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

Luận án tập trung vào các giải pháp kỹ thuật cho định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư (4G). 152 trang · Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông · 2023.

• 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.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật viễn thông với đề tài "Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư và ứng dụng cho công tác an ninh" do nghiên cứu sinh Nguyễn Hồng Thủy thực hiện tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lê Nhật Thăng và TS. Hồ Văn Canh (bảo vệ năm 2023).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Theo số liệu thống kê được tác giả trích dẫn, tính đến cuối tháng 12/2022, Việt Nam có khoảng 129,7 triệu thuê bao điện thoại (trong đó có 127,2 triệu thuê bao di động, tăng 3,7% so với năm trước; 21 triệu thuê bao Internet băng rộng cố định, tăng 8,6%). Theo Chiến lược quốc gia phát triển kinh tế số và xã hội số, mục tiêu đến năm 2025 có 95% dân số trưởng thành sở hữu điện thoại thông minh. Mạng di động tại Việt Nam đang vận hành hỗn hợp cả ba thế hệ 2G, 3G, 4G và tiến tới 5G. Sự phát triển này tạo điều kiện thuận lợi cho đời sống xã hội nhưng đồng thời phát sinh thách thức đối với an ninh công cộng khi các đối tượng lợi dụng kết nối băng rộng di động, SIM rác, SIM Box, số ảo và các dịch vụ Over The Top (OTT) như Zalo, Viber, Telegram, WhatsApp, WeChat để ẩn danh hoạt động phạm tội.

Trong khi các giải pháp định vị hiện hành chủ yếu phục vụ kỹ thuật mạng, dịch vụ dựa trên vị trí thương mại (LBS như Google Maps) hoặc cứu hộ cứu nạn công cộng (như hệ thống E911 tại Bắc Mỹ), các cơ quan an ninh (CQAN) gặp nhiều hạn chế do chưa có giải pháp chuyên dụng đáp ứng đồng thời yêu cầu về tính khả dụng, thời gian thu thập nhanh và độ chính xác cao trong môi trường mạng 4G hỗn hợp. Các tài liệu từ nhà cung cấp thiết bị chuyên dụng quốc tế về lĩnh vực này rất hạn chế và chưa công bố đầy đủ giải pháp khoa học toàn diện. Do đó, việc xây dựng một giải pháp kỹ thuật tổng thể định vị thiết bị di động 4G phục vụ công tác an ninh là yêu cầu cấp thiết.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của luận án là nghiên cứu, đề xuất giải pháp kỹ thuật có hiệu quả, xây dựng mô hình hệ thống kỹ thuật tổng thể định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư ứng dụng cho công tác an ninh, đáp ứng yêu cầu nghiệp vụ thực tế và có khả năng mở rộng trong tương lai.

Luận án xác định 06 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

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.
3. Nghiên cứu cơ sở khoa học, các nguyên lý kỹ thuật định vị di động, các công nghệ định vị di động và các công nghệ liên quan.
4. Phân tích, lựa chọn và đề xuất giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả định vị thiết bị di động (tính khả thi, độ khả dụng, thời gian xử lý và độ chính xác).
5. Đề xuất mô hình tổng thể hệ thống kỹ thuật định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư cho công tác an ninh; thiết kế cấu trúc, chức năng, nguyên lý hoạt động của các hệ thống kỹ thuật liên quan.
6. Thực nghiệm một số kỹ thuật để minh chứng cho tính khả thi của kết quả nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của luận án tập trung vào 04 vấn đề trọng tâm:

1. Cơ sở khoa học, lý thuyết, các nguyên lý kỹ thuật định vị di động và các kỹ thuật phụ trợ (thu thập cơ sở dữ liệu định vị đa nguồn; cải thiện độ chính xác định vị; phân lớp xác định đối tượng; bảo mật chuyển giao kết quả định vị; trạm gốc giả lập thu thập tham số IMSI/IMEI).
2. Giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả định vị thiết bị di động.
3. Mô hình kiến trúc tổng thể hệ thống kỹ thuật định vị thiết bị di động ứng dụng cho công tác an ninh.
4. Thực nghiệm kỹ thuật: thu thập cơ sở dữ liệu Cell-ID từ nguồn mở; cải tiến, mở rộng thuật toán định vị ToA/AoA; giả lập trạm gốc thu thập tham số IMSI/IMEI và tìm hướng thiết bị.

Phạm vi không gian và công nghệ tập trung vào mạng di động mặt đất công cộng tại Việt Nam với 05 nhà mạng: Mobifone, VNPT-Vinaphone, Viettel Mobile, Vietnammobile và Gtel Mobile, tập trung vào hạ tầng hỗn hợp có kết nối 4G-LTE.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước

Trong nước, các nghiên cứu tiêu biểu được luận án phân tích gồm:

• Luận án tiến sĩ của Lê Danh Cường (2018): Nghiên cứu các nguyên lý kỹ thuật định vị di động GSM (2G) qua giao diện vô tuyến và giải pháp bảo mật liên lạc chuyên dùng bằng thiết lập trạm gốc dùng riêng. Công trình này tập trung vào mạng 2G, chưa mở rộng cho mạng 4G và bài toán định vị an ninh trên hạ tầng mới.
• Luận án tiến sĩ của Vũ Trung Kiên (2019): Tập trung vào nguyên lý định vị dựa trên Wifi, nâng cao độ chính xác và tối ưu thời gian định vị trong nhà sử dụng kỹ thuật dấu vân tay cường độ tín hiệu nhận được (Wifi RSSI Fingerprinting), chưa bao quát định vị diện rộng trên mạng di động.
• Văn bản của Bộ Thông tin và Truyền thông: Ban hành khung tham chiếu về hệ thống định vị dựa trên máy cầm tay (sử dụng dữ liệu GPS) phục vụ quản lý đô thị, chưa đưa ra giải pháp kỹ thuật viễn thông cụ thể cho mạng di động.

Trên thế giới, luận án điểm lại các tài liệu:

• Sách chuyên khảo của Ayad M. Khaled (Ấn Độ, 2010): Hệ thống hóa phân loại hệ thống định vị vô tuyến, ứng dụng và thuật toán xác định vị trí trong mạng vô tuyến thế hệ tương lai.
• Công trình của Andreas Schmidth – Dannert (Đức, 2012): Nghiên cứu so sánh chi phí và độ chính xác của các kỹ thuật định vị thiết bị di động.
• Tiêu chuẩn của Ủy ban Truyền thông Liên bang Mỹ (FCC) ban hành từ năm 1999: Đưa ra quy chuẩn độ chính xác cho dịch vụ cứu hộ khẩn cấp E911.

Khoảng trống nghiên cứu được lựa chọn giải quyết

Các công trình trước đây chủ yếu tiếp cận theo từng kỹ thuật đơn lẻ (chỉ 2G hoặc chỉ Wifi), phục vụ mục đích cứu hộ (E911) hoặc dịch vụ thương mại của nhà mạng (LBS). Chưa có công trình khoa học công bố giải quyết tổng hợp bài toán định vị thiết bị di động 4G ứng dụng chuyên biệt cho công tác an ninh trong môi trường mạng hỗn hợp (2G/3G/4G), kết hợp giữa việc xử lý dữ liệu mở Cell-ID, thu thập tham số phần cứng chủ động qua trạm giả lập và đảm bảo an toàn thông tin khi chuyển giao dữ liệu định vị.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án vận dụng các cơ sở lý thuyết viễn thông và toán học xử lý tín hiệu:

1. Các nguyên lý kỹ thuật định vị vô tuyến:
   • Định vị dựa trên mạng (Network-Based): Đo thời gian đến (ToA), chênh lệch thời gian đến (TDoA), góc đến của tín hiệu (AoA), chênh lệch thời gian đến của đường lên (U-TDoA), nhận dạng tế bào (Cell-ID), Cell-ID kết hợp định thời tiên tiến (CI+TA trong GSM) hoặc độ trễ khứ hồi (CI+RTT trong 3G/4G).
   • Định vị dựa trên máy cầm tay (Handset-Based): Định vị vệ tinh (GPS/GNSS), chênh lệch thời gian quan sát nâng cao (E-OTD trong GSM), đo tam giác liên kết chuyển tiếp nâng cao (AFLT trong CDMA), quan sát thời gian không hoạt động đường xuống (IPDL-OTDoA trong 3G/4G).
   • Định vị dựa trên SIM: Thu thập phép đo vô tuyến thô (Cell-ID, thời gian phản hồi, Rx-Level).
   • Định vị dựa trên Wifi: Dựa trên cường độ tín hiệu (AP-RSSI), dấu vân tay vị trí (Fingerprinting), góc đến (AoA với thuật toán MUSIC), thời gian bay (ToF).
   • Kỹ thuật định vị lai ghép (Hybrid): Kết hợp A-GPS, E-CellID, OTDoA, Wifi và dữ liệu môi trường mạng.
2. Khung toán học đánh giá sai số: Luận án sử dụng hàm điểm căn bậc hai của sai số bình phương trung bình (RMSE) để đánh giá độ chính xác phép đo: $$\text{RMSE} = \sqrt{\frac{1}{n} \sum_{k=1}^{n} (x_{\text{mesured}k} - x_{\text{true}})^2}$$ Trong đó $n$ là số phép đo, $x_{\text{mesured}k}$ là tọa độ vị trí đo thứ $k$, $x_{\text{true}}$ là vị trí thực tế của thiết bị. Đồng thời, độ chính xác được chuẩn hóa qua Xác suất Sai số Hình tròn (CERP) 2 chiều và Xác suất Sai số Hình cầu (SERP) 3 chiều theo tiêu chuẩn FCC.

Bảng tham chiếu tiêu chuẩn độ chính xác dịch vụ FCC-911 (Mỹ)
Phương pháp định vị	67% CERP (m)	95% CERP (m)	Ghi chú
Dựa trên máy cầm tay	50	150	Ví dụ: GPS
Dựa trên mạng	100	300	Ví dụ: ToA, không cần xử lý tại máy cầm tay
Phần mềm mạng (NSS)	1000	Không áp dụng	Ví dụ: CI+TA (độ chính xác bán kính)
EOTD (giai đoạn 1)	100	300	Thử nghiệm tháng 10/2001
EOTD (giai đoạn 2)	50	150	Thử nghiệm từ 01/10/2003

3. Lý thuyết phân lớp và an toàn thông tin:
   • Bài toán phân lớp đối tượng: Sử dụng không gian mẫu vector đặc trưng nhận dạng thuê bao và thiết bị.
   • Lý thuyết mật mã học: Bài toán chia sẻ mảnh bí mật qua ảnh và thuật toán giấu tin mật qua ảnh sử dụng kỹ thuật bit có ý nghĩa thấp nhất (LSB - Least Significant Bit).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

• Phương pháp định tính: Phân tích, tổng hợp tài liệu chuyên ngành; xây dựng mô hình kiến trúc hệ thống kỹ thuật định vị và đề xuất quy trình phân lớp, giải pháp bảo mật chuyển giao dữ liệu.
• Phương pháp định lượng: Thu thập, xử lý tập dữ liệu thực tế từ cơ sở dữ liệu mở Cell-ID (OpenCellID, Google Geolocation API); mô phỏng tính toán giao điểm đường tròn trên bản đồ số; đo đạc giao diện vô tuyến thực tế và phân tích gói tin logfile khi triển khai trạm gốc giả lập.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về định vị di động

Nội dung chương trình bày tổng quan về định vị di động và phân tích 04 dạng bài toán định vị ứng dụng:

• Dạng chủ động: Nhà mạng viễn thông tự tính toán vị trí để phục vụ kết nối và tính cước.
• Dạng bị động: Doanh nghiệp thương mại thu nhận dữ liệu vị trí GPS do thiết bị khách hàng gửi về.
• Dạng bán chủ động: Hệ thống cứu nạn khẩn cấp (E911) kết nối hạ tầng nhận dạng vị trí tự động (ALI) với nhà mạng.
• Dạng hỗn hợp: Ứng dụng trong an ninh công cộng, đòi hỏi kết hợp đồng thời các phương pháp chủ động, bị động và kỹ thuật chuyên dụng.

Tác giả so sánh các công nghệ định vị di động dựa trên 05 tiêu chí kỹ thuật: độ chính xác (RMSE, CERP), độ tin cậy (tỷ lệ định vị thành công), độ trễ (TTFF gồm trễ thiết lập cuộc gọi, trễ mạng và trễ xử lý), độ khả dụng (đánh giá qua các môi trường: vùng xa xôi, nông thôn, thành thị nhỏ, đô thị cao tầng, trong nhà, tầng hầm) và khả năng ứng dụng (xét trên 08 yếu tố: mức tiêu thụ nguồn, kích thước phần cứng, kích thước phần mềm, tải xử lý, chế độ định vị liên tục/điểm, tải trọng tín hiệu mạng, chi phí và tiêu chuẩn hóa).

So sánh độ trễ, độ tin cậy và khả năng áp dụng của các phương pháp định vị
Phương pháp định vị	Độ tin cậy	Độ trễ	Khả năng áp dụng
GPS độc lập	Cao	$< 35\text{s}$	Cao
A-GPS (GPS có hỗ trợ)	Trung bình	$1 - 10\text{s}$ (ngoài trời)	Trung bình
Mạng di động: AoA	Trung bình	$\approx 10\text{s}$	Thấp
Mạng di động: RSSI	Cao	$< 5\text{s}$	Cao
Dấu vân tay vị trí (LF)	Thấp	$< 10\text{s}$	Thấp
Mạng di động: CI+TA	Cao	$< 5\text{s}$	Cao
Mạng di động: ToA / TDoA	Trung bình	$< 10\text{s}$	Thấp
EOTD hoặc OTDoA-IPDL	Trung bình	$< 10\text{s}$	Trung bình

Chương 1 kết luận rằng để đáp ứng yêu cầu của công tác an ninh trong bối cảnh mạng 4G, không thể phụ thuộc vào một phương pháp đơn lẻ mà cần xây dựng giải pháp kỹ thuật lai ghép, chủ động thu thập tham số định danh và xử lý đa nguồn dữ liệu.

---

Chương 2: Giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả định vị thiết bị di động

Chương này giải quyết bài toán định vị kỹ thuật thông qua các nội dung:

• Đề xuất khái niệm mở rộng về đối tượng định vị: Trong môi trường mạng 4G, đối tượng định vị không chỉ giới hạn ở máy điện thoại (MS/UE) mà được đồng nhất với một "thiết bị di động" (MD - bao gồm điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính xách tay, mô-đun gắn SIM 4G, thiết bị IoT). Vị trí đối tượng được định danh từ cấp độ địa chỉ mạng (IP, MAC), tế bào phục vụ (Cell-ID, TAC, LAC, PCI) đến tọa độ địa lý cụ thể.
• Lựa chọn nguyên lý kỹ thuật định vị lõi: Luận án đề xuất kỹ thuật chênh lệch thời gian đến của đường lên (U-TDoA) kết hợp phép đo chênh lệch thời gian khứ hồi (RTT) và cường độ tín hiệu nhận được để khắc phục nhược điểm phụ thuộc phần mềm trên máy người dùng.
• Giải pháp kết hợp đa dạng nguồn dữ liệu: Tích hợp dữ liệu mạng viễn thông (Cell-ID, TA, RTT), dữ liệu vệ tinh (GNSS/A-GPS), dữ liệu trạm phát vô tuyến cục bộ (Wifi AP-RSSI) và cơ sở dữ liệu mở.
• Cải tiến thuật toán định vị hình học: Xây dựng thuật toán tính toán giao điểm của các vòng tròn khoảng cách trong hệ tọa độ địa lý WGS-84, xử lý tường minh các trường hợp chỉ có 02 trạm gốc cắt nhau tại 02 điểm và trường hợp 03 trạm gốc cắt nhau tạo thành đa điểm giao nhau, nhằm tối ưu hóa sai số và xác định vùng hội tụ vị trí mục tiêu.

---

Chương 3: Mô hình hệ thống kỹ thuật định vị thiết bị di động và ứng dụng cho công tác an ninh

Chương 3 thiết kế kiến trúc hệ thống kỹ thuật hoàn chỉnh gồm các phân hệ chức năng:

• Kiến trúc tổng thể hệ thống: Gồm phân hệ thu thập dữ liệu đa nguồn (giao diện vô tuyến, cơ sở dữ liệu mở, dữ liệu nghiệp vụ), phân hệ lưu trữ và quản trị dữ liệu (Data Warehouse, Data Lake, ODS), phân hệ tính toán và xử lý định vị, phân hệ phân lớp đối tượng và phân hệ bảo mật giao tiếp.
• Phân lớp và xác định đối tượng: Xây dựng thuật toán phân lớp đối tượng từ tập dữ liệu lớn dựa trên các thuộc tính nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI), nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI), nhận dạng thuê bao tạm thời (TMSI), địa chỉ IP, địa chỉ MAC và lịch sử xuất hiện tại các trạm thu phát sóng (BTS/eNodeB).
• Bảo mật chuyển giao kết quả định vị:
  • Ứng dụng bài toán chia sẻ mảnh bí mật để phân tách thông tin tọa độ vị trí thành nhiều phần, truyền qua các kênh truyền độc lập.
  • Sử dụng thuật toán giấu tin mật vào ảnh kỹ thuật số bằng kỹ thuật nhúng thông tin tọa độ vào các bit có trọng số thấp nhất (LSB - Least Significant Bit) của dữ liệu ảnh, ngăn chặn việc lộ lọt vị trí mục tiêu trong quá trình truyền dữ liệu từ thực địa về trung tâm chỉ huy.
• Giải pháp kỹ thuật trạm gốc giả lập (Fake Base Station): Đề xuất mô hình thiết bị vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm (SDR - Software Defined Radio) hỗ trợ 03 băng tần (2G/3G/4G), sử dụng bộ phần mềm mã nguồn mở chuyên dụng cho mạng truy nhập vô tuyến (srsRAN). Trạm giả lập phát tín hiệu quảng bá với mức công suất điều khiển nhằm thu hút thiết bị mục tiêu gửi yêu cầu cập nhật vùng theo dõi (Tracking Area Update / Location Update), từ đó kích hoạt thủ tục nhận dạng (Identity Request) để trích xuất trực tiếp tham số phần cứng IMSI và IMEI của máy mục tiêu qua giao diện vô tuyến.

---

Chương 4: Thực nghiệm và đánh giá kết quả

Chương 4 trình bày các kịch bản thực nghiệm kỹ thuật và kết quả đo đạc thực tế:

1. Thực nghiệm thu thập dữ liệu Cell-ID từ nguồn mở:

   • Tiến hành thu thập dữ liệu trạm phát sóng từ cơ sở dữ liệu mở OpenCellID và dịch vụ Google Geolocation.
   • Xử lý, chuẩn hóa các trường thông tin: Mã nước di động (MCC = 452 tại Việt Nam), Mã mạng di động (MNC: Viettel, Vinaphone, Mobifone), Mã khu vực (LAC/TAC) và Định danh ô (Cell-ID/CID).
   • Số hóa và ánh xạ thành công vị trí các trạm phát sóng lên bản đồ số để phục vụ tính toán khoanh vùng sơ bộ.

2. Thực nghiệm kiểm thử thuật toán định vị cải tiến:

   • Thử nghiệm giải thuật tính toán giao điểm vòng tròn khoảng cách dựa trên dữ liệu tham số vô tuyến.
   • Kết quả kiểm tra hiển thị trên bản đồ số cho thấy: trong điều kiện tín hiệu lý tưởng, thuật toán cải tiến định vị giao điểm chính xác với sai số ghi nhận bằng $0\text{ m}$; trong điều kiện nhiễu đa đường và suy hao tín hiệu thực tế, sai số ghi nhận giữa các điểm cắt lệch nhau hơn $37\text{ m}$, thuật toán tự động khoanh vùng đa giác hội tụ của thiết bị.

3. Thực nghiệm trạm gốc giả lập 4G thu thập tham số IMSI/IMEI:

   • Triển khai phần cứng SDR kết nối máy tính điều khiển chạy srsRAN cấu hình trạm eNodeB giả lập trên băng tần mạng 4G-LTE.
   • Trích xuất dữ liệu logfile thực tế:
     • Ghi nhận tham số IMSI thực nghiệm của thuê bao mạng Vinaphone: 452 02 1111578159 (trong đó 452 là MCC Việt Nam, 02 là MNC Vinaphone).
     • Ghi nhận bản tin yêu cầu cập nhật vị trí của thiết bị qua nhận dạng tạm thời TMSI có giá trị hexa 0x5041eaa6.
     • Kích hoạt thành công thủ tục truy vấn IMEI (Identity Request - IMEI), máy mục tiêu phản hồi bản tin chứa số IMEI phần cứng của thiết bị.

4. Thực nghiệm tìm hướng và định vị thiết bị bằng trạm giả lập:

   • Sử dụng thủ tục tìm gọi (Paging) thiết lập kênh riêng giữa trạm giả lập và thiết bị mục tiêu.
   • Đo đạc mức công suất tín hiệu thu được (Rx-Level / RSSI) khi thay đổi khoảng cách và hướng ăng-ten.
   • Hệ thống hiển thị trực quan biến thiên cường độ tín hiệu: mức thu tăng rõ rệt khi di chuyển lại gần thiết bị và giảm khi ra xa, cho phép lực lượng nghiệp vụ thu hẹp phạm vi và tìm kiếm hướng di chuyển của mục tiêu.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt lý luận khoa học

• Hệ thống hóa toàn diện các nguyên lý kỹ thuật định vị vô tuyến trong môi trường mạng di động hỗn hợp (2G, 3G, 4G), phân tích ma trận tương quan giữa độ chính xác, độ tin cậy, độ trễ và khả năng triển khai thực tế.
• Mở rộng cơ sở lý luận về bài toán định vị an ninh: xác lập khái niệm đối tượng định vị gắn liền với thiết bị di động đa phương tiện, tích hợp định danh mạng viễn thông, mạng IP và tham số không gian vô tuyến.
• Hoàn thiện thuật toán hình học xác định tọa độ giao điểm trên hệ tọa độ địa lý thực tế và mô hình phân lớp nhận dạng đối tượng kết hợp kỹ thuật giấu tin mật (LSB) và chia sẻ mảnh bí mật trong truyền dẫn dữ liệu vị trí.

Đóng góp về mặt thực tiễn

• Xây dựng mô hình kiến trúc hệ thống kỹ thuật định vị thiết bị di động hoàn chỉnh, đáp ứng các yêu cầu nghiệp vụ khắt khe của cơ quan an ninh (CQAN) và lực lượng cứu hộ cứu nạn.
• Hiện thực hóa thành công giải pháp trạm gốc giả lập đa băng tần trên nền tảng phần cứng SDR và phần mềm srsRAN, chứng minh khả năng thu thập chủ động các tham số định danh định tuyến cốt lõi (IMSI, IMEI, TMSI) của thiết bị di động 4G mà không cần sự hợp tác từ nhà mạng viễn thông hay cài đặt phần mềm trên máy mục tiêu.
• Đề xuất quy trình khai thác dữ liệu Cell-ID từ các nguồn mở (OpenCellID, Google) phục vụ việc lập bản đồ trạm sóng phục vụ công tác trinh sát kỹ thuật và định vị thực địa.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Kiến nghị các đơn vị chức năng thuộc Bộ Công an và các lực lượng chuyên trách ứng dụng mô hình hệ thống kỹ thuật được đề xuất vào công tác giám sát an ninh trật tự, truy vết đối tượng phạm tội và điều hành cứu hộ cứu nạn khẩn cấp.
• Đề xuất tiếp tục chuẩn hóa quy trình tiếp nhận, xử lý và bảo mật chuyển giao dữ liệu định vị giữa các đơn vị thực địa và trung tâm chỉ huy thông qua kỹ thuật giấu tin trên ảnh.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận trong văn bản

• Nguồn lực và thời gian nghiên cứu thực nghiệm có giới hạn trong khi công nghệ thông tin di động và các thuật toán xử lý dữ liệu lớn phát triển nhanh chóng.
• Luận án chỉ tập trung giải quyết sâu 04 vấn đề trọng tâm (lý thuyết định vị & dữ liệu mở; giải pháp nâng cao hiệu quả U-TDoA; mô hình kiến trúc & bảo mật giấu tin; thực nghiệm trạm giả lập SDR) mà chưa thể bao quát toàn bộ các biến thể giao thức mạng viễn thông chuyên sâu.
• Chưa tiếp cận được trực tiếp các tài liệu thiết kế phần cứng chuyên dụng độc quyền từ các nhà sản xuất thiết bị nghiệp vụ nước ngoài do tính chất bảo mật thương mại và an ninh.

Hướng nghiên cứu phát triển tiếp theo

• Nghiên cứu mở rộng giải pháp kỹ thuật định vị sang thế hệ mạng thông tin di động thứ năm (5G New Radio) và định hướng mạng 6G, đặc biệt là khai thác cấu trúc chùm sóng ăng-ten mảng lớn (Massive MIMO) và kỹ thuật định vị búp sóng (Beamforming).
• Ứng dụng các thuật toán Trí tuệ nhân tạo và Học máy (AI/ML) trên nền tảng Dữ liệu lớn (Big Data / Data Lake) để tự động hóa quá trình phân lớp, nhận dạng mẫu hành vi di chuyển và dự đoán quỹ đạo của đối tượng mục tiêu.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Kỹ thuật Viễn thông, Công nghệ Thông tin: Luận án cung cấp tài liệu tham khảo hệ thống về các kỹ thuật định vị vô tuyến từ 2G đến 4G, cấu trúc toán học của các giải pháp đo đa phương (ToA, TDoA, AoA, U-TDoA) và phương pháp đánh giá sai số (RMSE, CERP).
• Đối với cán bộ nghiên cứu, kỹ sư an toàn thông tin: Tài liệu hữu ích trong việc nghiên cứu các kỹ thuật giấu tin mật (LSB), chia sẻ mảnh bí mật trong truyền thông dữ liệu nghiệp vụ và phương thức xây dựng hệ thống thu thập dữ liệu nguồn mở.
• Đối với lực lượng kỹ thuật nghiệp vụ ngành Công an và các cơ quan quản lý an ninh: Cung cấp cơ sở khoa học và mô hình kỹ thuật thực nghiệm chi tiết về thiết kế trạm giả lập SDR/srsRAN, quy trình thu thập tham số phần cứng IMSI/IMEI và phương pháp tìm hướng mục tiêu phục vụ trực tiếp công tác đấu tranh phòng chống tội phạm công nghệ cao.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án xác định các tiêu chí nào để đánh giá và so sánh giữa các công nghệ định vị di động?

Luận án tiến hành so sánh toàn diện các công nghệ định vị dựa trên 05 nhóm tiêu chí kỹ thuật chính:

• Độ chính xác: Đo lường bằng hàm sai số bình phương trung bình RMSE và xác suất sai số hình tròn (CERP/SERP) theo tiêu chuẩn phân loại FCC (độ chính xác cao: $<50\text{m}$, trung bình: $50-150\text{m}$, thấp: $>150\text{m}$).
• Độ tin cậy: Tỷ lệ số lần định vị thành công trên tổng số lần thực hiện phép đo.
• Độ trễ: Thời gian từ lúc khởi động đến khi nhận kết quả đo đầu tiên (TTFF), gồm trễ thiết lập cuộc gọi, trễ truyền dẫn mạng và trễ tính toán xử lý.
• Độ khả dụng: Khả năng hoạt động ổn định trong các môi trường khác nhau (vùng sâu xa, nông thôn, đô thị nhỏ, đô thị cao tầng, trong nhà, tầng hầm ngầm).
• Khả năng áp dụng: Đánh giá qua 08 yếu tố ràng buộc (mức tiêu thụ điện năng, kích thước phần cứng, độ phức tạp phần mềm, tải xử lý, chế độ định vị điểm/liên tục, mức độ phụ thuộc tải mạng, chi phí triển khai và tính tiêu chuẩn hóa quốc tế).

2. Khái niệm "đối tượng định vị" được tác giả định nghĩa và mở rộng như thế nào trong môi trường 4G?

Trong môi trường mạng 4G hỗ trợ kết nối Internet băng rộng đa phương tiện, luận án đề xuất đồng nhất khái niệm đối tượng cần tìm kiếm với một "thiết bị di động" (MD). Đối tượng không chỉ đơn thuần là số điện thoại hay máy cầm tay thoại truyền thống mà bao gồm điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính xách tay hoặc các mô-đun chuyên dụng có gắn SIM 4G. Định danh vị trí đối tượng được phân tầng từ cấp độ mạng (địa chỉ IP, địa chỉ MAC), cấp độ vùng vô tuyến (Cell-ID, TAC, LAC, PCI) cho đến tọa độ địa lý chính xác (GPS/GNSS hoặc địa chỉ cụ thể).

3. Kỹ thuật bảo mật nào được đề xuất để bảo vệ kết quả định vị khi chuyển giao về trung tâm chỉ huy?

Để đảm bảo an toàn thông tin nghiệp vụ, luận án đề xuất hệ thống kỹ thuật kết hợp 02 phương pháp:

• Chia sẻ mảnh bí mật qua ảnh: Tọa độ và dữ liệu vị trí được phân tách thành các mảnh dữ liệu bí mật toán học và chuyển giao phân tán qua các kênh truyền thông khác nhau.
• Giấu tin mật qua ảnh (Steganography): Nhúng thông tin vị trí đã mã hóa vào các bit có trọng số thấp nhất (LSB - Least Significant Bit) của các tệp tin ảnh số thông thường. Kỹ thuật này giúp chuyển giao kết quả định vị qua mạng công cộng mà không gây nghi ngờ và đảm bảo an toàn tuyệt đối ngay cả khi kênh truyền bị giám sát.

4. Trong thực nghiệm trạm gốc giả lập 4G, các tham số định danh thực tế nào đã được thu thập thành công?

Qua kịch bản thực nghiệm với thiết bị vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm (SDR) và phần mềm srsRAN, tác giả đã kích hoạt các thủ tục vô tuyến và thu thập thành công các tham số thực tế từ máy mục tiêu gồm:

• Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI): Ghi nhận số 452 02 1111578159 của nhà mạng Vinaphone.
• Số nhận dạng thuê bao tạm thời (TMSI): Ghi nhận giá trị 0x5041eaa6 từ bản tin yêu cầu cập nhật vùng vị trí của thiết bị.
• Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI): Trích xuất thành công số IMEI phần cứng thông qua thủ tục phản hồi xác thực bản tin Identity Response trên kênh vô tuyến riêng.

5. Tại sao kỹ thuật U-TDoA và trạm giả lập lại được ưu tiên lựa chọn cho ứng dụng an ninh?

Kỹ thuật U-TDoA (Chênh lệch thời gian đến đường lên) và trạm gốc giả lập có ưu điểm then chốt đối với công tác an ninh là hoạt động hoàn toàn độc lập, không yêu cầu người sử dụng máy mục tiêu phải thao tác, không cần cài đặt phần mềm gián điệp hay ứng dụng khách lên thiết bị của đối tượng và không phụ thuộc vào việc đối tượng có bật kết nối GPS hay không. Trạm giả lập chủ động phát sóng cưỡng bức thiết bị di động gửi tín hiệu nhận dạng, từ đó giải quyết triệt để bài toán truy tìm các đối tượng ẩn danh dùng SIM rác hoặc số ảo.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của nghiên cứu sinh Nguyễn Hồng Thủy đã giải quyết trọn vẹn bài toán kỹ thuật định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư phục vụ chuyên biệt cho công tác an ninh và cứu hộ cứu nạn. Bằng việc kết hợp nghiên cứu lý thuyết viễn thông, cải tiến thuật toán hình học tọa độ và ứng dụng công nghệ vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm (SDR/srsRAN), công trình đã xây dựng thành công mô hình hệ thống kỹ thuật định vị hoàn chỉnh có khả năng thu thập trực tiếp các tham số định danh IMSI, IMEI và TMSI. Đồng thời, giải pháp tích hợp dữ liệu mở Cell-ID cùng kỹ thuật bảo mật giấu tin ảnh LSB đã tạo nên một đóng góp khoa học và thực tiễn có giá trị cao cho chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông và lực lượng bảo vệ an ninh trật tự.

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.