Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của chính tôi, không
có sự sao chép hay vay mượn dưới bất kỳ hình thức nào để hoàn thành bản
luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Công Nghệ Thông Tin
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này trước
Viện đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà nội.
Học viên

Phan Đăng Tĩnh

Phan Đăng Tĩnh
1


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

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
CHƢƠNG 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
CHƢƠNG2: 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
2.4. Các mô hình dịch vụ LBS..............................................................32
2.5. Các mô hình dịch vụ thiết kế .......................................................32
2.5.1. Mô hình triển khai trên nền dịch vụ Web .............................32

Phan Đăng Tĩnh
2


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

2.5.2. Mô hình triển khai dựa trên dịch vụ SMS ..........................34
2.5.3. Mô hình kết hợp dịch vụ web và SMS ..............................35
2.6 Các ứng dụng trên nền dịch vụ định vị đi động LBS.........................36
2.7 Xây dựng hệ thống LBS tại Vunaphone ..............................................40
2.8 Kết luận.............................................................................................. .44
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ DỊCH VỤ ĐỊNH VỊ THUÊ BAO TRONG
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

Phan Đăng Tĩnh
3


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

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.
Nhiệm vụ đặt ra của luận văn sẽ thực hiện các nhiệm vụ sau

Phan Đăng Tĩnh
4


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

-

Nghiên cứu tổng quan về thế hệ mạng 2G/3G và đặc biệt đi sâu tìm
hiểu công nghệ định vị thuê bao trong mạng di động 3G.

-

Cộng tác với nhà mạng Vinaphone nghiên cứu và xây dựng ứng dụng
định vị thuê bao di động với các tính năng:
+ Tìm vị trí thuê bao (FamilyTracker)

+ Tìm bạn (FriendFinder)
+ 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

Phan Đăng Tĩnh
5


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

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
OMC-B: Operatoins and Maintenance Center RNC Node B.
RNC: Radio Network Control - Điều khiển vô tuyến
MSC: Mobile Switching Central - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động

Phan Đăng Tĩnh
6


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

HLR/AC: Thiết bị đăng ký và kiểm soát quyền truy nhập mạng của thuê bao.
VMS: Voice Message System - Hệ thống cung cấp dịch vụ hộp thư thoại.
TRX:

Máy thu phát vô tuyến

PPS-IN:

Hệ thống cung cấp dịch vụ trả tiền trước mạng thông minh.

WAP:

Giao thức ứng dụng vô tuyến trong mạng thông tin di động.

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

Phan Đăng Tĩnh
7


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

phương tiện trên nền giao thức IP
UE : User Equiment – Thiết bị người dùng
AS: Application Server – Máy chủ ứng dụng

Phan Đăng Tĩnh

8


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1

Kiến trúc IMS(Theo IEC Newletter)

Hình 1.2

Kiến trúc mạng lõi IMS

Hình 1.3

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

Hình 1.4

Cell-ID kết hợp với Cell-sector hoặc TA

Hình 1.5

Nguyên lý hoạt động của E-OTD

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
Hình 3.8

Luồng truy vấn thông tin vị trí trong HLR thông qua bản tin MAP ATI/MAP-PSI
Sơ đồ kết nối các luồng báo hiệu số 7 SS7 ISUP

Hình 3.9

Chu trình nhận thực với Server Pydod

Phan Đăng Tĩnh
9


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

CHƢƠNG 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).

Phan Đăng Tĩnh
10

Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

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).

Phan Đăng Tĩnh
11


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

 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 IMSALG 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).

Hình 1.2. Kiến trúc mạng lõi IMS

Phan Đăng Tĩnh
12


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

Khối chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF-Call/Session Control
Functions) là phần tử chính điều khiển cho giao thức SIP. CSCF được chia làm 3
khối chức năng chính:
- Proxy-CSCF (P-CSCF): Có vai trò một outbound SIP proxy. Tất cả
yêu cầu xuất phát hoặc gửi đến IMS đều phải chuyển giao qua nó sau đó nó
thực hiện chuyển tiếp các bản tin SIP. Để kết nối với hệ thống IMS, phải đăng
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

Phan Đăng Tĩnh
13


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

(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
nhận được đến BGCF ở vùng miền đó.
Khối chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF-Media Resource
Function): MRF cung cấp tài nguyên truyền thông cho mạng chủ và được chia
làm hai bộ:
- Bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện (Media Resource
Function Controller): Là một nút phương tiện có chức năng điều khiển tài
nguyên phương tiện trong MRFP và dịch thông tin đến từ AS và S-CSCF đề
điều khiển MRFP cho phù hợp.
- Bộ xử lý chức năng tài nguyên đa phương tiện (Media Resource
Function Processor): Là nút báo hiệu có chức năng điều khiển phần mạng
giữa MRFP và GGSN (Gateway GPRS Support Node), cung cấp tài nguyên

Phan Đăng Tĩnh
14


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

để MRFC điều khiển, trộn các luồng phương tiện đầu vào và xử lí luồng
phương tiện.
1.1.3 Mặt phẳng ứng dụng và dịch vụ (Service/Application
Plane).
Máy chủ quản lý thuê bao thƣờng trú (HSS-Home subscriber server) và
khối chức năng thuê bao(SLF-Subscription Location Function).
- 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.

Phan Đăng Tĩnh
15


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

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.

Phan Đăng Tĩnh
16


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

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.
Phan Đăng Tĩnh
17


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

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).

Phan Đăng Tĩnh
18


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

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.
Chỉ tiêu
Độ ổn định

Độ chính xác
TTFF (Time

Đánh giá
Kém
Trung
bình

Chú thích
Độ chính xác phụ thuộc vào mật độ BTS và các kỹ thuật
hỗ trợ khác
Từ 500 m đến 20 km

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.

to First Fix)

Phan Đăng Tĩnh
19


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

Khả năng mở
rộng
Tính tương
thích

Tốt

Rất dễ dàng khi mở rộng mạng

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:

Phan Đăng Tĩnh
20

Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

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

Phan Đăng Tĩnh
21


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

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.

Chỉ tiêu

Đánh giá

Chú thích

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

Tốt

Khoảng 5 giây

Đầu cuối

Tốt

Chỉ yêu cầu thay đổi phần mềm, không tốn pin

Roaming

Kém

Hiệu suất

Kém

First Fix)

Khả năng mở
rộng

Kém

Tính tương thích Kém

Yêu cầu phải có LS(Location server) và LMU
trong mạng khách
Sử dụng băng thông và dung lượng của mạng cho
lưu lượng của LMU.
Khi mở rộng yêu cầu lắp đặt thêm các LMU
Chỉ sử dụng được trong mạng GPRS/GSM, không
thể áp dụng cho mạng WCDMA

A-GPS (Assisted GPS)
A-GPS có thể sử dụng trong các mạng GSM, GPRS và WCDMA.

Phan Đăng Tĩnh
22


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

A-GPS sử dụng các vệ tinh làm các điểm tham chiếu để xác định vị trí. Bằng
cách đo chính xác khoảng cách tới 3 vệ tinh từ đó máy thu xác định được vị
trí của nó ở mọi nơi trên quả đất. Máy thu đo khoảng cách bằng cách đo thời
gian mà tín hiệu đi từ vệ tinh tới máy thu, vì vậy yêu cầu chính xác thông tin
về thời gian. Thời gian chính xác có thể nhận được từ các tín hiệu vệ tinh tuy
nhiên quá trình để nhận được thông tin này khá lâu và khó khăn khi tín hiệu
từ vệ tinh quá yếu. Để giải quyết vấn đề này người ta sử dụng một server (AGPS 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.

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 AGPS 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

Phan Đăng Tĩnh
23


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

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.
Chỉ tiêu

Đánh giá

Chú thích

Độ ổn định

Tốt

Độ chính xác cao ở mọi vị trí địa lý

Độ chính xác

Tốt

Từ 5 đến 50 m

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

Khả năng mở rộng

Tốt

Tính tương thích

Tốt

Sử dụng ít băng thông và dung lượng của
mạng
Rất dễ dàng mở rộng
Hỗ trợ tất cả các mạng GSM, GPRS và
WCDMA

Phan Đăng Tĩnh
24


Đề tài: Giải pháp định vị điện thoại di động GSM

Phương pháp kết hợp

Với mạng GSM/GPRS, WCDMA thông dụng nhất là sử dụng kết hợp
giữa A-GPS với Cell-ID. Việc kết hợp giữa hai giải pháp này làm tăng vùng
dịch vụ cho A-GPS và cải thiện độ chính xác của A-GPS trong mọi trường
hợp. Độ chính xác và vùng phủ của A-GPS rất tốt ở mọi địa điểm mà thuê bao
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 EOTD.
- Chi phí triển khai cell-ID là thấp nhất và chi phí để triển khai E-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

Phan Đăng Tĩnh
25