Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

Ngoài ra công nghệ di động trong các năm gần đây có các bước tiến nhảy vọt các nhà cung cấp dịch vụ di động, ứng dụng các công nghệ tiên tiến cho phép thuê bao ngày càng có băng thông th

Học viên

Phan Đăng Tĩnh

MỤC LỤC

Trang Lời cam đoan 1

Mở đầu 4

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 6

Danh mục các hình vẽ … ………… 9

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ TRONG MẠNG DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu chung mạng di động 3G 10

1.1.1 Mặt phẳng truyền tải (Media/Transport Plane) 11

1.1.2 Lớp điều khiển (Control/Signalling Plane) 12

1.1.3 Mặt phẳng ứng dụng và dịch vụ (Service/Application Plane) ……… ……15

1.2 Công nghệ định vị trong mạng di động 16

1.2.1 Giới thiệu công nghệ GIS 16

1.2.3 Phân tích kỹ thuật định vị thuê bao trên mạng di động 17

1.3 Kết luận 30

CHƯƠNG2: NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ THUÊ BAO TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

2.1 Định nghĩa LBS 31

2.2 Các thành phần cơ bản của LBS 31

2.3 Các kiểu dịch vụ LBS 32

MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

3.1 Kiến trúc tổng quan 45

3.2 Thiết kế giải pháp iFindU .49

3.2.1 Phân tích và sắp xếp thứ tự ưu tiên các yêu cầu chức năng của giải pháp iFindU 49

3.2.2 Bảng chuyển đổi các yêu cầu chức năng sang mô hình ca sử dụng 51

3.2.3 Biểu đồ trình tự của giải pháp iFindU .53

3.3 Mô hình triển khai iFindU dich vụ LBS mạng Vinaphone 56

3.3.1 Call-flow truy vấn vị trí thuê bao trong HLR .56

3.3.2 Quy mô triển khai .58

3.3.3 Phương án triển khai và tính cước dịch vụ 59

3.3.4 Thủ tục nhận thực với Server 60

3.4 Kết luận 62

KẾT LUẬN……….… .63

TÀI LIỆU THAM KHẢO .65

MỞ ĐẦU

Tại Việt Nam, số lượng thuê bao điện thoại di động không ngừng gia tăng với tốc độ chóng mặt Với dân số trên 80 triệu người, số thuê bao di động hiện tại theo thống kê đã vượt quá số lượng 110 triệu Điều này đặt ra một thách thức rất lớn đối với ngành an ninh chính là việc quản lý, giám sát đối với các thuê bao của các đối tượng cần quản lý Ngoài ra công nghệ di động trong các năm gần đây có các bước tiến nhảy vọt các nhà cung cấp dịch vụ di động, ứng dụng các công nghệ tiên tiến cho phép thuê bao ngày càng có băng thông thông hơn, với các thế hệ mạng liên tiếp được nâng cấp từ 2.5G -> 3G -> 3.5G -> 4G và trong tương lai gần có thể triển khai công nghệ mạng 5G, điều này đảm bảo cho khách hàng có đủ băng thông để sử dụng nhiều dịch vụ giá trị gia tăng ngoài dịch vụ thoại truyền thống và công nghệ được nâng cấp cũng mang lại điều lợi cho ngành an ninh là với các công nghệ mới cho phép nhà mạng có thể định vị chính xác hơn vị trí của thuê bao, nhằm mục đích tối

ưu công suất sử dụng và chất lượng cho thuê bao

Là cán bộ công tác lâu năm trong ngành an ninh, cộng với kiến thức được các thầy cô giảng dạy trong quá trình học tập Với đề tài lận văn thạc sĩ 2012A này, tôi mong muốn thực hiện nghiên cứu về công nghệ định vị cho thiết bị di động dựa trên nền mạng 3G mà hiện nay hầu hết các nhà khai thác

di động tại Việt nam đang áp dụng, để xây dựng ứng dụng về đối tượng cần giám sát, kiểm soát phục vụ cho an ninh quốc phòng Trong khuôn khổ của đề tài tôi xin được lấy mạng Vinaphone làm cơ sở khảo sát, nghiên cứu và mô phỏng thử nghiệm các dịch vụ đang có và dịch vụ tương lai dựa trên công

nghệ định vị

+ Tìm địa điểm (Near You Always)

Với nhiệm vụ được đặt ra như vậy cấu trúc luận văn được chia làm 3 chương chính như sau:

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về công nghệ định vị thuê bao trong mạng di động

Chương 2:Nghiên cứu về kỹ thuật định vị thuê bao trong mạng 3G Chương 3: Thiết kế dịch vụ định vị thuê bao trong mạng 3G và các kết quả

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AUC: Authentication Center – Trung tâm nhận thực

BSS: Base Station Subsystem – Phân hệ trạm gốc

BMC: Broadcast/multicast control – Kiêmr soát đa điểm quảng bá

BTS: Base Transceiver Station- Trạm thu phát gốc

BSC: Base Station Control - Thiết bị điều khiển trạm thu phát vô tuyến CC: Communication Control – Điều khiển thông tin

CO: Connection Orient - Hướng kết nối

CN: Core Network - Mạng lõi

CR: Connection Request – Yêu cầu kết nối

DN: Directory Number - Chỉ số thư mục

LUP: Location update posisoning - Cập nhật vị trí

RRC: Radio resource control - Kiểm soát nguồn vô tuyến

PDCP: Packet data convergence protocol – Giao thức hội tụ dữ liệu gói

RLC: Radio link control - Kiểm soát liên kết vô tuyến

MAC: Medium access control - Kiểm soát truy nhập môi trường truyền dẫn GIS: Geographic Information Systems - Hệ thống thông tin địa lý

OMC-r: Operatoins and Maintenance Center RNC - Trung tâm khai thác, bảo dưỡng mạng phần vô tuyến GSM

GPRS: General Packet Radio Service - Dịch vụ vô tuyến gói chung

IN: Intelligent Network - Mạng thông minh

SCP: Service Control Point - Điểm điều khiển dịch vụ

SDP: Service Data Point - Điểm số liệu dịch vụ

SI: Service Indicator - Chỉ định dịch vụ

SSP: Service Switching Point - Điểm chuyển mạch dịch vụ

STP: Signaling Transfer Point - Điểm chuyển tiếp báo hiệu CCS7

SP: Signalling Point - Điểm báo hiệu CCS7

SU: Signaling Unit - Đơn vị bản tin

MOC: Mobile Originated Calls - Cuộc gọi từ mạng di động ra mạng cố định PSTN

MTC: Mobile Terminated Calls - Cuộc gọi từ mạng cố định PSTN vào mạng di động

VLR: Visiter Location Register - Bộ định vị tạm trú

HLR: Home Location Register - Bộ định vị thường trú

WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access - Đa truy nhập vô tuyến băng rộng phân chia theo mã

IMS : IP Multimedia Core Network Subsystem – Hệ thống mạng lõi đa

phương tiện trên nền giao thức IP

UE : User Equiment – Thiết bị người dùng AS: Application Server – Máy chủ ứng dụng

Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động của A-GPS

Hình 1.7 Các ứng dụng trên nền dịch vụ LBS

Hình 1.8 Bảng thống kê số lượng ứng dụng dựa trên vị trí

Hình 2 1 Mô hình dịch vụ LBS trên nền Web

Hình 2.2 Mô hình dịch vụ LBS trên dịch vụ tin nhắn SMS

Hình 2 3 Mô hình dịch vụ LBS trên nền Web và SMS

Hình 2.4 Chi phí triển khai E-OTD so với A-GPS

Hình 2.5 Vị trí thuê bao xác định theo Cell-ID thông qua vị trí trạm BTS Hình 2.6 Mô hình triển khai hệ thống LBS tại Vinaphone

Hình 3.1 Sơ đồ hoạt động giải pháp iFindU

Hình 3.2 Kiến trúc tổng quan của giải pháp iFindU

Hình 3.3 Quan hệ giữa các phân hệ và Module trong giải pháp iFindU Hinh 3.4 Mô hình ca sử dụng giải pháp iFindU

Hình 3.6 Biểu đồ trình tự của giải pháp

Hình 3.7 Luồng truy vấn thông tin vị trí trong HLR thông qua bản tin MAP

-ATI/MAP-PSI Hình 3.8 Sơ đồ kết nối các luồng báo hiệu số 7 SS7 ISUP

Hình 3.9 Chu trình nhận thực với Server Pydod

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ THUÊ BAO

TRONG MẠNG DI ĐỘNG 1.1 Giới thiệu chung mạng di động 2G/3G

Các mạng di động hiện nay tại Việt nam đều có kiến trúc theo nền công nghệ 3G-NGN sử dụng công nghệ chuyển mạch gói có khả năng cung cấp đa dịch vụ tuân theo chuẩn 3GPP/ETSI Cấu trúc mạng theo tiêu chuẩn này có khả năng tích hợp các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau: GSM, UMTS, WIMAX, WLAN v.v, bảo đảm sự hội tụ giữa mạng cố định và di động trên cơ sở cấu trúc mạng lõi đa phương tiện trên nền giao thức IP (IMS) Kiến trúc IMS được chia làm 3 lớp như sau:

- Mặt phẳng truyền tải: Bao gồm thiết bị người dùng (UE), các giao

tiếp kết nối vào mạng lõi IP

- Mặt phẳng điều khiển và báo hiệu: Các giao thức điều khiển và báo

hiệu trong IMS

- Mặt phẳng ứng dụng và dịch vụ: Bao gồm máy chủ ứng dụng (AS) và

các máy chủ thuê bao thường trú (HSS)

Hình 1.1 Kiến trúc IMS(Theo IEC Newletter)

1.1.1 Mặt phẳng truyền tải (Media/Transport Plane)

- Thông qua mặt phẳng này các thuê bao di động có thể trao đổi dữ liệu với nhau hoặc trao đổi dữ liệu với các thuê bao ngoài IMS qua các cổng giao tiếp (Gateway) Có ba loại cổng giao tiếp sử dụng trong mô hình IMS:

 Cổng giao tiếp đa phương tiện MGW (Media Gateway ):

Giao tiếp dữ liệu giữa hệ thống IMS với các phần tử của mạng chuyển mạch kênh

 Cổng báo hiệu SGW (Signalling Gateway )

Là cổng để chuyển đổi các giao thức báo hiệu và điều khiển của các mạng báo hiệu khác nhau Trong cấu trúc của cổng báo hiệu chia làm hai thành phần chính: Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) và cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW)

 Cổng chuyển đổi giao thức IP (IMS Gateway)

Chức năng của IMS Gateway sử dụng chuyển đổi giao thức truyền tải

và báo hiệu sang giao thức IP.IMS Gateway hỗ trợ cả chuyển đổi sang cả hai phiên bản của giao thức IP là : IPv4 và IPv6, do vậy trong cấu trúc IMS Gateway có các khối chức năng sau:

- IMS Application Layer Gateway (IMS-ALG): Chức năng để duy trì báo hiệu từ một IMS đến một mạng khác mà IMS này liên kết Ngoài ra IMS-ALG còn chức năng điều khiển phiên TrGW

- Transition Gateway (TrGW): Có chức năng tự động cấp phát IP cho một phiên làm việc với kho IPv4 cài sẵn, ngoài ra nó còn chức năng chuyển đổi từ giao thức IPv4 sang giao thức IPv6

1.1.2 Lớp điều khiển (Control/Signalling Plane)

kí với nhà mạng mà P-CSCF kết nối Ngoài ra P-CSCF còn có các chức năng liên quan đến bảo mật và báo hiệu Nó thiết lập một số liên kết bảo mật với các thiết bị đầu cuối của mình nhằm trao đổi các thông tin giao thức SIP một cách toàn vẹn Các thiết bị đầu cuối và Proxy-CSCF có thể liên lạc thông qua một liên kết vô tuyến với băng thông thấp Ngoài ra nó còn có khả năng xác thực nhận dạng thông tin của khách hàng và gửi tới các node khác trong mạng, nhờ đó mà các node khác không cần phải xác thực lại và có thể sử dụng trực tiếp các thông tin đó để sử dụng cho việc cung cấp các dịch vụ

- Serving-CSCF (S-CSCF): Là một nút trung tâm của hệ thống IMS,

chịu trách nhiệm đăng kí tên miền, duy trì trạng thái phiên và lưu trữ hồ sơ dịch vụ S-CSCF có quyền truy cập tất cả các thông tin dữ liệu của người sử dụng được lưu trữ trong HSS qua giao tiếp Cx (Giao thức DIAMETE)

S-CSCF tham gia trong tất cả các quá trình báo hiệu từ hệ thống IMS về người dùng, giữ vai trò quyết định chọn lựa AS nào sẽ cung cấp dịch vụ cho người dùng Ngoài ra S-CSCF còn giữ chức năng là cung cấp các dịch vụ định tuyến SIP và tham gia chính sách điều hành mạng bằng việc ngăn cản hoặc cho phép thiết lập phiên

- Interrogating-CSCF (I-CSCF): Là một máy chủ SIP proxy lưu trữ các

bản hệ thống tên miền DNS (Domain Name Server) Khi cần gửi một bản tin SIP đến một miền cụ thể, nó tra cứu DNS để có đươc địa chỉ của máy chủ SIP của miền đó Nó cũng giao tiếp với HSS và SLF thông qua giao tiếp Cx

(Giao thức DIAMETER) nhằm mục đích lấy thông tin vị trí người sử Nó định tuyến thông điệp yêu cầu SIP nhận được từ một mạng khác đến S-CSCF tương ứng Ngược lại, I-CSCF sẽ định tuyến thông điệp yêu cầu SIP hoặc thông điệp trả lời SIP đến một S-CSCF/I-CSCF nằm trong mạng của một nhà cung cấp dịch vụ khác

Khối chức năng điều khiển cổng truyền thông (MGCF-Media Gateway Control Function MGCF): MGCF là điểm kết cuối PSTN cho một mạng xác

định Chức năng chính:

- Điều khiển trạng thái cuộc gọi, kết nối cho các kênh phương tiện

- Truyền thông với CSCF

- Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa mạng kế thừa

- Điều khiển các MGW qua giao tiếp Mn

Khối chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF - Breakout Gateway Control Function): Chức năng là quyết định cái mà MGCF sẽ xử lý trong một phiên riêng Nếu nó quyết định có một MGCF trong một vùng miền khác có thể xử lý các phiên làm việc này thì nó sẽ chuyển bản tin SIP nó đã

- HSS là một trung tâm lưu trữ của tất cả các thuê bao trong phạm vi của HSS Mọi thông tin liên quan đến người sử dụng sẽ được bảo mật

- SLF là khối chức năng như một cơ sở dữ liệu nhằm xác định vị trí của thuê bao nằm trên HSS nào

Thông thường một mạng sẽ có nhiều các HSS, các HSS này sẽ bắt tay với nhau để hỗ trợ việc tìm kiếm thuê bao của HSS này khi qua vùng của HSS khác thông qua các SLF, sau đó HSS mà thuê bao đang ở sẽ thông báo lại cho HSS chủ quản Do đó SLF rất quan trọng đối với những mạng diện rộng nhiều HSS cho việc quản lý các thuê bao sử dụng Cả HSS và SLF đều hoạt động dựa trên giao thức DIAMETER, tức là xác định khoảng cách từ thuê bao đến trạm gốc

Máy chủ ứng dụng (AS-Application server): Các dịch vụ của IMS được cài đặt trong AS AS tương tác với S-CSCF thông qua giao thức SIP để cung cấp dịch vụ đến người dùng AS liên lạc với S-CSCF qua giao tiếp ISC trên nền giao thức SIP và với các HSS thông qua cổng giao tiếp Sh trên nền

giao thức DIAMETER

1.2 Công nghệ định vị trong mạng di động

Định vị một thuê bao trong mạng di động là xác định vị trí của một thuê bao theo trạm thu phát sóng đang phục vụ thuê bao đó để từ đó cung cấp các dịch vụ chỉ dẫn, tìm kiếm Các dịch vụ dựa theo công nghệ định vị một thuê bao có thể chạy trên nền mạng 2G hoặc 3G

1.2.1 Giới thiệu công nghệ GIS:

Công nghệ định vị cho một thuê bao di động còn được gọi tắt là: GIS (Geographic Information Systems) và các kỹ thuật định vị đang mở ra cơ hội cho các ứng dụng truyền thống sang phát triểncác ứng dụng dựa trên vị trí thuê bao Công nghệ 3G được triển khai là cơ hội rất lớn cho phép tích hợp các công nghệ này vào thiết bị di động, qua đó các nhà khai thác cung cấp rất nhiều các ứng dụng khác nhau cho khách hàng khi đã xác định được vị trí của

họ Các ứng dụng phát triển dựa trên vị trí thuê bao gọi tắt là: LBS (Location Based Services)

Nhu cầu và tính phổ dụng của các dịch vụ LBS có thể thấy được rõ rệt thông qua số lượng ứng dụng dựa trên vị trí ngày càng tăng trên AppStore của Apple

Hình 1.3 Thống kê số lượng các ứng dụng iPhone dựa trên vị trí

1.2.2 Phân tích kỹ thuật định vị thuê bao trên mạng di động

Việc xác định vị trí thuê bao di động là gắn với các phân tử vô tuyến trong mạng di động và một trong những trung tâm nhất cần phải thực hiện để cung cấp dịch vụ LBS Các nhà cung cấp dịch vụ LBS trong di dộng 2G/3G

sử dụng các phương pháp khác nhau để xác định vị trí thuê bao, có thể chia phương pháp định vị làm hai loại chính:

 Dựa trên cơ sở mạng như: Cell-ID, TOA (Time Of Arrival), AOA

(Angle of Arrival), TDOA (Time Difference Of Arrival)

 Dựa trên máy di động như: E-OTD, A-GPS

Ngoài ra người ta cũng có thể chia các kỹ thuật này tuỳ thuộc nó có phụ thuộc vào hệ thống định vị toàn cầu GPS hay không

Tuy nhiên vậy, các kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất trong mạng di động là: Cell-ID, E-OTD, A-GPS, và hiện nay giải pháp được sử dụng rộng rãi nhất là kết hợp tất cả các kỹ thuật với nhau

Cell – ID (Cell site Identification):

Cell-ID được sử dụng trong mạng GSM, GPRS và WCDMA, đây là cách xác định vị trí thuê bao đơn giản nhất Phương pháp này yêu cầu mạng xác định định danh của trạm gốc mà máy di động đang trực thuộc, nếu có được thông tin này thì vị trí của máy chính là vùng do trạm gốc đó quản lý Tuy nhiên, do máy di động có thể ở mọi vị trí bất kỳ trong cell nên độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào kích cỡ cell Nếu máy di động thuộc vùng đô thị, mật độ đông thì kích cỡ cỡ cell bé nên độ chính xác cao hơn, vùng ngoại ô kích cỡ cell lớn hơn nhiều nên sai lệch về vị trí có thể lên tới chục km

Để tăng độ chính xác người ta dùng sector-ID hoặc có thể kết hợp với một hay cả hai kỹ thuật TA (Timing Advance) và dựa vào cường độ của tín hiệu Cả hai kỹ thuật này ban đầu được dành cho các mục đích khác do đó khi dùng để xác định vị trí thì có thể sử dụng các thiết bị đã tồn tại trong mạng di động Kỹ thuật TA sử dụng thông tin về sai lệch thời gian được gửi từ BTS tới hiệu chỉnh thời gian phát của MS sao cho tín hiệu từ MS tới BTS đúng với khe thời gian dành cho MS để tính ra khoảng cách từ MS tới BTS Tuy nhiên,

kỹ thuật TA chỉ cho biết MS trong vùng địa lý của BTS đang phục vụ nó với bán kính xác định được nhờ TA Ngoài ra, trong mạng thông tin di động MS thường đo độ mạnh của tín hiệu từ một số BTS và gửi thông tin này đến BTS đang phục vụ nó, vì vậy có thể dựa vào thông tin độ mạnh tín hiệu này để tính

ra được vị trí MS với độ chính xác cao hơn TA Tuy nhiên, có rất nhiều yếu tố làm hạn chế hiệu quả của phương pháp này như địa hình, suy hao ở môi trường trong nhà (các vật liệu xây dựng, hình dạng, kích cỡ toà nhà)

Hình 1.4: Cell-ID kết hợp với Cell-sector hoặc TA

Cell-ID và các kỹ thuật tăng cường hỗ trợ nó mặc dù có một số ưu điểm nhất định như: ít phải thay đổi phần cứng của mạng, ít tốn kém, thì độ kém chính xác, tính phụ thuộc vào mật độ cell làm cho phương pháp xác định này chỉ có khả năng hỗ trợ cho một số ít các dịch vụ

Bảng1.1 Tổng kết các đặc tính và chỉ tiêu của phương pháp cell-ID

to First Fix) Tốt Khoảng 1 giây

Đầu cuối Tốt Không cần có sự thay đổi nào, không tốn pin

Roaming Tốt Yêu cầu có LS (Location server) ở mạng khách

Hiệu suất Tốt Sử dụng tối thiểu băng thông và dung lượng của mạng

Khả năng mở

rộng Tốt Rất dễ dàng khi mở rộng mạng

Tính tương

thích Rất tốt Cell-ID có thể dùng trong tất cả các mạng

E-OTD (Enhanced Observed Time Difference)

E-OTD là kỹ thuật chỉ dùng trong mạng thông tin di động Trong mạng này máy di động giám sát các cụm truyền từ các trạm gốc lân cận và đo độ lệch thời gian các khung từ các trạm gốc này làm cơ sở của phương pháp xác định vị trí Độ chính xác của phương pháp E-OTD phụ thuộc vào độ phân giải của phép đo độ lệch thời gian, vị trí địa lý đặt các trạm gốc lân cận và môi trường truyền sóng Máy di động phải đo thời gian chênh lệch từ ít nhất ba trạm gốc để hỗ trợ xác định được vị trí của các máy di động

Đối với E-OTD thì việc xác định vị trí thuê bao chỉ dùng trong mạng GSM/ GPRS, không thể áp dụng cho mạng WCDMA đây là nhược điểm chính của kỹ thuật này khi các thuê bao 3G ngày một nhiều và lưu lượng chủ yếu về phần thoại và phần internet của các thuê bao tăng

Sau đây là hình vẽ về nguyên lý hoạt động của E-OTD:

Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động của E-OTD

Với phương pháp E-OTD, thời gian chính xác là tham số hết sức quan trọng để xác định vị trí của máy di động, vì vậy trong mạng GSM/GPRS yêu cầu có thêm các phần tử LMU (Location Measurement Unit) với tỷ lệ cứ khoảng 1,5 trạm gốc cần có 1 LMU Như vậy, việc đưa thêm phần tử mới LMU vào mạng làm cấu trúc mạng thay đổi đáng kể Để cung cấp dịch vụ này

ở diện rộng cần lắp đặt rất nhiều LMU cho các trạm gốc của mạng, điều này yêu cầu các kỹ sư phải định cỡ mạng, đánh giá ảnh hưởng tới phần vô tuyến khi lắp thêm các phần tử này Ngoài ra, máy di động cũng cần nâng cấp về phần mềm để hỗ trợ cho E-OTD và khách hàng phải mang máy của mình đến các trung tâm để cập nhật phần mềm này Hơn nữa, thuê bao sẽ gặp phải vấn

đề khi họ roaming sang mạng của nhà khai thác khác , mà mạng này không cài đặt các phần tử LMU

E-OTD là giải pháp cải thiện được các chỉ tiêu so với cell-ID, tuy nhiên lại yêu cầu rất nhiều LMU Điều này có nghĩa là làm tăng chi phí, khó thực hiện…Ngoài ra, E-TOD yêu cầu có được thông tin từ ít nhất 3 trạm gốc, do

đó phương pháp này sẽ cho độ chính xác kém ở những vùng mật độ trạm gốc thưa thớt như các vùng biên giới, hải đảo , hoặc trong trường hợp các trạm gốc thẳng hàng (dọc các đường quốc lộ, )

Bảng1.2.Tổng kết các đặc tính, chỉ tiêu của E-OTD

Độ ổn định Trung bình Độ chính xác phụ thuộc vào mật độ, vị trí BTS

Độ chính xác Trung bình Từ 100 đến 500 m

TTFF (Time to

First Fix) Tốt Khoảng 5 giây

Đầu cuối Tốt Chỉ yêu cầu thay đổi phần mềm, không tốn pin

Roaming Kém Yêu cầu phải có LS(Location server) và LMU

trong mạng khách

Hiệu suất Kém Sử dụng băng thông và dung lượng của mạng cho

lưu lượng của LMU

Khả năng mở

rộng Kém Khi mở rộng yêu cầu lắp đặt thêm các LMU

Tính tương thích Kém Chỉ sử dụng được trong mạng GPRS/GSM, không

thể áp dụng cho mạng WCDMA

A-GPS (Assisted GPS)

từ vệ tinh quá yếu Để giải quyết vấn đề này người ta sử dụng một server GPS Location server) cung cấp các thông tin liên quan đến vệ tinh cho các máy thu Những thông tin hỗ trợ từ server này giúp máy thu giảm được thời gian xác định vị trí và cho phép các máy thu A-GPS hoạt động trong các môi trường khác nhau

(A-Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động của A-GPS

Máy thu A-GPS hoạt động ở hai dạng chính: Dựa trên máy di động (MS-Based) và hỗ trợ từ máy di động (MS-assisted) Ở dạng hỗ trợ từ máy di động, máy thu A-GPS trong máy di động nhận một ít thông tin từ server A-GPS LS và tính khoảng cách đến các vệ tinh, các thông tin này được máy di động gửi lại server để server này xác định vị trí của máy di động Ở dạng dựa

trên máy di động, máy di động xác định luôn vị trí của nó nhờ các thông tin

hỗ trợ từ server

A-GPS cho độ chính xác cao hơn so với Cell -ID, E-OTD và có thể hoạt động ở mạng đồng bộ hoặc không đồng bộ mà không cần lắp thêm các LMU Việc thực hiện A-GPS hầu như không ảnh hưởng nhiều đến hạ tầng mạng và có thể hỗ trợ tốt cho việc roaming, tuy nhiên với các máy di động yêu cầu phải có thêm phần mạch A-GPS

Bảng 1.3 Tổng kết các đặc tính của A-GPS

Độ ổn định Tốt Độ chính xác cao ở mọi vị trí địa lý

TTFF (Time to First Fix) Tốt Khoảng 5 đến 10 giây

Đầu cuối Kém Yêu cầu thay đổi cả phần cứng, phần mềm Roaming Tốt Yêu cầu phải có A-GPS LS ở mạng khách

Hiệu suất Tốt Sử dụng ít băng thông và dung lượng của

mạng Khả năng mở rộng Tốt Rất dễ dàng mở rộng

Tính tương thích Tốt Hỗ trợ tất cả các mạng GSM, GPRS và

WCDMA

tới, tuy vậy nó sẽ giảm mạnh đi khi thuê bao ở trong các toà nhà hoặc vùng mật độ đông đúc Những nơi này thường mật độ cell rất cao do đó phương pháp cell-ID lại có khả năng xác định được vị trí khá chính xác cho dù không bằng A-GPS Kết hợp hai phương pháp này làm tăng khả năng roaming cho thuê bao và có thể hỗ trợ cho rất nhiều máy di động đã có trong mạng

Ngoài phương án kết hợp A-GPS với Cell-ID người ta cũng có kết hợp A-GPS với E-OTD Với phương án này thì A-GPS được sử dụng trong phần lớn mạng còn E-OTD được triển khai dạng ốc đảo Bằng cách này người ta làm tăng độ chính xác khi định vị cũng như giúp các nhà khai thác cung cấp

đa dạng các dịch vụ dựa trên vị trí

Bên cạnh nguyên lý của các kỹ thuật định vị người ta cũng xem xét đến rất nhiều khía cạnh khác của nó như tính riêng tư và độ tiện lợi cho khách hàng, chi phí để triển khai cũng như khả năng hoàn vốn

- A-GPS cho phép khách chủ động đóng mở chức năng định vị của máy

đi động do đó tính riêng tư và độ tiện lợi của nó tốt hơn so với cell-ID và OTD

E Chi phí triển khai cellE ID là thấp nhất và chi phí để triển khai EE OTD

là cao nhất (do cần rất nhiều LMU) và lớn hơn khoảng 2,5 lần so với A-GPS Tuy nhiên, với cell-ID thì nhà khai thác chỉ cung cấp được rất ít các dịch vụ

gia tăng, còn A-GPS cho phép cung cấp được nhiều loại dịch vụ hơn so với OTD (vì nó có độ chính xác cao hơn), do đó khả năng hoàn vốn của A-GPS là cao nhất và của cell-ID là thấp nhất

E-Bảng 1.4.Tổng kết các đặc tính của mỗi loại kỹ thuật định vị

Độ chính xác Kém (100 m

đến 20 km)

Trung bình (100 đến 500 m)

Tốt (5 đến

50 m)

Tốt (5 đến

50 m) TTFF (Time to

First Fix) Tốt (1 s) Tốt (5 s) Tốt (5->10

s)

Tốt (5->10 s)

 Các dịch vụ khẩn cấp (Emergency Services)

 Dịch vụ dò tìm (Tracking)

Hình 1.7 Các ứng dựng trên nền dịch vụ LBS

Dịch vụ thông tin dựa trên vị trí: Loại dịch vụ này gồm nhiều ứng

dụng có các thông tin đã được lựa chọn và chuyển tải đến người sử dụng đầu cuối dựa vào vị trí của họ Chẳng hạn, một khách hàng có thể cần tìm ra 1

nhà hàng thích hợp, ứng dụng LBS sẽ tương tác với các thành phần khác trong mạng để xác định được vị trí của khách hàng này và cung cấp danh sách các nhà hàng gần họ nhất

Các loại dịch vụ khác nhau yêu cầu độ chính xác về vị trí của thuê bao cũng khác nhau và tuỳ thuộc vào loại thông tin cung cấp Ví dụ, dịch vụ dẫn đường yêu cầu độ chính xác cao còn dịch vụ cung cấp thông tin thời tiết thì chỉ cần độ chính xác tương đối

Tính cước theo vị trí địa lý: Loại ứng dụng này cung cấp khả năng có

tính cước ưu đãi Thông qua dịch vụ tính cước theo vị trí địa lý, khách hàng

có thể thiết lập các vùng dành riêng chẳng hạn “vùng làm việc” hoặc “vùng

cư trú” Khách hàng sẽ thoả thuận với nhà cung cấp về giá cước để họ có thể đạt được tốc độ dữ liệu không thay đổi khi thuộc vùng cư trú và các tốc độ cao hơn ở vùng làm việc Loại hình dịch vụ này có thể đặc biệt hữu ích khi sử dụng cùng với các ứng dụng di động khác như dịch vụ thuê bao trả trước

Dịch vụ khẩn cấp: Khách hàng có thể gọi các dịch vụ khẩn cấp từ máy

di động của họ, dịch vụ này sẽ xác định vị trí cũng như các thông tin cá nhân liên quan như tình trạng sức khoẻ, nhóm máu và thông báo với thời gian ngắn nhất cho cảnh sát/cứu thương/ chữa cháy gần nhất

Dịch vụ dò tìm: Những dịch vụ này bao gồm cả các ứng dụng cho cá

nhân và tập thể và độ chính xác của nó cũng đòi hỏi rất cao Có ba loại dịch

vụ dò tìm chủ yếu:

người tiêu dùng còn khá xa lạ với LBS (36%), nhưng phần lớn có thể nói rõ các ứng dụng riêng rẽ của dịch vụ này

Bên cạnh đó, cuộc khảo sát cũng cho thấy, hiện nay LBS gần như đồng nghĩa với ứng dụng điều hướng (map & navigation) Ngoài ra, người tiêu dùng cũng sẵn sàng xem xét và sử dụng: định vị các dịch vụ gần nhất (56%), cảnh báo các dịch vụ khẩn cấp theo vị trí của họ (45%), tìm kiếm bạn bè (17%) và được thông báo về các sự kiện trong khu vực của họ (15%)

Các thống kê số lượng ứng dụng dựa trên vị trí được download trên AppStore của Apple cũng cho thông tin khá gần với khảo sát trên

Hình 1.8 Bảng thống kê số lượng ứng dụng dựa trên vị trí

1.3 Kết luận

Trong chương 1 nhận thấy nhu cầu rất lớn của các ứng dụng phát triển dựa trên việc xác định vị trí thuê bao, ngoài ra giới thiệu tổng quan nhất về các kỹ thuật định vị thuê bao sử dụng trong mạng thông tin di động và đặc biệt trong mạng 3G và các các mạng thế hệ sau Việc tận dụng cơ sở hạ tầng mạng sẵn có của hệ thống thông tin di động vào tiện ích định vị thuê bao mở

ra khả năng hiện thực hóa cho một lớp các ứng dụng dựa trên vị trí thuê bao như: Xác định vị trí, tìm kiếm , cứu nạn và đặc biệt phục vụ cho công tác an ninh quốc phòng Trong chương kế tiếp sẽ tiến hành giới thiệu sâu hơn về kỹ thuật định vị sử dụng trong mạng 3G và mô hình triển khai nó

địa lý) là dịch vụ được tạo ra từ sự kết hợp của công nghệ GPS (Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu), công nghệ truyền thông không dây, công nghệ GIS (Geographic Information Systems - Hệ thống thông tin địa lý) và công nghệ Internet

LBS là phần giao giữa ba nhóm công nghệ là các công nghệ thông tin, công nghệ truyền thông di động và các hệ thống thông tin địa lý (GIS)/cơ sở dữ liệu (CSDL) không gian

2.2 Các thành phần cơ bản của LBS

LBS bao gồm các thành phần chính sau:

- Các thiết bị di động: Là các công cụ để thuê bao yêu cầu và truy

cập các thông tin mong muốn Kết quả trả về có thể là lời nói, tranh ảnh hay văn bản Các thiết bị có thể là điện thoại di động, thiết bị hỗ trợ cá nhân kỹ thuật số (PDA), máy tính xách tay, thậm chí là thiết bị dẫn đường trên ô tô

- Mạng truyền thông: thành phần thứ hai là mạng truyền thông với

vai trò truyền các dữ liệu đến thuê bao, các yêu cầu dịch vụ từ các thiết

bị di động đầu cuối đến các nhà cung cấp dịch vụ và sau đó tải các thông tin về phía thuê bao

- Hệ thống định vị: Để dịch vụ có thể hoạt động được, cần thiết phải

xác định được vị trí của thuê bao

- Các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng: Các nhà cung cấp dịch

vụ có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau cho thuê bao v à có trách nhiệm

xử lý các yêu cầu dịch vụ của thuê bao

- Nhà cung cấp dữ liệu và nội dung: Các dữ liệu và nội dung liên

quan như bản đồ, dữ liệu về giao thông đều được lưu trữ tại các công ty, các cơ quan có thẩm quyền

2.3 Các kiểu dịch vụ LBS

Có hai kiểu dịch vụ là đẩy (Push) và kéo (Pull) được phân biệt dựa vào đặc điểm là thông tin được cung cấp có tương tác với người dùng hay không [9]:

Dịch vụ kiểu Pull: cung cấp thông tin theo các yêu cầu trực tiếp

của người dùng

Dịch vụ kiểu Push: cung cấp thông tin theo yêu cầu trực tiếp

hoặc không trực tiếp của người dùng

Mô hình nặng máy chủ, nhẹ máy trạm

Mô hình nhẹ máy chủ, nặng máy trạm

Mô hình cân bằng