MỞ ĐẦU Khái quát về công trình nghiên cứu Trong luận án này, khái niệm thiết bị di động (MD) sẽ được đồng nhất với điện thoại di động (MP), hay trạm di động (MS) hay thiết bị người dùng (UE) tùy theo ngữ cảnh trình bày. Một số khái niệm như kỹ thuật định vị, công nghệ định vị hay phương pháp/ giải pháp định vị đôi khi cũng được dùng cùng một nghĩa, tùy theo ngữ cảnh. Định vị thiết bị di động (hay định vị điện thoại di động, định vị di động) có tầm quan trọng và ý nghĩa to lớn, thiết thực trong công nghệ viễn thông di động; trong các lĩnh vực kinh tế, xã hội, an ninh công cộng và đời sống con người. Ngay khi thiết lập mạng viễn thông di động, kỹ thuật định vị đã được nghiên cứu áp dụng để mạng di động xác định được vị trí của thuê bao và phục vụ.
Trong quá trình hoạt động, mạng di động phải thực hiện nhiều phương pháp định vị để phục vụ các yêu cầu dịch vụ, điển hình như cung cấp các dịch vụ dựa trên vị trí (LBS). Ta có thể thấy, một trong những ứng dụng rộng rãi, có giá trị nhất của định vị thiết bị di động trong kinh tế, xã hội, chuyên dùng và đời sống là dẫn đường. Trong an ninh công cộng, định vị thiết bị di động đặc biệt cần thiết cho thông tin chỉ huy, điều hành; thông tin khẩn cấp và cứu hộ cứu nạn; giám sát an ninh công cộng và nhiều hoạt động khác. Do vậy, kỹ thuật, công nghệ và các ứng dụng của định vị thiết bị di động là lĩnh vực luôn được quan tâm nghiên cứu, phát triển.
Những năm gần đây, công nghệ điện tử và viễn thông di động đã có sự phát triển nhanh chóng, vượt bậc. Thế giới đã trải qua 4 thế hệ công nghệ di động 1G/2G/3G/4G và hiện đang phát triển 5G, một số nước đã bắt đầu nghiên cứu về 6G. Ở nước ta, kể từ khi có mạng di động đầu tiên với công nghệ tương tự APMS (hệ thống Callink tại TP. Hồ Chí Minh) vào đầu những năm 1990, sau đó là mạng di động số GSM của Mobifone từ năm 1994, đến nay đã có 5 nhà mạng di động cung cấp dịch vụ: Mobifone, VNPT-Vinaphone, Viettel Mobile, Vietnammobile và Gtel Mobile.
Trong đó, Gtel Mobile chỉ cung cấp rất hạn chế 2G; Vietnammobile cũng cung cấp hạn chế 2G, 3G; ba nhà mạng còn lại chiếm thị phần chính và cung cấp đầy đủ 2G, 3G, 4G với vùng phủ sóng rộng rãi trên toàn quốc. Ba nhà mạng này cũng đang thử 2 nghiệm triển khai 5G ở một số tỉnh, thành phố. Hiện chúng ta đang chuẩn bị đấu giá băng tần 5G và phát triển cung cấp dịch vụ 5G trong thời gian tới. Có thể gọi mạng di động hiện nay là một mạng hỗn hợp cung cấp dịch vụ cùng lúc cả 3 thế hệ 2G/3G/4G.
Cùng với sự ra đời của các công nghệ mới, tiên tiến như điện thoại thông minh, máy tính bảng, mạng Wifi công cộng, các dịch vụ gọi thoại và nhắn tin miễn phí, bảo mật trên nền mạng di động - Internet. Có thể nói, kết nối di động băng rộng 3G/4G/Wifi hiện nay đã phổ biến đến đa số người dân, doanh nghiệp, chuyên dùng. Một thiết bị di động bất kỳ như điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính xách tay hay bất cứ modul chuyên dùng nào có gắn Sim 4G đều có thể cùng lúc hoạt động được với đa mạng băng rộng 3G/4G/LTE/Wifi và 2G ở bất cứ đâu trong vùng phủ sóng. Một cá nhân, đôi khi sở hữu nhiều thiết bị di động để liên lạc, kết nối, truy nhập cho nhiều mục đích khác nhau.
Hiện đã có nhiều dòng điện thoại di động mới hỗ trợ 5G. Trong đó, có rất nhiều thuê bao/thiết bị kết nối có thể ẩn danh, ví dụ điển hình là khi sử dụng SIM rác, SIM Box, số ảo, các dịch vụ liên lạc trên nền mạng như Zalo, Viber, Whatsapp, Telegram, Messeger, Wechat v. Các trình bày ở sau đây sẽ sử dụng thuật ngữ định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư hay định vị thiết bị di động 4G. Những số liệu và thông tin sau được cung cấp trong [1] và [2]: - Tính đến cuối Tháng 12/2022, tổng số thuê bao điện thoại của Việt Nam ước đạt 129,7 triệu thuê bao, tăng 3,1% so với cùng thời điểm năm trước, trong đó số thuê bao di động là 127,2 triệu, tăng 3,7%; thuê bao truy nhập Internet băng rộng cố định ước đạt 21 triệu, tăng 8,6%.
- Trong Chiến lược quốc gia phát triển kinh tế số và xã hội số, mục tiêu phấn đấu đến năm 2025, tỉ lệ dân số đến độ tuổi trưởng thành có điện thoại thông minh đạt 95%. Nếu đạt được mục tiêu đó, cùng với các mục tiêu về hạ tầng số và chuyển đổi số khác thì số lượng thuê bao di động thông minh sẽ đến hàng trăm triệu (vì mỗi người có thể sở hữu một hoặc nhiều thuê bao), tức là số thuê bao sử dụng dịch vụ di động băng rộng 3G/4G/Wifi và tiến tới là 5G sẽ rất lớn. 3 Sự phát triển nêu trên vừa là điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế, xã hội của đất nước vừa là thách thức đối với công tác an ninh công cộng. Các đối tượng đang và sẽ triệt để lợi dụng sự phát triển của công nghệ, dịch vụ trên nền tảng điện thoại di động và không gian mạng vào hoạt động.
Việc tìm kiếm, xác định và truy vết các đối tượng có hành vi xâm phạm an ninh, trật tự là hết sức cần thiết nhưng rất khó khăn khi chúng lợi dụng dịch vụ di động 4G để hoạt động. Bên cạnh đó, đối với các yêu cầu như tìm kiếm cứu hộ, cứu nạn, việc định vị thiết bị di động để tìm kiếm một người gặp nạn gặp nhiều khó khăn do độ khả dụng, thời gian định vị và độ chính xác định vị chưa đáp ứng yêu cầu. Các dịch vụ xã hội liên quan đến vị trí di động như dẫn đường, tiếp thị từ xa cũng gặp nhiều khó khăn, hạn chế. Do vậy, định vị thiết bị di động 4G là một yêu cầu thực tế và cấp thiết.
Qua nghiên cứu và khảo sát thực tế, đã có một số giải pháp kỹ thuật định vị di động nhưng hiện không có giải pháp kỹ thuật nào hiệu quả đối với yêu cầu định vị thiết bị di động 4G cho công tác an ninh. Một số nghiên cứu liên quan cũng đã chỉ ra điều này [3], [4], [27], [29], [38]. Đa phần, các nghiên cứu chuyên sâu, các tiêu chuẩn là riêng cho kỹ thuật mạng (để kết nối phục vụ thuê bao), ứng dụng của chính nhà mạng cung cấp (như LBS) [43, 44, 45], hay nhiều hơn nữa là các ứng dụng dịch vụ như Google Maps, cứu hộ cứu nạn như E911 của Mỹ và Canada [25]…Hiện chưa có công trình nghiên cứu khoa học nào đã được công bố giải quyết riêng, tổng hợp về vấn đề định vị thiết bị di động 4G ứng dụng cho công tác an ninh. Ngoài ra, luận án chưa tìm thấy một tài liệu khả dụng nào của các nhà cung cấp thiết bị chuyên dụng trên thế giới về lĩnh vực này.
Một số nhà cung cấp có giới thiệu về giải pháp định vị di động 4G nói chung [35, 36, 55-58], nhưng chưa thấy bất cứ tài liệu khoa học, kỹ thuật cụ thể nào hoặc chỉ đưa ra được một phương án kỹ thuật với tác dụng còn rất hạn chế. Do vậy, vấn đề cấp thiết hiện nay là nghiên cứu, tìm hiểu được một giải pháp kỹ thuật hiệu quả (có tính khả thi, khả dụng, thời gian nhanh chóng và độ chính xác cao) để định vị thiết bị di động 4G và nghiên cứu mô hình hệ thống kỹ thuật ứng dụng cho công tác an ninh. (Bên cạnh ứng dụng cho an ninh công cộng, định vị thiết bị di 4 động 4G cũng có thể ứng dụng rộng rãi cho các lĩnh vực khác như thông tin điều hành, chỉ huy, cứu hộ cứu nạn, dẫn đường v. Với tầm quan trọng, ý nghĩa của định vị thiết bị di động nêu trên, sự phát triển của công nghệ di động, căn cứ vào yêu cầu thực tế, NCS đã đề xuất và được giao thực hiện Đề tài luận án Tiến sĩ Kỹ thuật viễn thông: “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư và ứng dụng cho công tác an ninh”.
Những vấn đề đặt ra cần nghiên cứu Như đã phân tích ở trên, việc nghiên cứu đề tài luận án giải quyết cac yêu cầu sau đây: - Định vị được thiết bị di động 4G một cách khả thi, khả dụng, nhanh chóng và chính xác. Giải pháp kỹ thuật và mô hình hệ thống định vị thiết bị di động 4G và ứng dụng của nó cho công tác an ninh trong thực tế. - Các cơ sở khoa học, tính mới của giải pháp kỹ thuật, khả năng ứng dụng và hướng phát triển tiếp theo của giải pháp. - Những đóng góp mới về mặt học thuật của luận án, ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án.
Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài * Mục tiêu của đề tài luận án là nghiên cứu, đề xuất giải pháp kỹ thuật có hiệu quả, từ đó xây dựng được mô hình hệ thống kỹ thuật tổng thể định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư và ứng dụng cho công tác an ninh. Trên cơ sở đó làm rõ các đóng góp khoa học và thực tiễn của kết quả nghiên cứu; tính mới, tính hiệu quả của giải pháp được đề xuất; đáp ứng yêu cầu của cơ quan an ninh, phù hợp với điều kiện thực tế và có khả năng mở rộng đáp ứng yêu cầu phát triển trong tương lai. * Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể gồm 6 vấn đề sau đây: (1) Làm rõ những luận giải, lý giải trước đây của việc định vị di động, định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư và yêu cầu ứng dụng cho công tác an ninh. (2) Tìm hiểu tình hình nghiên cứu liên quan và các vấn đề đặt ra ở trong nước, ngoài nước; những mặt đã đạt được, còn tồn tại và hướng giải quyết.
5 (3) Cơ sở khoa học, các nguyên lý kỹ thuật định vị di động, các công nghệ định vị di động, các kỹ thuật và công nghệ có liên quan đến vấn đề đặt ra cần nghiên cứu. (4) Phân tích, lựa chọn và đề xuất giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả định vị thiết bị di động, cụ thể là nâng cao tính khả thi, độ khả dụng, đảm bảo thời gian nhanh và tăng độ chính xác định vị.