Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư và ứng dụng cho công tác an ninh

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư và ứng dụng cho công tác an, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng

• Tác giả: Nguyễn Hồng Thủy
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Nhật Thăng
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Giải Pháp Kỹ Thuật Định Vị Thiết Bị Di Động Thế Hệ Thứ Tư
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
• BẢNG CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Khái quát về công trình nghiên cứu
• 0.2. Những vấn đề đặt ra cần nghiên cứu
• 0.3. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 0.4. Phương pháp nghiên cứu
• 0.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án
• 0.6. Bố cục Luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH VỊ DI ĐỘNG
• 1.1. Khái quát về định vị di động và các ứng dụng của định vị
• 1.2. Những giả thuyết, lý giải trước đây về định vị di động và ứng dụng cho công tác an ninh
• 1.3. Cơ sở lý thuyết liên quan
• 1.4. Nguyên lý kỹ thuật định vị di động. So sánh các công nghệ định vị di động
• 1.5. Các yêu cầu định vị di động của công tác an ninh
• 1.6. Tình hình nghiên cứu liên quan, những tồn tại và hướng giải quyết
• 1.6.1. Tình hình nghiên cứu liên quan
• 1.6.2. Những tồn tại, hạn chế và thách thức
• 1.6.3. Hướng giải quyết
• 1.7. Kết luận Chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐỊNH VỊ THIẾT BỊ DI ĐỘNG
• 2.1. Xác định các yêu cầu cụ thể của bài toán định vị
• 2.1.1. Mô tả yêu cầu
• 2.1.2. Khái niệm mới về đối tượng của bài toán định vị
• 2.1.3. Bảng mô tả yêu cầu kỹ thuật cụ thể
• 2.2. Đề xuất giải pháp kỹ thuật tổng thể
• 2.2.1. Lựa chọn nguyên lý kỹ thuật định vị lõi
• 2.2.2. Giải pháp kỹ thuật kết hợp đa dạng nguồn dữ liệu để nâng cao hiệu quả định vị
• 2.2.3. Giải pháp kỹ thuật cải thiện độ chính xác định vị
• 2.2.4. Giải pháp kỹ thuật U-TDoA để nâng cao độ khả dụng và độ chính xác định vị
• 2.3. Nhận xét, đánh giá về giải pháp kỹ thuật được đề xuất
• 2.3.1. Hiệu quả của giải pháp
• 2.4. Kết luận Chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HỆ THỐNG KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ THIẾT BỊ DI ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG CHO CÔNG TÁC AN NINH
• 3.1. Mô hình kiến trúc tổng thể hệ thống định vị thiết bị di động
• 3.1.1. Mô hình kiến trúc hệ thống
• 3.1.2. Mô tả kiến trúc hệ thống
• 3.2. Cấu trúc, chức năng hệ thống định vị thiết bị di động
• 3.2.1. Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống
• 3.2.2. Mô tả cấu trúc, chức năng hệ thống
• 3.3. Phân lớp, xác định đối tượng
• 3.3.1. Bài toán lý thuyết phân lớp
• 3.3.2. Phương pháp phân lớp, xác định đối tượng định vị
• 3.3.3. Lựa chọn kỹ thuật phân lớp xác định đối tượng định vị
• 3.4. Bảo mật chuyển giao kết quả định vị
• 3.4.1. Bảo mật chuyển giao kết quả định vị sử dụng bài toán chia sẻ mảnh bí mật qua ảnh
• 3.4.2. Bảo mật chuyển giao kết quả định vị sử dụng thuật toán giấu tin mật qua ảnh
• 3.4.3. Đánh giá độ an toàn thông tin được bảo mật
• 3.4.4. Đề xuất hệ thống kỹ thuật bảo mật chuyển giao kết quả định vị
• 3.5. Giải pháp kỹ thuật giả lập trạm gốc thu thập tham số IMSI/IMEI
• 3.5.1. Đề xuất giải pháp kỹ thuật
• 3.5.2. Sơ đồ cấu trúc trạm gốc giả lập
• 3.6. Kết luận Chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: THU THẬP DỮ LIỆU CELL-ID TỪ NGUỒN MỞ
• 4.1. Phân tích các phương pháp thu thập dữ liệu Cell-ID
• 4.2. Thu thập dữ liệu Cell-ID từ nguồn mở OpenCellID
• 4.3. Thu thập từ dữ liệu Cell-ID từ nguồn của Google
• 4.4. Nhận xét, đánh giá chung về thu thập dữ liệu Cell-ID từ nguồn mở
• 4.5. Cải thiện độ chính xác định vị. Phương pháp
• 4.6. Thực hiện và kết quả
• 4.7. Nhận xét, đánh giá
• 4.8. Thực nghiệm giả lập trạm gốc thu thập tham số IMSI/IMEI. Kịch bản thực nghiệm
• 4.9. Các bước thực hiện và kết quả
• 4.10. Nhận xét, đánh giá
• 4.11. Thực nghiệm tìm hướng, định vị thiết bị di động bằng trạm gốc giả lập
• 4.11.1. Nguyên lý kỹ thuật và kịch bản thực nghiệm
• 4.11.2. Nhận xét, đánh giá
• 4.12. Phân tích, đánh giá tổng hợp giải pháp kỹ thuật, mô hình hệ thống và kết quả một số thực nghiệm
• 4.13. Kết luận Chương 4
• HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Giải Pháp Định Vị Di Động 4G Hiện Nay

Luận án tập trung vào các giải pháp kỹ thuật cho định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư (4G). Khái niệm thiết bị di động (MD) được sử dụng thống nhất với điện thoại di động (MP), trạm di động (MS) hoặc thiết bị người dùng (UE). Kỹ thuật định vị đóng vai trò quan trọng trong công nghệ viễn thông di động, kinh tế, xã hội, an ninh công cộng và đời sống. Ngay từ khi thiết lập mạng viễn thông di động, kỹ thuật định vị di động đã được nghiên cứu và áp dụng để mạng di động xác định được vị trí của thuê bao. Ứng dụng định vị trong kinh tế, xã hội và đời sống rất đa dạng, đặc biệt là trong dẫn đường và dịch vụ dựa trên vị trí (LBS). Trong an ninh công cộng, định vị di động cực kỳ quan trọng cho thông tin chỉ huy, điều hành, thông tin khẩn cấp, cứu hộ cứu nạn và giám sát.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Định Vị 4G Trong Cuộc Sống Hiện Đại

Kỹ thuật định vị di động không chỉ đơn thuần là xác định vị trí. Nó mở ra một loạt các ứng dụng từ dẫn đường, tìm kiếm địa điểm lân cận (LBS), đến các ứng dụng an ninh như theo dõi người thân, giám sát tài sản. Sự phát triển của mạng 4G đã tạo điều kiện cho các giải pháp định vị chính xác và nhanh chóng hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng và các tổ chức.

1.2. Sự Phát Triển Của Các Thế Hệ Mạng Di Động Và Ảnh Hưởng Đến Định Vị

Từ công nghệ tương tự AMPS (1G) đến GSM (2G), UMTS (3G), và LTE (4G), mỗi thế hệ mạng di động mang đến những cải tiến về tốc độ, độ trễ và khả năng hỗ trợ các dịch vụ. Mạng 4G với băng thông rộng và độ trễ thấp đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai các công nghệ định vị tiên tiến như A-GPS, OTDOA, và eCID, giúp tăng cường độ chính xác và hiệu suất định vị.

II. Thách Thức Định Vị Thiết Bị Di Động 4G Độ Chính Xác Bảo Mật

Mặc dù mạng 4G mang lại nhiều ưu điểm, nhưng vẫn còn những thách thức trong việc định vị thiết bị di động. Độ chính xác định vị vẫn là một vấn đề, đặc biệt trong môi trường đô thị dày đặc hoặc khu vực có tín hiệu yếu. Bên cạnh đó, vấn đề bảo mật thông tin định vị cũng cần được quan tâm, đảm bảo rằng dữ liệu vị trí của người dùng được bảo vệ khỏi các truy cập trái phép. Các kỹ thuật như triangulation và multilateration vẫn còn những hạn chế nhất định.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Độ Chính Xác Định Vị 4G

Độ chính xác của định vị 4G bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: Mật độ trạm gốc, điều kiện thời tiết, địa hình, và sự can thiệp của các vật cản. Trong môi trường đô thị, hiện tượng đa đường (multipath) có thể gây ra sai lệch trong việc xác định vị trí. Các thuật toán định vị cần được cải tiến để giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố này.

2.2. Rủi Ro Về Bảo Mật Thông Tin Trong Định Vị Thiết Bị Di Động

Thông tin định vị là một loại dữ liệu cá nhân nhạy cảm, cần được bảo vệ cẩn thận. Việc thu thập và sử dụng thông tin vị trí phải tuân thủ các quy định về bảo vệ dữ liệu. Các giải pháp định vị cần tích hợp các biện pháp bảo mật như mã hóa, ẩn danh hóa dữ liệu, và kiểm soát truy cập để ngăn chặn các hành vi xâm phạm quyền riêng tư của người dùng.

2.3. Hạn Chế Của Các Phương Pháp Định Vị Di Động Truyền Thống

Các phương pháp định vị di động truyền thống như Cell ID, A-GPS, và OTDOA có những hạn chế nhất định về độ chính xác, độ trễ, và khả năng hoạt động trong các môi trường khác nhau. Cell ID có độ chính xác thấp, A-GPS yêu cầu kết nối với vệ tinh, và OTDOA đòi hỏi sự đồng bộ hóa thời gian chính xác giữa các trạm gốc. Cần có những giải pháp định vị mới để khắc phục những hạn chế này.

III. Phương Pháp Định Vị Di Động 4G Kết Hợp Dữ Liệu Nâng Cao Độ Chính Xác

Một trong những hướng nghiên cứu quan trọng là kết hợp nhiều nguồn dữ liệu khác nhau để nâng cao độ chính xác định vị. Giải pháp này có thể bao gồm việc tích hợp thông tin từ mạng 4G (Cell ID, Timing Advance), tín hiệu GPS/GNSS, cảm biến trên thiết bị di động (gia tốc kế, con quay hồi chuyển), và dữ liệu từ các nguồn bên ngoài (bản đồ, Wi-Fi). Việc kết hợp các nguồn dữ liệu này giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của định vị, đặc biệt trong môi trường phức tạp.

3.1. Tích Hợp GPS GNSS Với Dữ Liệu Mạng 4G Để Định Vị Chính Xác

GPS/GNSS cung cấp thông tin vị trí chính xác, nhưng đôi khi không khả dụng trong nhà hoặc khu vực có nhiều vật cản. Kết hợp GPS/GNSS với dữ liệu từ mạng 4G (Cell ID, Timing Advance) giúp cải thiện độ khả dụng và độ chính xác định vị trong các môi trường khác nhau. Khi tín hiệu GPS yếu, dữ liệu 4G có thể cung cấp thông tin vị trí ước tính, giúp duy trì khả năng định vị.

3.2. Sử Dụng Cảm Biến Trên Thiết Bị Di Động Hỗ Trợ Định Vị 4G

Các cảm biến trên thiết bị di động như gia tốc kế, con quay hồi chuyển, và từ kế có thể cung cấp thông tin về chuyển động và hướng của thiết bị. Kết hợp thông tin từ cảm biến với dữ liệu 4G giúp cải thiện độ chính xác định vị trong các tình huống như đi bộ trong nhà hoặc lái xe trong thành phố. Các thuật toán lọc Kalman có thể được sử dụng để kết hợp thông tin từ các nguồn khác nhau một cách hiệu quả.

3.3. Thu Thập Dữ Liệu Từ Nguồn Mở Cell ID Cải Thiện Độ Chính Xác Định Vị

Thu thập và sử dụng dữ liệu Cell-ID từ các nguồn mở như OpenCellID có thể giúp cải thiện độ chính xác định vị, đặc biệt ở những khu vực có mật độ trạm gốc thấp. Dữ liệu Cell-ID cung cấp thông tin về vị trí gần đúng của trạm gốc, có thể được sử dụng để ước tính vị trí của thiết bị di động. Tuy nhiên, cần lưu ý đến vấn đề bảo mật và tính chính xác của dữ liệu từ các nguồn mở.

IV. Giải Pháp Kỹ Thuật U TDoA Nâng Cao Định Vị 4G Trong An Ninh

Giải pháp kỹ thuật Uplink Time Difference of Arrival (U-TDoA) được đề xuất để nâng cao độ khả dụng và độ chính xác định vị. U-TDoA đo thời gian đến của tín hiệu từ thiết bị di động tại nhiều trạm gốc, sau đó sử dụng các thuật toán để xác định vị trí của thiết bị. U-TDoA có ưu điểm là không yêu cầu thiết bị di động phải hỗ trợ GPS, và có thể hoạt động trong môi trường có tín hiệu GPS yếu. Đây là một giải pháp tiềm năng cho các ứng dụng an ninh, nơi độ tin cậy và độ khả dụng của định vị là rất quan trọng.

4.1. Ưu Điểm Của U TDoA So Với Các Phương Pháp Định Vị 4G Khác

U-TDoA có nhiều ưu điểm so với các phương pháp định vị 4G khác như A-GPS, OTDOA, và Cell ID. U-TDoA không yêu cầu thiết bị di động phải hỗ trợ GPS, có thể hoạt động trong môi trường có tín hiệu GPS yếu, và có độ chính xác cao hơn Cell ID. Hơn nữa, U-TDoA không đòi hỏi sự đồng bộ hóa thời gian chính xác giữa các trạm gốc như OTDOA.

4.2. Ứng Dụng U TDoA Trong Công Tác An Ninh Giám Sát Tìm Kiếm

U-TDoA có nhiều ứng dụng trong công tác an ninh, bao gồm giám sát đối tượng, tìm kiếm cứu nạn, và điều tra tội phạm. Khả năng định vị chính xác và tin cậy của U-TDoA giúp các cơ quan chức năng xác định vị trí của đối tượng một cách nhanh chóng và hiệu quả. U-TDoA cũng có thể được sử dụng để theo dõi các phương tiện và tài sản, giúp ngăn chặn các hành vi trộm cắp và phá hoại.

4.3. Cải Thiện Độ Chính Xác U TDoA Bằng Thuật Toán

Độ chính xác của U-TDoA có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các thuật toán lọc và ước lượng tiên tiến. Các thuật toán này giúp giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và sai số trong quá trình đo thời gian đến của tín hiệu. Ví dụ, thuật toán lọc Kalman có thể được sử dụng để kết hợp thông tin từ nhiều trạm gốc và cảm biến khác nhau, giúp cải thiện độ chính xác định vị.

V. Mô Hình Hệ Thống Kỹ Thuật Định Vị 4G Và Ứng Dụng Bảo Mật

Luận án đề xuất mô hình kiến trúc tổng thể cho hệ thống định vị thiết bị di động, bao gồm các thành phần như thiết bị di động, trạm gốc, trung tâm định vị, và các ứng dụng sử dụng thông tin vị trí. Mô hình này tập trung vào bảo mật chuyển giao kết quả định vị bằng các kỹ thuật mã hóa và ẩn danh hóa dữ liệu. Đồng thời, luận án cũng đề xuất giải pháp kỹ thuật giả lập trạm gốc để thu thập thông tin IMSI/IMEI.

5.1. Kiến Trúc Hệ Thống Định Vị Thiết Bị Di Động 4G Tổng Thể

Hệ thống định vị thiết bị di động cần có kiến trúc rõ ràng để đảm bảo hoạt động hiệu quả và bảo mật. Kiến trúc này bao gồm các thành phần chính như: Thiết bị di động, mạng truy nhập vô tuyến (RAN), mạng lõi (CN), và các ứng dụng LBS. Các giao thức và giao diện giữa các thành phần này cần được xác định rõ ràng để đảm bảo tính tương thích và khả năng mở rộng của hệ thống.

5.2. Bảo Mật Chuyển Giao Kết Quả Định Vị Dùng Kỹ Thuật Mã Hóa

Bảo mật chuyển giao kết quả định vị là rất quan trọng để bảo vệ quyền riêng tư của người dùng. Các kỹ thuật mã hóa như mã hóa đối xứng, mã hóa bất đối xứng, và chữ ký số có thể được sử dụng để bảo vệ dữ liệu vị trí trong quá trình truyền tải. Ngoài ra, các kỹ thuật ẩn danh hóa dữ liệu như k-anonymity và differential privacy có thể được sử dụng để giảm thiểu rủi ro lộ lọt thông tin cá nhân.

5.3. Giải Pháp Giả Lập Trạm Gốc Thu Thập Thông Tin IMSI IMEI

Việc giả lập trạm gốc để thu thập thông tin IMSI/IMEI là một kỹ thuật có thể được sử dụng trong các hoạt động điều tra và an ninh. Tuy nhiên, kỹ thuật này cần được sử dụng một cách cẩn thận và tuân thủ các quy định pháp luật để tránh xâm phạm quyền riêng tư của người dùng. Cần có các biện pháp kiểm soát và giám sát chặt chẽ để đảm bảo rằng kỹ thuật này không bị lạm dụng.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Định Vị Di Động 4G Tương Lai

Luận án đã trình bày các giải pháp kỹ thuật định vị di động thế hệ thứ tư, tập trung vào việc nâng cao độ chính xác, độ khả dụng và bảo mật. Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như an ninh công cộng, quản lý đô thị thông minh, và các dịch vụ dựa trên vị trí. Trong tương lai, hướng nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tích hợp định vị 4G với các công nghệ mới như 5G, IoT, và trí tuệ nhân tạo.

6.1. Đánh Giá Tổng Quan Về Các Giải Pháp Định Vị 4G Đã Nghiên Cứu

Các giải pháp định vị 4G đã nghiên cứu có những ưu điểm và hạn chế riêng. U-TDoA có độ chính xác cao và không yêu cầu thiết bị di động phải hỗ trợ GPS. Giải pháp kết hợp nhiều nguồn dữ liệu giúp cải thiện độ khả dụng và độ tin cậy. Tuy nhiên, các giải pháp này cần được đánh giá và so sánh một cách toàn diện để lựa chọn phương án phù hợp nhất cho từng ứng dụng cụ thể.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Định Vị 5G và Các Công Nghệ Liên Quan

Công nghệ 5G hứa hẹn mang lại những cải tiến đáng kể về tốc độ, độ trễ, và khả năng kết nối, tạo điều kiện cho việc phát triển các giải pháp định vị tiên tiến hơn. Trong tương lai, hướng nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tích hợp định vị 5G với các công nghệ như IoT, trí tuệ nhân tạo, và học máy để tạo ra các ứng dụng thông minh và hiệu quả hơn. Ngoài ra, việc nghiên cứu các kỹ thuật bảo mật mới cũng rất quan trọng để bảo vệ quyền riêng tư của người dùng trong môi trường định vị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 trình bày các vấn đề chủ yếu sau đây: - Những định nghĩa, khái niệm chủ yếu liên quan đến đề tài luận án; ý nghĩa và tầm quan trọng của vấn đề cần nghiên cứu; 7 - Phân tích, đánh giá các nghiên cứu trước đây về định vị di động nói chung và định vị thiết bị di động 4G ứng dụng cho công tác an ninh nói riêng; xác định những tồn tại, hạn chế, khó khăn thách thức của vấn đề này và hướng giải quyết. - Nghiên cứu tổng quan về các nguyên lý kỹ thuật định vị di động; - Xác định yêu cầu về một số kỹ thuật liên quan (cải thiện độ chính xác định vị, phân lớp định vị, bảo mật, trạm gốc giả lập). Giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả định vị thiết bị di động. Trên cơ sở các vấn đề tổng quan đã được nghiên cứu ở Chương 1, Chương 2 phân tích, đề xuất giải pháp kỹ thuật định vị trên cơ sở kết hợp đa dạng nguồn dữ liệu, cải thiện độ chính xác một số kỹ thuật định vị nhằm nâng cao hiệu quả định vị thiết bị di động, đáp ứng các yêu cầu đặt ra.

Mô hình hệ thống kỹ thuật định vị thiết bị di động và ứng dụng cho công tác an ninh. Nội dung Chương 3 trình bày sử dụng kết quả nghiên cứu giải pháp kỹ thuật ở Chương 2 để xây dựng mô hình tổng thể hệ thống kỹ thuật định vị thiết bị di động trên cơ sở sử dụng phân lớp định vị, bảo mật và trạm gốc giả lập ứng dụng cho công tác an ninh. Nội dung Chương 4 trình bày các kịch bản, kết quả và đánh giá một số thực nghiệm để minh chứng giải pháp kỹ thuật, mô hình hệ thống đã nghiên cứu, đề xuất. - Kết luận - Hướng nghiên cứu, phát triển luận án.

- Danh mục các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài luận án đã công bố. - Danh mục tài liệu tham khảo. - Phụ lục: Nội dung các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài luận án đã công bố. TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH VỊ DI ĐỘNG1.

Khái quát về định vị di động và các ứng dụng của định vị Theo vết (định vị) di động là việc xác định vị trí hoặc địa điểm của một máy điện thoại di động (hoặc một thiết bị di động) khi nó cố định hoặc di chuyển. Việc định vị điện thoại di động có thể được tính toán thông qua kỹ thuật đo đa sóng (tức đo khoảng cách khác nhau giữa một vài cột sóng di động của mạng với máy điện thoại di động trên cơ sở các tín hiệu sóng vô tuyến của nó) hoặc đơn giản hơn là qua vị trí GPS. Để xác định vị trí của điện thoại di động bằng kỹ thuật đo đa sóng, điện thoại phải phát ít nhất một tín hiệu chuyển vùng để liên hệ với cột sóng lân cận gần nhất nhưng không yêu cầu kích hoạt cuộc gọi. Nguyên lý kỹ thuật để xác định vị trí một điện thoại di động thường dựa trên các nền tảng sau đây [23, 24, 26, 32, 33]: - Trên cơ sở mạng; - Trên cơ sở máy cầm tay; - Trên nền tảng của SIM di động; - Theo vị trí của điểm cung cấp Wifi; - Trên cơ sở kỹ thuật định vị lai ghép.

Đối với mỗi thế hệ mạng di động và tính chất của thiết bị di động, về nguyên lý, sẽ sử dụng kỹ thuật định vị tương ứng hoặc lai ghép các kỹ thuật trên với nhau. Hiện nay, khi mạng di động 4G phổ biến, một thiết bị đầu cuối 4G có thể hoạt động được ở nhiều chế độ khác nhau, và bài toán định vị thiết bị di động đó cũng sẽ khác nhau đối với từng thiết lập hoạt động. Đồng thời, mỗi ứng dụng của việc định vị thiết bị di động 4G cho nhà mạng, nhà cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng, doanh nghiệp, các cơ quan quản lý Nhà nước, cứu hộ cứu nạn, an ninh công cộng cũng sẽ khác nhau. Những ứng dụng điển hình của định vị di động có thể kể đến: - Đối với nhà cung cấp dịch vụ di động, Internet và mạng xã hội, một trong những kỹ thuật và yêu cầu cơ bản là cần biết đối tượng sử dụng dịch vụ/thuê bao hay thiết bị di động đang ở đâu để kết nối và cung cấp dịch vụ.

Một ví dụ khác điển hình, 9 hữu dụng nhất hiện nay chính là dịch vụ dựa trên vị trí LBS như dẫn đường, tìm đường của Google Map, Viet Map. - Đối với các doanh nghiệp kinh doanh, đặc biệt trong kỷ nguyên kỹ thuật số, thời đại Cách mạng Công nghiệp 4.0, quá trình chuyển đổi số hiện nay, nếu biết khách hàng, đối tượng phục vụ của mình đang ở đâu thì đã nắm chắc được một phần cơ hội kinh doanh. Đối với các doanh nghiệp đặc thù như giao thông vận tải, logistics, thương mại điện tử, bưu chính công nghệ mới…nếu biết khách hàng, phương tiện, hàng hoá của mình đang ở đâu là sẽ giải quyết được bài toán quản lý, điều phối một cách hiệu quả. - Đối với các cơ quan quản lý Nhà nước, tìm kiếm cứu hộ cứu nạn, phòng chống thiên tai, y tế, phòng chống dịch bệnh, một yêu cầu quan trọng nhất thường thấy là lực lượng cứu hộ, cứu nạn cần biết một người bị mất tích, bị nạn đang ở đâu.

Nếu chúng ta nhận định người đó có mang theo một thiết bị di động thì việc tìm kiếm sẽ hiệu quả, nhanh chóng hơn nhiều khi định vị được máy di động đó. Ví dụ điển hình trên thế giới chính là dịch vụ cứu hộ khẩn cấp 911 (hay E911)của Mỹ và Canada. Khi nhận được một cuộc gọi điện thoại khẩn cấp, hệ thống E911 sẽ tự động tính toán và xác định cho nhà chức trách biết vị trí của người gọi, để họ cử lực lượng hỗ trợ đến đó. Theo thống kê, E911 phục vụ được đến 96% lãnh thổ Mỹ.

Như vậy, ở các nơi không có máy điện thoại cố định thì phải dùng định vị di động (tức là đa phần người gọi khẩn cấp gọi bằng máy di động). - Đối với an ninh công cộng, một trong những yêu cầu thường xuyên và quan trọng nhất là cần biết một đối tượng, mục tiêu đang ở đâu, đi đâu. Có nhiều cách để biết các thông tin trên, tuy nhiên, chúng ta có thể thấy bằng cách định vị, theo vết một số thuê bao, một máy điện thoại di động mà đối tượng đó sử dụng hoặc mang theo là hiệu quả. Những ứng dụng trên được tổng hợp từ các tài liệu tham khảo về kỹ thuật định vị di động, thông tin khoa học và thực tế.

Trên phương diện ứng dụng tổng quát, bài toán định vị di động hiện nay có thể phân chia làm các dạng sau: 10 - Một là dạng chủ động như đối với nhà cung cấp dịch vụ di động, họ có số liệu và sẽ tự tính toán để biết được vị trí của thuê bao, máy di động mà họ cần kết nối và cung cấp dịch vụ. - Hai là dạng bị động như đối với doanh nghiệp kinh doanh, đơn giản họ chỉ cần có được vị trí GPS (nằm trong máy điện thoại) của khách hàng, đối tượng đang phục vụ và “hỏi” nhà mạng di động rằng vị trí ở đâu. Hoặc chính nhà mạng sẽ cung cấp dịch vụ vị trí đó cho doanh nghiệp. - Ba là dạng bán chủ động như đối với cơ quan cứu hộ khẩn cấp như E911, đơn giản là họ có hệ thống kỹ thuật kết nối với các nhà mạng, và sử dụng hệ thống tự động nhận dạng vị trí (ALI) xác định vị trí người gọi và định vị nó trên bản đồ số.

- Bốn là, dạng hỗn hợp như đối với an ninh công cộng, do đặc điểm kỹ thuật định vị di động và tính chất sử dụng đa dạng, để xác định được vị trí của một đối tượng, mục tiêu hay một thiết bị di động, họ phải dùng nhiều phương pháp, cả chủ động, bị động, bán chủ động nêu trên hoặc kết hợp nhiều phương pháp cùng lúc. Những giả thuyết, lý giải trước đây về định vị di động và ứng dụng cho công tác an ninh 1. Cơ sở lý thuyết liên quan Cơ sở lý thuyết, nguyên lý kỹ thuật liên quan đến nội dung đề tài luận án cần nghiên cứu như sau: (1) Nguyên lý kỹ thuật định vị di động. (2) Lý thuyết phân lớp, xác định đối tượng; các phương pháp thu thập dữ liệu định vị; giải pháp cải thiện độ chính xác định vị; phương pháp bảo mật thông tin chuyển giao kết quả định vị; kỹ thuật giả lập trạm gốc thu thập tham số IMSI/IMEI.

Trong đó, các nguyên lý kỹ thuật định vị di động được trình bày cụ thể sau đây để làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo của luận án. Các cơ sở khoa học và kỹ thuật liên quan khác sẽ được trình bày trong các chương sau. Nguyên lý kỹ thuật định vị di động 1. Khái quát Định vị di động có thể thực hiện bởi một số nguyên lý kỹ thuật, chẳng hạn như kỹ thuật tìm điểm giao thoa tín hiệu vô tuyến giữa (một số) tháp thu phát sóng di động của mạng và máy điện thoại hoặc đơn giản bằng cách sử dụng dữ liệu của hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS [23].

Để định vị điện thoại di động bằng cách tìm điểm giao thoa tín hiệu vô tuyến di động, điện thoại đó phải phát ra ít nhất tín hiệu nhàn rỗi (tín hiệu chờ - Idle) để liên lạc với các cột ăng ten gần đó và không yêu cầu kích hoạt một cuộc gọi. Hệ thống điện thoại di động toàn cầu GSM thực hiện kết nối điện thoại di động với mạng dựa trên cường độ tín hiệu của điện thoại tới các cột ăng ten gần đó [26]. Kỹ thuật định vị có thể được sử dụng cho các dịch vụ dựa trên vị trí (LBS) [30, 31] và khi đó sẽ tiết lộ tọa độ thực của điện thoại di động. Các công ty viễn thông di động sử dụng kỹ thuật này để xác định vị trí gần đúng của điện thoại di động và cả người dùng của nó.

Tổng quan các nguyên lý kỹ thuật định vị di động Vị trí của thiết bị di động (điện thoại di động) có thể được xác định theo các nguyên lý kỹ thuật cụ thể sau đây [23 -33]: a. Kỹ thuật định vị dựa trên mạng (Network-Based) Vị trí của điện thoại di động có thể được xác định trên cơ sở hạ tầng mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Ưu điểm của các kỹ thuật dựa trên mạng là chúng có thể được thực hiện mà không ảnh hưởng đến thiết bị cầm tay (tức không xâm phạm/ảnh hưởng đến người dùng).