đồ án : DỊCH VỤ ĐỊNH VỊ DI ĐỘNG SỬ DỤNG SỰ CHÊNH LỆCH VỀ THỜI GIAN

đồ án :DỊCH VỤ ĐỊNH VỊ DI ĐỘNG SỬ DỤNG SỰ CHÊNH LỆCH VỀ THỜI GIAN

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DỊCH VỤ ĐỊNH VỊ DI ĐỘNG SỬ DỤNG SỰ CHÊNH

LỆCH VỀ THỜI GIAN

Người thực hiện : Trần Huy Hoàng

Hà Nội 2008

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN CỦA DỊCH VỤ ĐỊNH VỊ DI ĐỘNG 1

1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động 1

1.2 Tầm quan trọng của dịch vụ định vị di động 2

1.3 Khả năng phát triển của dịch vụ định vị di động tại Việt Nam 3

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ 4

2.1 Sử dụng Cell ID đơn 4

2.1.1 CGI+TA 4

2.1.2 Cell ID + AOA 5

2.1.3 ECGI 5

2.2 Sử dụng sự chênh lệch về thời gian 5

2.2.1 U-TDOA 6

2.2.2 E-OTD 7

2.2.2.1 E-OTD hyperbol 7

2.2.2.2 E-OTD đường tròn 9

2.2.3 Phương pháp dựa trên vùng phủ sóng 10

2.2.4 OTDoA-IPDL 11

2.2.4.1 Tính toán thời gian tại kênh vô tuyến (RIT) trong UMTS 12

2.2.4.2 Tính toán thời gian sai khác đo được (OTD) trong UMTS 12

2.3 GPS và A-GPS 13

2.4 Các phương pháp hỗ trợ tăng độ chính xác 15

2.4.1 Phương pháp cơ bản 15

2.4.2 Phương pháp dùng thông tin địa lý 15

2.4.3 Phương pháp lặp 15

2.5 Kết luận 16

CHƯƠNG III: MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TỔNG QUÁT TRONG

MẠNG GSM 17

3.1 Mô hình hệ thống 17

3.2 Chức năng các thành phần trong mô hình hệ thống 18

3.2.1 Các thành phần cơ bản trong mạng GSM 18

3.2.1.1 Trạm gốc (BTS) 18

3.2.1.2 Bộ điều khiển trạm gốc (BSC) 18

3.2.1.3 Trung tâm chuyển mạch di động (MSC) 19

3.2.1.4 GMSC 19

3.2.1.5 Bộ ghi định vị thường trú (HLR) 20

3.2.1.6 Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) 20

3.2.1.7 Bộ ghi nhận thực thiết bị (EIR) 20

3.2.1.8 Trung tâm nhận thực (AuC) 21

3.2.2 Các thành phần hỗ trợ cho dịch vụ định vị di động 21

3.2.2.1 LMU 21

3.2.2.2 SMLC 23

3.2.2.3 GMLC 26

3.2.3 Các thành phần khác trong hệ thống định vị 29

3.2.3.1 Location Engine 29

3.2.3.2 Phần mềm tầng trung gian hỗ trợ kết nối dịch vụ định vị 30

3.2.3.3 Máy chủ ứng dụng dịch vụ bản đồ số 32

3.2.3.4 Cơ sở dữ liệu bản đồ tế bào mạng di động 34

3.2.3.5 Máy chủ ứng dụng 35

3.2.3.6 Đầu cuối di động 38

3.3 Các giao thức truyền tải giữa các thành phần trong hệ thống 38

3.3.1 Giao thức truyền tải siêu văn bản (HTTP) 38

3.3.1.1 Tổng quan về giao thức 38

3.3.1.2 Các dạng bản tin HTTP 39

3.3.2 Giao thức định vị di động (MLP) 42

3.3.3 Giao thức quản lý mạng đơn giản (SNMP) 46

3.3.4 Giao thức truyền tập tin (FTP) 47

3.3.4.1 Khái quát 48

3.3.4.2 Mục đích của giao thức FTP 48

3.3.4.3 Hạn chế trong giao thức FTP 49

3.3.4.4 Những vấn đề bảo mật khi dùng FTP 49

3.3.4.5 Các mã hồi âm của FTP 50

3.3.5 Giao thức truyền ảnh vô tuyến (WBMP) 50

3.3.6 Các giao thức truyền tải bản tin ngắn 52

3.3.6.1 SMPP 52

3.3.6.2 CIMD2 54

3.3.6.3 UCP/EMI 56

3.4 Mô hình hệ thống định vị sử dụng trong 3G UMTS 59

3.4.1 Mô hình hệ thống 59

3.4.2 Mô tả các chức năng trong LCS 60

3.4.3 Các chức năng LCS đối với từng phần tử mạng 61

3.5 Kết luận 62

CHƯƠNG IV: TỔNG QUÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG LBS CHO CÔNG TÁC AN NINH CỦA MĨ (HỆ THỐNG 911) 64

4.1 Hệ thống 911 trước đây 64

4.2 Hệ thống 911 nâng cao 65

4.3 911 không dây - Pha I 67

4.4 911 không dây - Pha II 68

4.4.1 Thu thập ALI 68

4.4.1.1 Các giải pháp mạng 68

4.4.1.2 Các giải pháp đặt trên đầu cuối 71

4.4.2 Gửi thông tin định vị tới PSAP 73

4.5 Kết luận 73

KẾT LUẬN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Phương pháp CGI + TA 4

Hình 2.2 Phương pháp AOA 5

Hình 2.3 Phương pháp U-TDOA 6

Hình 2.4 Phương pháp E-OTD 7

Hình 2.5 E-OTD Hyperbol 8

Hình 2.6 Tính toán sai khác thời gian trong E-OTD 8

Hình 2.7 Các phương pháp trên Cell của UMTS 11

Hình 2.8 Phương pháp GPS 13

Hình 2.9 Phương pháp A-GPS 14

Hình 3.1 Kiến trúc logic của LCS tổng quát 17

Hình 3.2 Kiến trúc LMU kiểu B 23

Hình 3.3 LBS Middleware 31

Hình 3.4 Sơ đồ kiến trúc hệ thống GIS 33

Hình 3.5 Mô hinh BTS đơn giản 34

Hình 3.6 Monitor Server 36

Hình 3.7 Mô hình Request-Line 39

Hình 3.8 Bản tin Response 41

Hình 3.9 Mô hình status line 41

Hình 3.10 Cấu trúc MLP 43

Hình 3.11 Trao đổi bản tin MLP 44

Hình 3.12 Mô hình truyền tải bản tin ngắn thông thường 57

Hình 3.13 Các giao thức được cung cấp 57

Hình 3.14 Phiên kết nối 59

Hình 3.15 Kiến trúc tổng quan LCS 60

Hình 3.16 Kiến trúc logic tổng quan của LCS 61

Hình 4.1 Mô hình hệ thống 911 trước đây 65

Hình 4.2 Mô hình hệ thống 911 nâng cao 66

Hình 4.3 Mô hình hệ thống 911 không dây pha I 68

Hình 4.4 Pha II sử dụng TDOA 69

Hình 4.5 Pha II sử dụng AOA 70

Hình 4.6 Pha II sử dụng EOTD 71

Hình 4.7 Hệ thống PGS thông thường 72

Hình 4.8 Pha II sử dụng WAG 73

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Bảng dữ liệu cố định cho BTS 25

Bảng 3.2 Dữ liệu cho LMU 26

Bảng 3.3 Trình bày các thông tin cố định được quản lí cho mỗi LCS client 27

Bảng 3.4 Phân loại HTTP Status Code 42

Bảng 3.5 Đặc tính của SNMP 47

Bảng 3.6 Các loại dữ liệu trong tiêu đề WBMP 52

Bảng 3.7 Các hoạt động tới trung tâm SMSC 55

Bảng 3.8 Các hoạt động từ SMSC tới các ứng dụng 56

Bảng 3.9 Các hoạt động được cung cấp 56

Bảng 3.10 Các tập lệnh cho EMI 58

Bảng 3.11 Tóm tắt các nhóm và khối chức năng của dịch vụ định vị 62

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ 3

A

A-GPS Assisted GPS GPS tích hợp

ALI Automatic Location Identifier Nhận dạng vị trí tự động

AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên

tiếnANI Automatic Number Identification Nhận dạng số tự động

AOA Angle of Arrival Góc đến tín hiệu

AUC Authentication Unit Center Trung tâm nhận thực

B

BCCH Broadcast Common Channel Kênh quảng bá chung

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSIC Base Station Identification Code Mã nhận dạng trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Station Trạm thu phát gốc

C

CBC Cell Broadcasting Center Trung tâm quảng bá cell

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mãCIMD Computer Interface to Message

Distribution Giao diện máy tính phân phối bảntinCPICH Common Pilot Channel Kênh điều khiển chung

D

DTD Document Type Definition Định nghĩa loại tài liệu

DTMF Dual Tone Multi-Frequency Báo hiệu đa tần

E

ECGI Enhanced CGI Phương pháp CGI nâng cao

EDGE Enhanced Data Rates for GSM

Evolution

Hệ thống tốc độ cao hỗ trợ GSM

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận thực thiết bị

ELIR Emergency Location Immediate

Request

Yêu cầu tức thời vị trí khẩn

ELRS Emergency Location Report

Service Dịch vụ báo cáo vị trí khẩn cấpEMI External Machine Interface Giao diện máy ngoại

EOTD Enhanced Observed Time

Difference Phương pháp Sai khác thời gianquan sát được nâng caoERMES European Radio Messaging

System

Hệ thống nhắn tin ở châu Âu

ESME External Short Message Entity Thực thể bàn tin ngắn mở rộngETSI European Telecommunications

Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

GERAN GSM/EDGE Radio Access

Network Mạng truy nhập vô tuyến choSGM/EdgeGIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý

GMLC Gateway Mobile Location Centre Trung tâm định vị di động cổngGMSC Gateway Mobile Switching Centre Cổng Trung tâm chuyển mạch di

độngGPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu

gsmSCF GSM System Control Function Chức năng điều khiển hệ thống

GSMGTD Geometric Time Difference Thời gian sai khác địa lý

H

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HTML Hyper Text Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bảnHTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản

I

ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển

InternetIMEI International Mobile Equipment

Identity

Số nhận dạng thiết bị di động quốctế

IMSI International Mobile Subscriber

Identity Số nhận dạng thuê bao quốc tếIPDL Idle Period Downlink Giai đoạn rỗi đường xuống

IWF InterWorking Function Chức năng liên kết

L

LAI Location Area Identity Mã vùng vị trí

LAN Local Area Network Mạng cục bộ

LBS Location Based Services Dịch vụ định vị

LCAF Location Client Authorization

Function

Chức năng cấp quyền client định vị

LCCF Location Client Control Function Chức năng điều khiển client định vịLCF (External) Location Client

LCS Location services Dịch vụ di động

LCZTF Location Client Zone

Transformation Function Chức năng chuyển vùng client địnhvịLECs Local Exchange Carriers Trung tâm chuyển đổi nội vùngLMU Location Measurement Unit Đơn vị đo lường định vị

LSAF Location Subscriber Authorization

định vịLSOF Location System Opretions

Function

Chức năng vận hành hệ thống địnhvị

LSPF Location Subscriber Privacy

Function Chức năng riêng tư của thuê baođịnh vị

M

MC Message Center Trung tâm bản tin

MCC Mobile Country Code Mã quốc gia

MLC Mobile Location Centre Trung tâm định vị di dộng

MLP Mobile Location Protocol Giao thức định vị di động

MMS Multimedia Message Service Dịch vụ bản tin đa phương tiệnMNC Mobile Network Code Mã mạng

OSA Open Services Architecture Kiến trúc dịch vụ mở

OTD Observed Time Difference Thời gian sai khác quan sát đượcOTDOA Observed Time Difference of

PDA Personal Data Assistant Thiết bị hỗ trợ dữ liệu cá nhânPLMN Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng mặt đấtPRCF Positioning Radio Control

Function Chức năng điều khiển vô tuyếnđịnh vịPRRM Positioning Radio Resource

Management

Quản lý tài nguyền vô tuyến định vị

PSAP Public Safety Answering Point Điểm trả lời an ninh công cộngPSMF Positioning Signal Measurement

Function Chức năng đo lường tín hiệu địnhvị

R

RE Routing Entity Thực thể định tuyến

RFC Request For Comments Đề nghị duyệt thảo và bình luậnRIT Radio Interface Timing Tính toán thời gian vô tuyến

RMON Remote Monitoring Giám sát từ xa

RNC Radio Network Controller Điều khiển mạng vô tuyến

RTD Real Time Difference Thời gian sai khác thực tế

RTT Round Trip Time Thời gian chu trình tín hiệu

S

SCS Service Capability Server Máy chủ năng lực dịch vụ

SFN System Frame Number Sai khác thời gian theo số khung hệ

thống SFTP Secure Shell File Transfer

Protocol Giao thức truyền tập tin an toànSGSN Serving GPRS Support Node Nốt hỗ trợ GPRS phục vụ

SLIR Standard Location Immediate

Request Yêu cầu tức thời định vị chuẩnSLRS Standard Location Report Service Dịch vụ báo cáo vị trí chuẩn

SME Short Message Entity Thực thể bản tin ngắn

SMLC Serving Mobile Location Centre Trung tâm phục vụ định vị di độngSMPP Short Message Peer to Peer Bản tin ngắn điểm - điểm

SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn

SMSC Short Message Service Center Trung tâm dịch vụ bản tin ngắnSMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thư đơn giản

SNMP Simple Network Management

Protocol Giao thức quản lý mạng đơn giảnSOAP Simple Object Access Protocol Giao thức truy nhập đối tượng đơn

giản

SS Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch

SSL Secure Sockets Layer Lớp cổng bảo mật

T

TA Timing Advance Thời gian nâng cao

TCP/IP Transmission Control Protocol /

Internet Protocol Giao thức điều khiển truyềndẫn/Giao thức Internet

TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gianTDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời

gianTDOA Time Difference Of Arrival Sai khác thời gian đến

TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin thông

thườngTLRS Trigged Location Report Service Dịch vụ báo cáo vị trí bắt buộcTLS Transport Layer Security Bảo mật lớp truyền tải

TMN Telecommunications Management

Network

Mạng quản lý viễn thông

TRAU Transcode/ Rate Adapter Unit Khối chuyển đổi mã và thích ứng

tốc độTTFF Time To First Fix Thời gian ấn định đầu tiên

U

UCP Universal Computer Protocol Giao thức máy tính vạn năng

UE User Equipment Thiết bị người dùng

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động mặtđất

URI Uniform Resource Identifier Địa chỉ định danh tài nguyên

URL Uniform Resource Locator Bộ định vị tài nguyên thống nhấtUSSD Unstructured Supplementary

Services Data

Dữ liệu dịch vụ bổ sung không cấutrúc

UTDOA Uplink Time Difference Of

Arrival Sai khác thời gian đến đường lênUTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đấtUMTS

V

VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú

VMSC Visitor Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động

kháchVPS Voice Processing System Hệ thống xử lý thoại

W

WAG Wireless Assisted GPS GPS kết hợp vô tuyến

WAP Wireless Access Protocol Giao thức truy nhập vô tuyến

WASANI

WBMP Wireless Application Protocol

Bitmap Format Giao thức ảnh cho các ứng dụng vôtuyếnWCDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng

WDP Wireless Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu vô tuyếnWML Wireless Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu không dâyWMS Web Map Server Server bản đồ web

WS ANI

WSP Wireless Session Protocol Giao thức phiên không dây

XML Extensible Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, thông tin di động

đã trở thành một phần không thể thiếu của cuộc sống Dịch vụ định vị sử dụng thiết bịđầu cuối di động là một trong những tiện ích đó

Trên thế giới, dịch vụ định vị sử dụng thiết bị đầu cuối di động đã trở nên kháphổ biến với những tính năng ưu việt của nó Chỉ với một chiếc điện thoại di động, bạn

có thể tìm thấy vị trí của mình trên bản đồ, tìm thấy các quán ăn ưa thích, các máyATM cũng như các siêu thị gần nhất… Tại Việt Nam, dịch vụ này hứa hẹn sẽ trởthành một dịch vụ ứng dụng rộng rãi, đáp ứng được nhu cầu của đông đảo của ngườidân

Bố cục của đồ án gồm 4 chương:

Chương I: Tổng quát về hệ thống thông tin di động và khả năng phát triển củadịch vụ định vị di động

Chương II: Các phương pháp định vị

Chương III: Mô hình hệ thống định vị tổng quát trong mạng GSM

Chương IV: Mô hình hệ thống LBS cho công tác an ninh của Mĩ

Việc nghiên cứu các phương pháp định vụ cũng như về các hệ thống định vị đòihỏi một kiến thức sâu rộng và sự đầu tư thoả đáng về thời gian Vì vậy trong khuônkhổ đồ án chắc chắn không tránh khỏi những sai sót cũng như còn nhiều vấn đề chưađược giải quyết thoả đáng Rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo, sựgóp ý và phê bình của các bạn

Xin gửi lời biết ơn trân trọng nhất tới TS Nguyễn Quý Sỹ đã tạo mọi điều kiện

và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện đồ án này Đồng thời chânthành cảm ơn các thầy cô trong khoa Viễn Thông I, Học viện Công nghệ Bưu ChínhViễn Thông I đã giúp đỡ tôi trong thời gian qua

Hà Nội ngày / /2008

Sinh viên

Trần Huy Hoàng

CHƯƠNG I:

TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ KHẢ NĂNG

PHÁT TRIỂN CỦA DỊCH VỤ ĐỊNH VỊ DI ĐỘNG

1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin di động

Công nghệ thông tin di động được khởi nguồn từ những kỹ thuật truyền dẫnkhông dây Lúc đầu truyền thông vô tuyến được sử dụng khá rộng rãi nhờ ưu điểmkhông cần đường truyền cáp nhưng các thiết bị sử dụng hầu hết đều được đặt cố định.Năm 1947, Douglas H Ring và W Rae Young hai kỹ sư của Bell Labs đã đềxuất cấu trúc ô lục giác cho mạng di động Trong khi đó Philip T Porter, cũng thuộcBell Labs đề xuất sử dụng anten định hướng theo 3 hướng Tuy nhiên những đề xuấtnày bị đi vào quên lãng cho đến tận những năm của thập kỷ 60 khi Richard H Frenkiel

và Joel S Engel của Bell Labs phát triển các cấu trúc điện tử

Tại châu Âu, điện thoại không dây lần đầu tiên được sử dụng cho các hành kháchhạng nhất trên các chuyến tàu giữa Berlin và Hamburg năm 1926 Cùng lúc đó, điệnthoại vô tuyến được sử dụng trên các chuyến bay để hỗ trợ an toàn trên đường bay.Sau đó điện thoại vô tuyến được sử dụng rộng rãi tại Đức trong thế chiến lần thứ II

Hệ thống điện thoại di động đầu tiên được gọi là MTA (Mobile Telephonesystem A) được phát triển bởi Ericsson và được triển khai tại Thụy Điển năm 1956.Với hệ thống này các điện thoại có trọng lượng khá lớn, khoảng 49kg MTB, đượcnâng cấp từ MTA được sử dụng năm 1965 và sử dụng báo hiệu DTMF

Năm 1967, mỗi chiếc điện thoại di động được nằm trong vùng phủ sóng của mộttrạm gốc duy nhất trong suốt quá trình gọi Đến năm 1970 hệ thống “call handoff” chophép các máy điện thoại có thể di chuyển giữa các vùng trong suốt thời gian đàmthoại

Sau đó AT&T gửi đề xuất về dịch vụ di động theo cấu trúc tổ ong lên hiệp hộiviễn thông liên bang và được chấp nhận, hệ thống AMPS ra đời và được cấp dải tần824-894 MHz Hệ thống AMPS tương tự sau đó được thay thế bởi AMPS số vào năm

1990 Đây có thể coi là một trong những thế hệ đầu tiên của thông tin di động

Vào những năm của thập kỷ 90 các hệ thống như GSM, IS-136 ("TDMA"),iDEN và IS-95 ("CDMA") bắt đầu được triển khai và được coi như thế hệ thông tin diđộng thứ hai Mạng GSM đầu tiên mở tại Phần Lan Công nghệ sử dụng trong GSM là

đa truy nhập ghép kênh theo thời gian trong khi mạng CDMA sử dụng công nghệ đatruy nhập ghép kênh phân chia theo mã Với GSM mỗi kênh thông tin được phát trênmột khe thời gian, do đó hệ thống phải áp dụng cơ chế tái sử dụng tần số để tăng sốlượng thuê bao Tuy nhiên khả năng đáp ứng thuê bao trong GSM vẫn bị giới hạntrong khi đó hệ thống IS-95 sử dụng cơ chế phân chia theo mã, mỗi người dùng đượcphát một mã giả ngẫu nhiên để điều chế tín hiệu và cùng sử dụng chung một dải tần sốnhư vậy khả năng đáp ứng số lượng lớn thuê bao của IS-95 cao hơn GSM Trong các

hệ thống này báo hiệu SS7 được sử dụng để tăng hiệu quả liên lạc trong mạng

Sau khi hệ thống thông tin di động 2G ra đời và đạt được những thành công tolớn Người ta nghĩ ngay đến một thế hệ thông tin di động 3G với những dịch vụ tiêntiến hơn Các dự án nghiên cứu về 3G được thành lập Trong khi chuẩn 3G nhanhchóng được thông qua trong hệ thống IMT-2000 thì quá trình nghiên cứu thực thi vàtriển khai thử nghiệm đã phải trải qua một thời gian khá lâu Trong khi GSM giới thiệucác công nghệ GPRS và EDGE cho quá trình tiến lên 3G thì các công nghệ này vẫnchỉ được chấp nhận một cách không chính thức là chuẩn 2.5 và 2.75G Chỉ khi 3GPPđưa ra các tiêu chí kỹ thuật cho UMTS với tốc tốc độ 2Mbps và khả năng kết hợp vớigiao diện vô tuyến GERAN của GSM/EDGE thì lúc này thế giới mới công nhận chuẩn3G GSM/UMTS UMTS sử dụng cả hai giao diện vô tuyến UTRAN và GERAN, vớiUTRAN công nghệ WCDMA được sử dụng kết hợp với cơ chế song công phân chiatheo thời gian hoặc song công phân chia theo tần số Giao diện GERAN là giao diện

cũ mạng GSM, điều này cho phép các thuê bao GSM cũ có thể sử dụng hệ thốngUMTS mà không cần phải thay đổi thuê bao

Với CDMA, quá trình đi lên 3G gắn liền với sự phát triển của hệ thống CDMA2001x được triển khai hiệu quả tại Hàn Quốc

điểm mong muốn…) Đồng thời, người sử dụng cũng có thể tìm thấy các địa điểm vuichơi giải trí, các trung tâm thương mại, các trạm đặt máy ATM… chỉ nhờ một chiếcđiện thoại di động

Với nhà cung cấp dịch vụ, họ có thể đưa ra các dịch vụ mới dựa trên dịch vụ định

vị di động như theo dõi xe chở tiền của nhà băng, quản lý xe taxi, xe bus… Đồng thời,với dịch vụ định vị di động, nhà cung cấp dịch vụ cũng có thể đưa ra dịch vụ an ninhcho người sử dụng như hệ thống khẩn cấp 911 của Mĩ, nhờ có dịch vụ định vị di động

mà nhà cung cấp dịch vụ có thể xác định vị trí của người sử dụng trong những tìnhhuống khẩn cấp để đưa ra các giải pháp an ninh kịp thời, nhanh chóng

Như vậy, tại các nước phát triển, dịch vụ định vị di động đã trở thành một dịch vụphát triển rộng rãi, trở thành một phần không thể thiếu đối với cuộc sống

1.3 Khả năng phát triển của dịch vụ định vị di động tại Việt Nam

Những năm đầu của thế kỉ 21 là giai đoạn phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, xãhội và văn hóa của toàn nhân loại nói chung cũng như Việt Nam nói riêng Với việcphát triển này, Việt Nam dần khẳng định vị thế của mình trên trường quốc tế và dầndần hội nhập được với sự phát triển chung của thế giới

Với sự phát triển về kinh tế xã hội văn hóa như vậy, đời sống tinh thần cũng nhưvật chất của nhân dân cũng không ngừng được nâng cao Vì vậy các dịch vụ như định

vị di động cũng có thời cơ thuận lợi cho việc phát triển của mình

Ở Việt Nam hiện nay, dịch vụ định vị di động cũng đã được triển khai ở một sốlĩnh vực nhất định Với dịch vụ này, ngành du lịch có thể phát triển dễ dàng hơn.Khách du lịch có thể tìm kiếm các địa điểm du lịch, các nhà hàng, khách sạn… bằngcác thiết bị PDA Đồng thời, dịch vụ định vị di động cũng được sử dụng trong việcquản lý xe bus, xe taxi, tàu thuyền ra khơi…

Tóm lại, tuy dịch vụ định vị di động là một dịch vụ tương đối mới mẻ tại ViệtNam, nhưng đây là một dịch vụ hứa hẹn, đầy tiềm năng trong tương lai

CGI = Cell ID + LAIQuá trình cập nhật thông tin vị trí của thuê bao được thực hiện thông qua thủ tục

“Location Update” được thực hiện khi thuê bao chuyển ô hoặc chuyển vùng Đối vớicác ô được phân nhỏ thành các sector thì số nhận dạng sector sẽ được dùng để xácđịnh CGI

Hình 2.1 Phương pháp CGI + TA

Trong GSM, Timing Advance là thời gian mà tín hiệu từ thiết bị di động cần để

đi đến trạm gốc Giá trị TA rất quan trọng trong hệ thống TDMA của GSM, nó hỗ trợcho quá trình đồng bộ khe thời gian giữa MS và BTS Mỗi MS chiếm một khe thờigian trong khung dữ liệu TDMA, trên đường xuống MS có thể sử dụng số khe để xácđịnh dữ liệu dành cho mình còn ở đường lên BTS cũng cần nhận dữ liệu mà MS gửitới tại đúng thời điểm của khe thời gian dành cho MS đó Do khoảng cách từ mỗi MSđến BTS là khác nhau và MS luôn di chuyển vì vậy TA được dùng để hỗ trợ MS quyếtđịnh khi nào sẽ gửi dữ liệu của mình đi Giá trị TA được tính toán liên tục đối với mỗi

MS thông qua các đoạn mã tuần tự gửi từ MS lên BTS Mã tuần tự này là bắt buộctrong tất cả các khung dữ liệu đường lên

Như vậy thông qua giá trị TA khoảng cách từ MS đến BTS được xác định Do đóxác suất vị trí của MS sẽ nằm trong đường tròn với bán kính là khoảng cách tính được

từ TA đến BTS Với các ô được sector hóa thì độ chính xác của vị trí càng nhỏ đi

2.1.2 Cell ID + AOA

Với các phương pháp trên, vị trí của MS luôn được xác định thông qua khoảngcách từ nó đến BTS (hoặc nhiều BTS) nhưng với phương pháp AoA vị trí của MSđược xác định thông qua góc của tín hiệu đến Thủ tục tính góc của tín hiệu đến đượcthực hiện ở MS thông qua các cơ chế tính toán của anten truyền sóng

Hình 2.2 Phương pháp AOA

E-CGI cũng dựa trên số nhận dạng ô để tìm ra vị trí của thuê bao Bên cạnh đó,

để tăng độ chính xác nhiều ô sẽ tham gia vào quá trình xác định vị trí Ít nhất ba BTSđược sử dụng và khoảng cách từ MS đến các BTS đó cần xác định Có thể xác địnhthông qua TA, RTT hay RxLevel

U-TDOA sử dụng phương pháp xác định vị trí qua hyperbol bằng cách xác địnhthời gian khác biệt của tín hiện đường lên Khác với E-OTD, U-TDOA không yêu cầucài đặt hay tích hợp thêm bộ phận để xác định vị trí của nó

Phương pháp U-TDOA tính toán vị trí dựa vào các BTS từ nhiều phía, ở các cellkhác nhau, nên nó phủ hợp với môi trường trong nhà, ngoại ô và thành thị, không phùhợp với môi trường nông thôn (nơi các BTS đặt xa nhau, mật độ các BTS không lớn).

Mô hình cấu trúc của U-TDOA:

Hình 2.3 Phương pháp U-TDOA

Đầu tiên yêu cầu định vị được gửi tới SMLC, SMLC quản lý các LMU và liênkết với hệ thống GSM SMLC nhận được yêu cầu và gửi thông tin thời các LMU đểlắng nghe tín hiệu tới

Thiết bị được nhận yêu cầu gửi tín hiệu trong khi các LMU lắng nghe và ghi lạithời gian đến LMU sau đó gửi thời gian ghi lại được đến SMLC SMLC kết hợp sựkhác biệt của thời gian đến và vị trí của LMU để đưa ra vị trí của thiết bị

Vì U-TDOA tính toán vị trí dựa vào việc lắng nghe thời gian tín hiệu tới từ các

MS thông thường nên không cần cài đặt phần mềm tại các đầu cuối di động

Có thể kết hợp phương pháp U-TDOA với AOA (dựa vào góc đến của tín hiệu từ

MS tới ít nhât 2 BTS) để tăng độ chính xác

Sai khác thời gian quan sát được (E-OTD: Enhanced Observed Time Difference)

là một trong nhiều phương pháp định vị trong mạng di động Phương pháp này dựatrên việc quan sát sự sai khác của tín hiệu đường xuống từ các trạm gốc đến thuê bao

Về mặt hình học, như đã biết tập hợp các điểm có hiệu khoảng cách tới hai điểm

cố định bằng hằng số là một đường hyperbol (một hyperbol có hai đường tương ứngvới hiệu số dương và âm) và giao điểm của ít nhất 3 đường hyperbol khác nhau sẽ xác

định được duy nhất được một điểm Tương tự như vậy, tập hợp tất cả các điểm trongmặt phẳng có khoảng cách tới một điểm không đổi sẽ là một đường tròn Với 3 đườngtròn cắt nhau ta cũng sẽ xác định được một vị trí duy nhất Dựa trên hai phương pháphình học nói trên E-OTD đưa ra hai cách thực hiện, các cách này là khác nhau Vớiphương pháp hyperbol thời gian khác biệt được quan sát ở trạm gốc và một thiết bịtính toán vị trí LMU trong khi đó phương pháp đường tròn được thực thi trong E-OTDthông qua việc ghi lại thời gian đến của tín hiệu.

Hình 2.5 E-OTD Hyperbol

Trong phương pháp này, thay vì xác định trực tiếp khoảng cách đến từng BTS,thiết bị sẽ xác định hiệu khoảng cách của từng cặp hai trạm đến nó thông qua hiệu thờigian qua đó xác định được một hyperbol chạy qua Như ta đã biết tốc độ của sóng điện

từ bằng tốc độ ánh sáng do đó:

r1-r2 =c*(ta1-ta2)Trong đó: r1 là khoảng cách từ MS đến BTS1, r2 là khoảng cách từ MS đếnBTS2, ta1 là thời gian tín hiệu từ BTS1 đến MS, ta2 là thời gian từ BTS2 tới MS

Hình 2.6 Tính toán sai khác thời gian trong E-OTD

OTD: Thời gian sai khác quan sát được (Observed Time Difference) là thời giansai khác mà thiết bị có thể nhận biết thông qua việc ghi lại thời gian đến của các tínhiệu từ BTS

Ta có: GTD = OTD-RTD

Vậy để tìm ra hiệu khoảng cách từ hai BTS đến MS, ta cần tìm hai tham số: OTDđược đo ở thiết bị và RTD được đo từ LMU Để RTD được đo chính xác, vị trí củaLMU nên được xác định

2.2.2.2 E-OTD đường tròn

Trong phương pháp này khoảng cách thực tế đến 3 BTS cần được biết chính xácthông qua quá trình di chuyển của tín hiệu từ BTS đến đầu cuối Tuy nhiên thời giangửi tín hiệu không được ghi lại tại BTS và thời gian ở BTS và đầu cuối không đồng bộvới nhau

Giả sử:

 ti,MS là thời điểm đến của dữ liệu từ trạm gốc i đến đầu cuối được đo bởixung đồng hồ của đầu cuối (đo được)

 ti-,MS là thời điểm đi của dữ liệu từ trạm gốc i đến đầu cuối theo xung đồng

hồ của đầu cuối (chưa biết)

 ti,LMU là thời điểm đến của dữ liệu từ trạm gốc i đến LMU được đo bởi xungđồng hồ của LMU (đo được)

 ti-,LMU là thời điểm đi của dữ liệu từ trạm gốc i đến LMU theo xung đồng hồcủa LMU (chưa biết)

 ri là khoảng cách từ MS đến trạm gốc thứ i (cần tìm)

 ri, LMU là khoảng cách từ LMU đến trạm gốc thứ i (đo được)

Ta có phương trình sau:

ri - ri,LMU = c*(ti,MS - ti-,MS) - c*(ti,LMU - ti-,LMU))

ri - ri,LMU = c*(ti,MS - ti,LMU + µ)

Ở đây µ là sai số giữ xung đồng hồ của MS và LMU

Như vậy ri = c*(ti,MS - ti,LMU + µ) + ri,LMU

Các tham số đều đo được kể cả µ như vậy ta có thể tính được ri

Các tính toán thời gian ở LMU được gọi là tình toán thời gian kênh vô tuyến RIT

2.2.3 Phương pháp dựa trên vùng phủ sóng

Giống như phương pháp Cell-Id trong GSM, phương pháp này dựa trên vị trí tọa

độ của trạm gốc đang phục vụ thiết bị Vị trí của thiết bị người dùng được xác địnhthông qua tham chiếu số nhận dạng vùng phủ sóng với tọa độ của trạm gốc Để tăng độchính xác các phương pháp dựa trên sự sai khác về khoảng cách từ các trạm gốc đếnthiết bị hoặc góc đến của tín hiệu từ nhiều trạm khác nhau

Như đã biết trong giao tiếp vô tuyến UTRAN có hai dạng là W-CDMA-TDD vàW-CDMA-FDD Trong TDD khoảng cách được tính từ sai khác thời gian đến của tínhiệu (được nói đến tại 3GPP TS 25.255) Ở đây:

 tRXdev= tTS-tRXpath

 tRXdev : Độ lệch thời gian nhận

 tTS : Thời gian của tín hiệu gửi lên tính theo khe (slot) với nhịp xung ở trạm gốc

 tRXpath: Thời gian thực sự đến của tín hiệu từ UE tới trạm gốc

Trong FDD, thời gian quay vòng RTT được đo đạc nhiều lần cho tất cả các thiết

bị đầu cuối ở trạng thái kết nối RTT được tính theo công thức sau:

RTT = tRX - tTX - e

Ở đây tTX là thời điểm truyền khung, tTX là thời điểm nhận lại được khung dữ liệu,

e là thời gian trễ trong quá trình truyền và trong quá trình xử lý gửi lại

Sự khác nhau về phương pháp xác định giữa UTRAN-FDD và UTRAN-TDD là

do với UTRAN-FDD thiết bị đầu cuối và trạm gốc có hai kênh riêng biệt để trao đổi

dữ liệu và mỗi người dùng chiếm toàn bộ các khe thời gian trong một kênh, do đó tínhiệu khi gửi đi và nhận lại được đánh dấu thời gian để tìm được thời gian quay vòngtín hiệu qua đó xác định được khoảng cách Đối với UTRAN-TDD sử dụng song côngphân chia theo thời gian do đó các khe thời gian trên kênh truyền được chia làm haidạng là lên và xuống và các khe này được đánh dấu thời gian bởi cả trạm gốc lẫn thiết

bị đầu cuối, như vậy thông qua việc so sánh các khe thời gian trong khung dữ liệu (ví

dụ dữ liệu nhận được ở thời gian thứ x của kênh đường lên trong khi xung đồng hồ bêntrong khi nhận được dữ liệu đó lại ở thời gian y, vậy thời gian truyền tín hiệu sẽ là độsai khác giữa y và x)

Xác định góc đến của tín hiệu cũng là một cách để tăng độ chính xác của phươngpháp định vị theo vùng phủ sóng Phương pháp này có thể dùng đầu cuối để xác địnhtín hiệu từ một vài trạm gốc tham chiếu hoặc có thể xác định góc tại trạm gốc đến thiết

bị khi thiết bị thay đổi Cách xác định tương tự như trong hệ thống GSM đã trình bày ởtrên.

Hình 2.7 Các phương pháp trên Cell của UMTS

2.2.4.1 Tính toán thời gian tại kênh vô tuyến (RIT) trong UMTS

Như đã trình bày ở trên, do hệ thống GSM không có cơ chế đồng bộ giữ thiết bịđầu cuối và trạm gốc nên cần sử dụng các LMU như các thiết bị đánh giá trung giandựa vào vị trí đã xác định của nó Trong hệ thống UMTS chỉ có cơ chế UTRAN-FDD

là cần sử dụng LMU còn đối với UTRAN-TDD thì được hỗ trợ bởi cơ chế đồng bộkhe thời gian cả đường lên và xuống

Tương tự như E-OTD trong GSM, LMU tính toán các giá trị RTD và TA của cáctrạm gốc liền kề Quá trình tính toán cũng dựa trên sự quan sát kênh điều khiển chung(CPICH – Common Pilot Channel) Các LMU trong UMTS cũng có thể sử dụng cácđồng hồ riêng hoặc đồng hồ hệ thống GPS Các kỹ thuật tính RTD được mô tả trong3GPP TS 25.215 dựa trên tính toán thời gian sai khác SFN-SFN

2.2.4.2 Tính toán thời gian sai khác đo được (OTD) trong UMTS

Cũng giống như việc tính toán RIT quá trình tính toán OTD cũng dựa vào saikhác thời gian quan sát được giữa SFN-SFN Tuy nhiên các tham số có ý nghĩa khácnhau tùy thuộc vào cơ chế được sử dụng là UTRAN-FDD hay UTRAN-TDD TrongUMTS thiết bị đầu cuối cũng được cung cấp các dữ liệu hỗ trợ để thực hiện các thủ tụctính toán thời gian

Trong các hệ thống sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã nhưUMTS thiết bị đầu cuối đều nhận được tín hiệu cùng tần số từ nhiều trạm khác nhauđiều này gây lên hai vấn đề gọi là “ảnh hưởng gần xa” và “khả năng nghe” “Ảnhhưởng gần xa” xảy ra khi tín hiệu của đầu cuối gần trạm làm chìm tín hiệu xa trạm,như vậy trạm gốc sẽ không nhận biết và kết nối được với thiết bị ở xa Vấn đề nàyđược giải quyết với chức năng điều khiển công suất đặt trong thiết bị “Vấn đề khảnăng nghe” cũng tương tự như “ảnh hưởng gần-xa” nhưng xảy ra ở đường xuống Nếuđầu cuối ở gần một trạm gốc tín hiệu của trạm này sẽ làm chìm các tín hiệu của cáctrạm khác điều này không ảnh hưởng đến việc truyền thông tin nhưng lại ảnh hưởngđến các thủ tục định vị dựa trên các tín hiệu đường xuống

Để giải quyết vấn đề trên thì trạm gốc phải dừng truyền tới đầu cuối trong mộtthời gian ngắn trong khi đó đầu cuối sẽ dò tìm kênh điều khiển chung CPICH của cáctrạm khác để đồng bộ tới Thời gian đó gọi là thời gian rỗi (idle period) và các thứcngắt tạm thời của trạm gốc được gọi là giai đoạn rỗi đường xuống (IPDL)

GPS (Global Positioning System) là phương pháp định vị sử dụng hệ thống thôngtin vệ tinh toàn cầu Trên các máy đầu cuối được gắn các chip và phần mềm định vịGPS, vị trí của máy đầu cuối được xác định nhờ vào tính toán các thông số từ 3 vệ tinhđến máy đầu cuối

Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) sử dụng hệ thống vệ tinh có khả năng xác định

vị trí trên toàn cầu với độ chính xác khá cao Tuy nhiên một số tham số trong GPS nhưmức độ tiêu thụ năng lượng tại đầu cuối cao, thời gian thực ấn định đầu tiên (TTFF) vàkhả năng xuyên sâu của sóng GPS không được tốt Bên cạnh đó hệ thống GPS thường

đi kèm với các thiết bị GPS và chạy độc lập

-Mức độ tiêu thụ năng lượng giảm,

-Tăng độ nhạy của thiết bị nhận

Để sử dụng được hệ thống A-GPS, đầu cuối phải được trang bị với một thànhphần hỗ trợ GPS để nhận các tín hiệu điều khiển và các thông tin hỗ trợ từ vệ tinh Bêncạnh đó, thành phần GPS trong đầu cuối cũng được hỗ trợ bởi hệ thống thông tin diđộng

Ưu điểm của phương pháp này là không đòi hỏi thêm bất kỳ dữ liệu nào.

2.4.2 Phương pháp dùng thông tin địa lý

Đây là phương pháp tăng cường độ chính xác qua việc so sánh đối chiếu các kếtquả định vị đối với các thông tin địa lý, ví dụ như đường đi, xa lộ, đường sắt, kênhrạch,

Việc sử dụng hệ thống bản đồ số với độ chính xác cao có thể tăng cường việc xácđịnh toạ độ chính xác lên đến hơn 50 lần so với CGI+TA thông thường

Đây là phương pháp khả thi, do hệ thống bản đồ số đã được triển khai rộng rãi.Ngoài ra đây là phương pháp rất phù hợp khi cần theo dõi việc di chuyển của đốitượng trên đường đi Phương pháp này đòi hỏi sự tích hợp các thông tin địa lý trongcác vùng được phủ sóng và dễ dàng sử dụng với nhiều loại dữ liệu khác nhau

Độ chính xác của phương pháp địa lý phụ thuộc vào dữ liệu của bản đồ số(đường đi, vị trí và địa hình di chuyển…), các dữ liệu định vị đo được của các lầntrước, khả năng lặp lại phép đo nhiều lần

2.4.3 Phương pháp lặp

Đây là phương pháp tăng cường độ chính xác qua việc lặp lại nhiều lần các kếtquả định vị CGI+TA bằng cách so sánh các kết quả này được thực hiện bằng nhiềutrạm gốc khác nhau hoặc lặp lại bằng chính trạm gốc đó Phương pháp này dựa trênyếu tố các thiết bị đầu cuối thường chuyển đổi sử dụng các trạm gốc khác nhau, nhất làkhi ở xa các trạm gốc

Phương pháp này tăng khoảng 50% độ chính xác khi định vị Phương pháp nàytùy theo số lần đo, có thể cần từ 10-30 giây cho mỗi lần định vị

Các phương pháp định vị sử dụng Cell ID và sử dụng sự chênh lệch thời gian có

độ chính xác khá cao khi mật độ các BTS lớn (ở các vùng thành thị) và độ chính xác

bé hơn khi mật độ các BTS nhỏ (ở vùng nông thôn, vùng núi…) Nhưng với các vùng

có mật độ BTS cao, việc xử lý thông tin trở nên phức tạp, làm tăng đáng kể thời gian

xử lý thông tin định vị

Phương pháp sử dụng vệ tinh (GPS và A-GPS) cho độ chính xác cao nhất trong

số các phương pháp định vị đã nêu Tuy nhiên, ở trong vùng đô thị có mật độ dân cưcao, số lượng nhà cao tầng lớn thì phương pháp này cho độ chính xác không cao như ởvùng nông thôn hay vùng núi (do không bị ảnh hưởng của hiện tượng phản xạ và chắnsóng)

Vì vậy, hầu hết các hệ thống định vị đều sử dụng hỗn hợp các phương pháp định

vị trên, đồng thời sử dụng các biện pháp tăng cường độ chính xác Đồng thời phải tínhtoán đến ảnh hưởng của các hiện tượng pha đinh, nhiễu đa đường, suy hao… khitruyền thông tin

có thể tổ hợp để tạo ra các biến thể kiến trúc

BTS

BSC

BSC BTS

Bản đồ số

Máy chủ bản đồ số

SMPP/CIMP/

EMI

Lh

Cơ sở dữ liệu bản đồ tế bào mạng di động Location Engine

3.2 Chức năng các thành phần trong mô hình hệ thống

3.2.1 Các thành phần cơ bản trong mạng GSM

3.2.1.1 Trạm gốc (BTS)

Khối trạm thu phát gốc (BTS): Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten vàcác bộ xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến BTS là thiết bị trung gian giữamạng GSM và các thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vôtuyến Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năngkhác Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào(cell) Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ(TRAU – Transcode/Rate Adapter Unit)

TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù cho GSMđược tiến hành, tại đây cũng thực hiện việc thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền

số liệu TRAU là một bộ phận của BTS và được điều khiển bởi BTS nhưng cũng cóthể đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC TRAU chuyển đổi mãthông tin từ các kênh vô tuyến (16Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoạitiêu chuẩn (64Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài

3.2.1.2 Bộ điều khiển trạm gốc (BSC)

Khối BSC (Base Station Controller): có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vôtuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giảiphóng kênh vô tuyến và chuyển giao Một phía của BSC được nối với BTS còn phíakia nối với MSC của phân hệ chuyển mạch SS Trong thực tế BSC là 1 tổng đài nhỏ cókhả năng tính toán đáng kể Vai trò chính của nó là quản lý các kênh ở giao diện vôtuyến và chuyển giao Giao diện giữa BSC và MSC gọi là giao diện A còn giao diệngiữa BTS và BSC là giao diện Abis

Các chức năng chính của BSC:

- Quản lý mạng vô tuyến: việc quản lý mạng vô tuyến chính là quản lý các cell

và các kênh logic của chúng Các số liệu đều được đưa về BSC để đo đạc và xử

lý, chẳng hạn như lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường vô tuyến, số cuộcgọi bị mất, số lần chuyển giao thành công hay thất bại

- Quản lý BTS: trước khi đưa vào khai thác BSC lập cấu hình cho BTS (số máythu phát, tần số cho mỗi trạm…) nhờ đó mà BSC có sẵn 1 tập các kênh vô tuyếndành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi.

- Điều khiển kết nối cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng cácđấu nối tới máy di động MS Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát.Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc đấu nối được ở máy di động và trạm thu phátgửi đến BSC Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS

và các máy thu phát (TRX) để giảm nhiễu và tăng chất lượng cho cuộc gọi BSCcũng điều khiển quá trình chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt được chấtlượng cuộc gọi tốt hơn Trong trường hợp chuyển giao sang cell của một BTSkhác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điềukhiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh củacell khác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều

- Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đườngtruyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin Trong trường hợp

có sự cố nào đó nó sẽ tự động chuyển đến một tuyến dự phòng

3.2.1.3 Trung tâm chuyển mạch di động (MSC)

Trung tâm chuyển mach di động MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển vàquản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC Một tổng đài MSC thích hợp cho mộtvùng đô thi và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trungbình) MSC thực thiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC làtạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếpvới phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC (Gateway MSC)Khối IWF (InterWorking Function) có chức năng kết nối MSC với một số mạngkhác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng này Cácthích ứng này được gọi là chức năng tương tác IWF IWF bao gồm một thiết bị thíchứng giao thức và truyền dẫn IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay cóthể ở thiết bị riêng (giao tiếp sẽ được để mở trong trường hợp này)

3.2.1.4 GMSC

Tất cả các cuộc gọi vào ra mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến cho các cổngGMSC Nếu một người nào đó trong mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộcgọi đến một thuê bao của mạng GSM/PLMN tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi

này đến một MSC có trang bị một chức năng gọi là chức năng cổng Tổng đài này gọi

là tổng đài cổng và nó có thể là bất kì MSC nào trong mạng GSM GMSC sẽ tìm vị trí

MS bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng kí từ đó sẽ định tuyến đến MSC đang quản lý

MS Tại đây VLR sẽ cho biết thông tin chi tiết hơn về vị trí của MS cho cuộc gọi

3.2.1.5 Bộ ghi định vị thường trú (HLR)

Bộ ghi định vị thường trú (HLR – Home Location Register): HLR lưu trữ các sốliệu cố định về thuê bao di động trong mạng như SIM, các thông tin liên quan tới việccung cấp các dịch vụ viễn thông của thuê bao, không phụ thuộc vào vị trí hiện thời củathuê bao Thông thường HLR là một máy tính đứng riêng, không có khả năng chuyểnmạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm nghìn thuê bao Một chức năng con củaHLR là nhận dạng trung tâm nhận thực thuê bao AuC

3.2.1.6 Bộ ghi định vị tạm trú (VLR)

Bộ ghi định vị tạm trú (VLR- Visitor Location Register): là cơ sở dữ liệu chứathông tin về tất các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC Mỗi MSC có 1 VLR,VLR thường được thiết kế ngay trong MSC Ngay cả khi MS di chuyển vào 1 vùngMSC mới VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR, đồng thời HLR sẽđược thông báo rằng MS đang ở MSC nào Nếu sau đó MS muốn thực hiện cuộc gọi,VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần thiếtphải hỏi HLR Ta có thể coi VLR như HLR phân bố VLR chứa thông tin chính xáchơn về vị trí MS ở vùng MSC, nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụcủa MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị Vì vậy, có thể gọi VLR là hệthống lưu trữ “Hộ khẩu tạm trú” các thuê bao vãng lai

3.2.1.7 Bộ ghi nhận thực thiết bị (EIR)

Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR – Equipment Identity Register) có chức năngkiểm tra tính hợp lệ của thiết bị di động (ME – mobile equipment) thông qua số nhậndạng quốc tế (IMEI – International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu vềphần cứng của thiết bị ME thuộc 1 trong 3 danh sách:

- Trắng (White list): được quyên truy nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng kí

- Xám (Gray list): có nghi vấn cần kiểm tra

- Đen (Black list): bị cấm không cho truy cập vào mạng

3.2.1.8 Trung tâm nhận thực (AuC)

Khối trung tâm nhận thực (AuC – authentication unit center): cung cấp cho HLRcác tần số nhận thực và các khóa mật mã để sử dụng cho bảo mật Đường vô tuyếncũng được AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêngbiệt cho từng thuê bao Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết kháckhi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầucung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép

3.2.2 Các thành phần hỗ trợ cho dịch vụ định vị di động

3.2.2.1 LMU

LMU là một thiết bị được sử dụng trong hệ thống định vị dựa trên cấu trúc mạngnhằm cung cấp thông tin định thời LMU cũng là một thành phần bổ sung vào mạng diđộng truyền thống cho giải pháp dịch vụ định vị như trường hợp của GMLC (GatewayMobile Location Centre) hay SMLC (Serving Mobile Location Centre) Điều khiểntoàn bộ quá trình tính toán định vị sẽ diễn ra ở SMLC, ở đây LMU chỉ cung cấp cácthông tin tham khảo và kết hợp với dữ liệu đo nhận được để hỗ trợ công việc tính toán,nghĩa là một LMU sẽ theo dõi việc truyền các burst dữ liệu từ các trạm BTS khác nhauhoặc từ các đầu cuối trong vùng phụ cận của nó để thực hiện các phép đo thời gian.Việc đánh giá truyền dẫn sử dụng phương pháp dò khoảng chênh lệch về thời gian củađường lên (từ thiết bị đầu cuối) hay đường xuống (từ các BTS)

Một hệ thống sẽ gồm các LMU được cấu hình sao cho thuận tiện cho việc tính toáncác toạ độ vị trí của một tập các điện thoại di động, trong đó BSS được trang bị chứcnăng SMLC và được đưa vào để xác định LMU nào sẽ được lựa chọn cho việc thựchiện kĩ thuật đo

Có 2 loại LMU được định nghĩa theo chuẩn của 3GPP đó là LMU loại A vàLMU loại B

- LMU loại A : Được truy nhập thông qua giao diện vô tuyến GSM

- LMU loại B : Được truy nhập thông qua giao diện Abis

LMU loại A được kết nối đến mạng truy nhập thông qua giao diện vô tuyến Um.LMU xuất hiện trên mạng như là một thiết bị đầu cuối thông thường và chỉ khác là vịtrí của nó là cố định và vị trí của nó đã được đo đạc và có kết nối không dây đến bất kỳ

thành phần mạng nào khác Một LMU loại A có một BTS phục vụ và một BSC màcung cấp truy nhập báo hiệu đến SMLC Một LMU loại A luôn có một IMSI duy nhất.Mặt khác, LMU loại B được kết nối qua kết nối dùng dây đến mạng truy nhập và

có thể là một thành phần đứng riêng rẽ hoặc một thành phần kết hợp vào BTS MộtLMU loại B được truy nhập thông qua giao diện Abis từ một BSC LMU loại B đứngriêng rẽ được đánh địa chỉ sử dụng một chỉ số ID giả cell Báo hiệu đến một LMU loại

B thông qua các bản tin được định tuyến qua BSC (đối với trường hợp SMLC dựa trênBSS), và thông qua các bản tin được định tuyến qua BSC và MSC (đối với trường hợpSMLC dựa trên NSS)

Các phép đo thời gian được thực hiện đối với các tín hiệu của một BTS được lựachọn hoặc đối với một nguồn thời gian tuyệt đối nào đó (nguồn tham chiếu) Trongtrường hợp nguồn thời gian tham chiếu, tuỳ chọn được ưa dùng nhất là sử dụng thờigian chuẩn GPS, và với trường hợp như vậy, LMU phải được trang bị bộ thu GPS Tất cả các phép đo hỗ trợ và định vị sử dụng bởi một LMU được cung cấp đếnmột SMLC riêng liên kết với LMU đó Các câu lệnh liên quan đến thời gian, tính tựnhiên và bất kỳ tính chu kỳ nào của phép đo được cung cấp bởi SMLC hoặc được quản

lý trước trong LMU

Một số vấn đề cần quan tâm trong việc lựa chọn LMU

Việc chuẩn quy định hai loại LMU cho dịch vụ định vị đòi hỏi khi triển khai cầntiến hành lựa chọn loại LMU phù hợp với yêu cầu của mạng Ở đây có một số vấn đềcần tham khảo khi đưa ra quyết định lựa chọn LMU loại A hay B:

- Thứ nhất, một LMU tách biệt vật lý với BTS có thể sẽ khó khăn hơn để thực hiệnbảo mật vật lý so với LMU mà kết nối với BTS bởi vì bản thân BTS đã có mức bảomật vật lý tốt Hơn nữa việc bảo mật qua môi trường vô tuyến sẽ là vấn đề khó so vớiviệc bảo mật qua liên kết cố định

- Thứ 2, việc sử dụng giao diện liên kết cố định giữa LMU và mạng sẽ làm tăng độtin cậy truyền thông giữa LMU và mạng

- Việc giữ LMU tích hợp với BTS sẽ giới hạn sự lãng phí các tài nguyên vô tuyến

mà nhờ đó, tài nguyên đó sẽ được sử dụng tốt hơn cho các dịch vụ khách hàng và tăngdung lượng mạng

- Vấn đề vận hành và bảo dưỡng LMU cũng cần được quan tâm khi mà giao diện

vô tuyến giữa LMU và SMLC sử dụng bản tin Direct Transfer Access Protocol(DTAP), việc vận hành và bảo dưỡng sẽ có một số phức tạp vì luồng bản tin DTAP sẽ

phải qua một hay nhiều thực thể trên mạng Một kênh chuyên dụng sẽ phải được gáncho luồng bản tin đó, thiết lập và điều khiển các LMU cho việc tạo tiêu đề Vì các máy

di động thường xuyên chuyển động, các tiêu đề bổ sung có thể dẫn đến việc các toạ độđịnh vị sẽ mất đi độ chính xác của nó Tính phức tạp O&M cũng giảm khi thực hiệnliên kết trực tiếp LMU và BSC với nhau Cơ sở của giải pháp này là LMU có thể đượcđiều khiển bởi BSC như một thiết bị mạng thông thường, thêm nữa, BSC sẽ thích hợphơn trong việc lựa chọn LMU

- Ngoài ra vấn đề chi phí cũng cần được tính đến khi lựa chọn LMU Bởi việc sửdụng LMU qua giao diện vô tuyến hay kết nối trực tiếp với BSC đòi hỏi nhà vận hànhmạng phải bổ sung thêm site cho các LMU của họ, trong khi đó, khi tích hợp vào BTS

Trung tâm phục vụ định vị di động (SMLC) chứa chức năng được yêu cầu để hỗtrợ LCS Trong một PLMN, có thể có nhiều hơn một SMLC Thiết bị trung tâm định

vị SMLC có chức năng thu thập các thông tin đo đạc từ tất cả các LMU mà nó phụ

trách để tạo thành các thông tin hỗ trợ và gửi đến đầu cuối cần định vị, và nó cũng phụtrách giám sát tất cả các LMU trong vùng phục vụ.

SMLC phải thực hiện được các chức năng liên quan cho dịch vụ định vị sau:

- SMLC gửi tới LMU các yêu cầu cho thông tin đo lường thời gian cho giao diện

vô tuyến

- SMLC sẽ thông tin liên tục với LMU vì thế SMLC có thể giám sát hoạt động củaLMU, nếu LMU lỗi nó gửi thông tin giao diện vô tuyến, SMLC sẽ cố gắng khởi độnglại LMU và nếu khởi động bị lỗi, SMLC sẽ thông báo cho hệ thống O&M, SMLC cóthể cũng sử dụng hộp thoại để truy vấn trạng thái LMU

- SMLC nhận các thông tin đo lường từ LMU, tức là sau khi LMU đo các thông sốliên quan tới phương pháp định vị, LMU sẽ gửi các thông tin tới SMLC

- SMLC sẽ xác định sai khác đồng bộ giữa các trạm gốc sử dụng thông tin đolường và các thông tin khác

- Thông tin đồng bộ sẽ được phân phối cho mục đích định vị di động

Tương tác LMU-SMLC:

- Kiểu đo lường, phương pháp đo lường tương ứng với phương pháp định vị

- Tần số báo cáo kết quả đo lường

- Thời gian trong quá trình đo lường

Thông tin đáp ứng từ LMU tới SMLC bao gồm:

- Mã vùng đinh vị, cell

- Số khe thời gian của cụm (burst) được đo …

Có hai loại SMLC có thể :

 SMLC dựa trên NSS : hỗ trợ giao diện Ls

 SMLC dựa trên BSS : hỗ trợ giao diện Lb

Một SMLC dựa trên NSS hỗ trợ định vị của một MS thông qua báo hiệu trên giaodiện Ls đến một MSC tạm trú Một SMLC dựa trên BSS hỗ trợ định vị thông qua báohiệu trên giao diện Lb đến BSC đang phục vụ MS Cả hai loại SMLC đều có thể hỗ trợgiao diện Lp để cho phép truy nhập thông tin và tài nguyên được sở hữu bởi cácSMLC khác

SMLC điều khiển một số các LMU đối với mục đích thu các số đo giao diện vôtuyến để định vị hay giúp đỡ định vị các thuê bao MS trong một vùng mà nó phục vụ.SMLC được quản lý với các khả năng và các số liệu đo được tạo ra bởi mỗi LMU Báo

hiệu giữa một SMLC dựa trên NSS và LMU được truyền thông qua MSC đang phục

vụ LMU sử dụng giao diện Ls hoặc giao diện Um đối với LMU loại A hoặc giao diệnAbis đối với LMU loại B Báo hiệu giữa một SMLC dựa trên BSS và LMU đượctruyền thống qua BSC mà phục vụ hay điều khiển LMU đó sử dụng giao diện Lb haygiao diện Um đối với LMU loại A hay giao diện Abis đối với LMU loại B

SMLC điều khiển một số các LMU theo mục đích xác định Chức năng SMLC vàGMLC có thể được tổ hợp trong cùng một node vật lý, được tổ hợp trên các node vật

lý đã có sẵn hoặc chứa trên các node vật lý khác nhau Đối với các dịch vụ định vị, khimột trung tâm quảng bá cell (CBC) được liên kết với một BSC, SMLC có thể giao tiếpvới một CBC để quảng bá dữ liệu hỗ trợ sử dụng khả năng quảng bá cell SMLC sẽhoạt động như một user, thực thể quảng bá cell, đến CBC Như đã trình bày ở trên kiếntrúc LBS với SMLC dựa trên BSS và NSS, mỗi kiểu kiến trúc có các ưu nhược điểmkhác nhau, yêu cầu nhà cung cấp dịch vụ phải lựa chọn cho mình một kiến trúc phùhợp với điều kiện tài chính và phạm vi ứng dụng của mình Các thông tin lưu trữSMLC có thể có để phục vụ trong LBS

Do SMLC tiếp nhận các thông tin đo lường dưới dạng thô từ LMU, và đồng thờiquản lý LMU, Do vậy SMLC phải có các thông tin lưu trữ liên quan tới thông tin địnhvị: phương pháp đo, kiểu LMU …

Dữ liệu cố định cho BTS:

Dữ liệu cố định cho

BTS

Trạng thái