huống nào đều có khả năng gây thiệt hại về mạng người, phá hoạt cơ sở vật chất hạ tầng. Đây là điều không thể tránh khỏi, tuy nhiên, chúng ta có thể giảm thiểu tối đa hậu quả bằng cách chuẩn bị tốt những biện pháp khắc phục hậu quả. Một biện pháp quan trọng trong đó là nhanh chóng cung cấp phương thức kết nối đến những nạn nhân trong khu vực thảm hoạ giúp họ lan truyền thông điệp, gửi yêu cầu giúp đỡ tới nhân viên cứu hộ, gia đình. Thảm hoạ rất nhanh chóng phá huỷ hạ tầng viễn thông gây cô lập nạn nhân làm cho tình huống trở nên vô cùng nghiêm trọng với nhiều khó khăn cho cứu trợ khẩn cấp.

Trong khi đó, khắc phục hạ tầng viễn thông yêu cầu rất nhiều thời gian, tiền bạc và sức người. Những điều này không phải lúc nào cũng sẵn sàng. Tuy nhiên, hầu hết nạn nhân đều có thiết bị di động như laptop, điện thoại. Họ có thể sử dụng những thiết bị này để tạo kết nối không dây đến những người hàng xóm nằm trong khu vực phủ sóng, cùng lúc đó những người hàng xóm này có thể mở kết nối đến nhiều người khác.

Kết quả cuối cùng là hình thành một mạng MANET cho chép nạn nhân có nhiều cơ hội hơn để chia sẻ thông điệp. Một khó khăn khi thiết lập kết nối MANET như bên trên là những người dùng thông thường không thể thiết lập kết nối một cách thủ công vì họ không biết nhiều về kỹ thuật. Họ cần một ứng dụng đơn giản mà khi ứng dụng này được bật lên nó sẽ tự động tạo kết nối và định danh trong mạng, nhiệm vụ của người dùng chỉ là đưa ra những thông điệp. Chính vì vậy mục tiêu của luận văn là giải quyết bài bài toán "xây dựng mạng xã hội đơn giản trong khu vực thiên tai".

Mạng xã hội này phải có những chức năng cơ bản sau: định danh người dùng trên mạng, định danh mối quan hệ của các thành viên trong mạng, hỗ trợ broadcast (gửi gói tin ra toàn mạng), multicast (gửi gói tin đến một nhóm thiết bị) và unicast (gửi gói tin đến một thiết bị). Định danh người dùng giúp trả lời câu hỏi: họ là ai? định danh mối quan hệ nhằm trả lời câu hỏi: họ có liên quan gì tới tôi?. Trả lời thành công được hai câu hỏi trên có nghĩa đã tham gia vào mạng và hoàn toàn được nhận diện trên mạng. Broadcast nhằm truyền đi thông điệp đến nhiều node nhất có thể, multicast nhằm thực hiện truyền thông điệp 1 1.

PHẠM VI NGHIÊN CỨU giữa một nhóm người định trước, unicast nhằm tạo kết nối một một giữa những người dùng với nhau. Mạng xã hội này chỉ dừng ở mức độ đơn giản vì rất khó để có thể xây dựng được mạng xã hội hoàn hảo khi có những ràng buộc sau: – Không có máy chủ tập trung để lưu dữ liệu. Điều này có nghĩa là tất cả dữ liệu sẽ được lưu rải rác ở một vài node, hoặc mỗi cá nhân sẽ làm chủ dữ liệu của mình và cung cấp quyền truy xuất cho những người khác nếu họ muốn. Kết quả, dẫn đến rất nhiều bài toán khó khăn tiếp theo như xây dựng những dịch vụ tìm kiềm phân tán, lưu dữ liệu tối ưu, bảo mật dữ liệu trên mạng phân tán, v.

– Các node trên mạng không phải lúc nào cũng sẵn sàng để lưu, chuyển tiếp dữ liệu. Những node này có thể ra vào kết nối liên tục, thậm chí tồn tại những điều kiện khắc nghiệt hơn: không có đường đi trực tiếp giữa điểm nguồn và điểm đích. Chính vì vậy, làm sao đảm bảo được chất lượng dịch vụ trên mạng là một điều dường như không thể. Với hai ràng buộc lớn trên thì xây dựng một mạng xã hội ngang hàng đơn giản (Simple Peer to Peer Social Network - SP2PSN) là một giải pháp tốt nhất để tăng cường tương tác giữa các nạn nhân trong khu vực thảm hoạ.

Để thiết lập được SP2PSN thì bước đầu tiên là phải xây dựng kết nối MANET vật lý. Sau đó, P2PSNDR tận dụng những kết nối này để xây dựng logic của chính mình. Tuy nhiên, những thiết bị di động thông thường không hỗ trợ mạng MANET chính vì vậy mục tiêu tiếp theo để hỗ trợ cho mục tiêu chính là "xây dựng mạng MANET cho thiết bị di động". Mục tiêu này bao gồm hai mục tiêu nhỏ là xây dựng kết nối vật lý và thực hiện định tuyến.

Trong đó, xây dựng kết nối vật lý là tạo kết nối giữa những node nằm gấn nhau. Thực hiện định tuyến là tìm đường đi và duy trì đường đi từ điểm nguồn đến điểm đích. Tóm lại, Mục tiêu của đề tài là xây dựng mạng xã hội đơn giản trong khu vực thảm hoạ nhằm cung cấp kết nối nhanh nhất đến nạn nhân giúp gia tăng cơ hội chia sẽ những thông điệp phục vụ cho quá trình cứu hộ.2 Phạm vi nghiên cứu Dựa vào những mục tiêu đã trình bày ở phần trên, phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào hai chủ đề chính: mạng xã hội ngang hàng và định tuyến trong mạng MANET. Mạng xã hội ngang hàng có đặc tính là dữ liệu của mạng sẽ được lưu trữ rải rác trên một số node định sẵn hoặc mỗi node lưu và bảo vệ dữ liệu của chính mình.

Mạng hướng đến mục tiêu là các node sẽ tự động giao tiếp để hình thành mạng, các node trong mạng đều có vai trò ngang hàng với nhau. Trong khi đó định tuyến trong mạng MANET là cách thức để tìm đường, duy trì đường từ điểm nguồn đến điểm đích đảm bảo được chất lượng của đường truyền. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Về mặt thực tiễn luận văn đóng góp một lựa cho việc triển khai cứu hộ, khắc phục hậu quả trong khu vực thảm hoạ. Đồng thời, cung cấp cho những nạn nhân trong khu vực thảm hoạ một cách thức giao tiếp mới làm tăng cơ hội được cứu trợ của mỗi cá nhân.

Về khía cạnh khoa học, luận văn đề xuất những thuộc tính của mạng xã hội ngang hàng đơn giản hỗ trợ khắc phục thảm hoạ. Trong quá trình thực hiện đề tài, luận văn cũng đã nêu ra một phương pháp tạo kết nối MANET trong thảm hoạ bằng cách chuyển beacon qua nhiều hop. Đồng thời, đề nghị kiến trúc vật lý tổng quát của các node trong khu vực thảm hoạ và có tình mở rộng cao. 3 Chương 2 Tổng Quan Về Mạng Xã Hội Ngang Hàng 2.1 Mạng xã hội ngang hàng Những mạng xã hội trực tuyến như Facebook, Twitter ngày càng trở nên phổ biến.

Tuy nhiên, khi đặt vào những tình huống như thảm hoạ thì những mạng xã hội này hoàn toàn không hoạt động được chính vì vậy có nhiều công trình khác nhau như PeerSON [2], STARs [1], SuperNova [13], Safebook [14] tập trung vào nghiên cứu mạng xã hội với giả sử rằng chỉ có một vài node định sẵn sẽ lưu trữ dữ liệu trên mạng hoặc dữ liệu cá nhân được lưu trữ và bảo vệ trên chính thiết bị của mình, mạng xã hội này hướng đến mục tiêu là các node tự động cấu hình, giao tiếp với nhau và có vai trò ngang hàng. Trong đó PeerSON đã chỉ ra điểm yếu của những mạng xã hội hiện tại bao gồm: nhiều vấn đề xoay quanh tính riêng tư và yêu cầu phải có kết nối internet. Để khắc phục nhược điểm này PeerSON chuyển đổi từ mô hình client-server qua mô hình peer-to-peer để người dùng có thể nắm quyền điều khiển dữ liệu và sử dụng mạng xã hội một cách cục bộ không cần internet. Đồng thời, nghiên cứu làm thế nào để có thể gắn PeerSON và những hệ thống máy tính thông thường cũng như mạng chịu trễ (Delay Tolerant Network - DTN).

PeerSON cung cấp một kiến trúc 2 tầng: tầng một chứa bảng băm phân tán (Distributed Hash Table - DHT) hoạt động như dịch vụ tìm kiếm và tầng còn lại chứa dữ liệu của các node. Dữ liệu của người dùng được chứa trên những node bạn để đảm bảo tính sẵn sàng. DHT chứa chỉ mục tệp dữ liệu của những người dùng khác nhau, chỉ mục này chỉ ra tệp này thuộc về ai, tệp được chứa trên node nào và phiên bản bao nhiêu. Khi mỗi node muốn kết nối tới những node khác, node này sẽ hỏi DHT để lấy những file chỉ mục.

SuperNova [13] giới thiệu super-peers nhằm nhận diện mạng xã hội phân tán. Để đảm bảo tính sẵn sàng của dữ liệu và hỗ trợ giao tiếp với những node mới, super-peers hoạt động như nơi lưu trữ dữ liệu, đồng thời super-peers xây dựng những cộng đồng dựa vào những mối quan tâm chung. STARS [1] xây dựng mạng xã hội phân tán cho mạng ad hoc dựa và 3 đặc tính cơ bản: ai làm chủ dữ liệu, chủ đề nào người dùng có thể truy xuất và thời gian sẵn sàng 4 2. XÂY DỰNG MẠNG MANET PHỤC VỤ KHẮC PHỤC THẢM HOẠ cho phép truy cập.

STARs sử dụng một máy chủ đáng tin cậy để định danh người dùng vào hỗ trợ quá trình mã hoá dữ liệu để đảm bảo tính bảo mật. STARS được hiện thực như một ứng dụng di động và có thể hoạt động ngoài thực tế. Tuy nhiên, chỉ mới hỗ trợ trên mạng hình sao. Những mạng xã hội ngang hàng được trình bày như trên là những hướng đi mới mẻ của thế hệ tiếp theo của mạng xã hội.

Tuy nhiên, mỗi mô hình mạng đều gặp nhiều vấn đề khó khăn về lưu trữ, truy xuất và bảo mật dữ liệu. Những mô hình trên phức tạp, có những mục tiêu không cần thiết khi áp dụng vào khu vực xảy ra thảm hoạ. Chính vì vậy luận văn đề xuất mạng xã hội ngang hàng đơn giản (Simple Peer to Peer Social Network - SP2PSN) hỗ trợ khắc phục thiên tai. SP2PSN là phục vụ những tính năng cơ bản, có tính mở rộng cao phù hợp với môi trường thảm hoạ.2 Xây dựng mạng MANET phục vụ khắc phục thảm hoạ Khi thảm hoạ xảy ra, trong điều kiện hạ tầng viễn thông bị phá huỷ nghiêm trọng, nhiều công trình nghiên cứu phương pháp xây dựng lại kết nối nhanh nhất có thể để cung cấp phương thức giao tiếp nhanh nhất đến với nạn nhân.

Trong đó, SKYMESH[3] gắn thiết bị định tuyến không dây (Wireless Router) vào bóng bay và thả vào khu vực thảm hoạ để cung cấp kết nối nhanh nhất có thể. Tuy nhiên, SKYMESH yêu cầu thiết bị đặc thù không phải lúc nào cũng sẵn sàng, bóng bay di chuyển phụ thuộc vào hướng gió.