định vị phương tiện giao thông bằng gsm gps

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
□□

BÁO CÁO CUỐI KÌ

HỆ THỐNG NHÚNG
ĐỀ TÀI:

ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG BẰNG
GSM/GPS
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Đinh Công Đoan


MỤC LỤC


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG

PHẦN MỞ ĐẦU
1. TÓM TẮT
Trong thời đại công nghệ 4.0, đất nước đang trong thời kì công nghiệp
hóa - hiện đại hóa, sự phát triển của ngành kĩ thuật máy tính và điện tử
đóng góp không nhỏ vào sự phát triển kinh tế xã hội. Hệ thống nhúng
chính là sự ví dụ rõ ràng nhất, bởi chúng đang xâm nhập vào cuộc sống
con người ngày càng rõ rệt, từ những dụng cụ cơ bản đến những thiết
bị thông minh tất cả đều có vi xử lý bên trong.
Với sự phát triển của hệ thống nhúng, bên cạnh nhiều vi xử lý khác thì
Arduino được biết đến như một hiện tượng gây sóng gió trên thị trường
với số lượng người dùng cực lớn. Arduino giống như một máy tính nhỏ

để người dùng có thể lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà
không cần phải có các công cụ chuyên biệt để phục vụ việc nạp code.
Chính vì vậy, trong đồ án với đề tài "Hệ thống định vị phương tiện giao
thông bằng GSP/GPS", chúng em chọn một vi xử lý thuộc loại Arduino
vừa nhỏ gọn và tiện lợi là Arduino Nano, kết hợp với Module SIM808 để
có thể định vị được phương tiện giao thông thông qua thiết bị được sử
dụng phổ biến ngày nay là điện thoại di động.
Tổng quan về báo cáo gồm có tất cả 4 chương:
•
•
•
•

Chương
Chương
Chương
Chương

1:
2:
3:
4:

Giới thiệu về vi xử lý
Cấu trúc chung của KIT
Những kiến thức liên quan (Module SIM, GSM, GPS)
Ứng dụng định vị phương tiện giao thông

Cùng với 4 chương ở phần nội dung là phần kết luận, chúng em sẽ tổng
kết những kết quả đạt được khi thực hiện đề tài, đồng thời nêu ra ưu

điểm, nhược điểm của sản phẩm, phân tích những khó khăn trong quá
trình thực hiện đề tài cùng với đó là hướng phát triển của đề tài để
khắc phục những nhược điểm tồn tại giúp hoàn thiện sản phẩm hơn.
Báo cáo Hệ thống nhúng

3


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG

Báo cáo Hệ thống nhúng

4


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG

2. ĐẶT VẤN ĐỀ
2.1. Tóm lược những nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan
đến đề tài.
Mạng lưới vệ tinh là một trong những hạ tầng thông tin không thể
thiếu của loài người trong thế kỷ 21, giúp cấu thành lên mạng lưới di
động, hệ thống định vị toàn cầu. Mạng lưới di động (Global System for
Mobile Communications - GSM) được ứng trong nhiều lĩnh vực như
giao tiếp, thông tin liên lạc từ xa, điều khiển máy móc, … kết hợp với
hệ thống định vị toàn cầu (Global Position System) giúp xác định vị trí
chính xác đến từng mét, ứng dụng của hai hệ thống được sử dụng
trong các lĩnh vực định vị, xác định các vật thể di chuyển từ xa.
2.2. Tính cấp thiết của đề tài
Vấn đề an ninh, bảo vệ tài sản luôn là nỗi băn khoăn lo lắng của rất

nhiều người khi tình trạng thất lạc, bị đánh cắp phương tiện giao
thông xảy ra hàng ngày đặc biệt là đối với đất nước có số lượng
phương tiện giao thông (đặc biệt là xe máy) nhiều vô số kể như đất
nước Việt Nam.
Chính vì vậy, khi công nghệ phát triển thì nhu cầu tìm lại thiết bị,
phương tiện đã mất hoặc thất lạc thông qua định vị GPS là vô cùng
cần thiết. Đo đó, đề tài "Định vị phương tiện giao thông bằng
GSM/GPS" không chỉ phù hợp với nhu cầu của con người Việt Nam mà
còn nhiều nước trên thế giới trong vấn đề an ninh, bảo vệ tài sản của
mỗi cá nhân.
2.3. Mục tiêu đề tài
Nắm được các kiến thức về vi xử lý Arduino Nano, sử dụng tập lệnh
AT để giao tiếp với Module SIM và các kiến thức liên quan đến GSM,
GPS.
2.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
- Board Arduino Nano.
Báo cáo Hệ thống nhúng

5


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
- Module SIM808
- Anten GSM
- Anten GPS
- Phần mềm hỗ trợ lập trình: Arduino IDE

Báo cáo Hệ thống nhúng

6


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
Phạm vi nghiên cứu:
Gửi tin nhắn với cú pháp "#vitri <matkhau>." thiết bị sẽ trả về tin
nhắn chứa vị trí của thiết bị, liên kết với Google Map để xem chính
xác vị trí trên bản đồ.
2.5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tài liệu trên mạng Internet.
- Làm việc nhóm
- Phương pháp quan sát, phân tích, tổng hợp kiến thức.
2.6. Nội dung đề tài
Giao tiếp vi xử lý Arduino Nano với module GSM, GPS để tạo thành
thiết bị định vị phương tiện giao thông.

Báo cáo Hệ thống nhúng

7


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG

PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VI XỬ LÝ
1.1. Giới thiệu vi điều khiển Atmega328
Atmega328

là

một

chíp

vi

điều

khiển

được

sản

xuất

bời

hãng Atmel thuộc họ MegaAVR có sức mạnh hơn hẳn Atmega8.
Atmega 328 là một bộ vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ
nhớ chương trình 32KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB
EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bít
(2KB SRAM).
1.2. Một vài đặc điểm nổi bật
ATmega328 là vi điều khiển trong board mạch Arduino:
ATmega328 có tên đầy đủ là ATmega328P-PU. ATmega328 là linh hồn
của board mạch Arduino.
Các vi điều khiển ATmega328 đều được ghi sẵn bootloader
Arduino
Bootloader Arduino cho phép bạn gửi mã chương trình cho

ATmega328 thông qua giao thức Serial (dùng cổng COM) mà không
yêu cầu bạn phải có 1 bộ nạp ROM đặc biệt nào cả.
Với 23 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra i/O, 32 thanh
ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2
lệnh trên một vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART,
SPI, I2C. Ngoài ra có thể sử dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít
(ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả năng lập trình được watchdog
timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng tới 6 kênh điều
chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader.
Các thông số chính của vi điều khiển Atmega328P-PU như
sau:
+ Kiến trúc: AVR 8bit
+ Xung nhịp lớn nhất: 20Mhz

Báo cáo Hệ thống nhúng

8


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
+ Bộ nhớ chương trình (FLASH): 32KB
+ Bộ nhớ EEPROM: 1KB
+ Bộ nhớ RAM: 2KB
+ Điện áp hoạt động rộng: 1.8V - 5.5V
+ Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit
+ Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh)

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CHUNG CỦA KIT

Board Arduino Nano

Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino Duemilanove nhưng
khác nhau về dạng mạch. Arduino Nano được tích hợp vi điều khiển
Báo cáo Hệ thống nhúng

9


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
ATmega328P, giống như Arduino UNO. Sự khác biệt chính giữa chúng là
bảng UNO có dạng PDIP (Plastic Dual-In-line Package) với 30 chân còn
Nano có sẵn trong TQFP (plastic quad flat pack) với 32 chân. Trong khi
UNO có 6 cổng ADC thì Nano có 8 cổng ADC. Bảng Nano không có giắc
nguồn DC như các bo mạch Arduino khác, mà thay vào đó có cổng
mini-USB. Cổng này được sử dụng cho cả việc lập trình và bộ giám sát
nối tiếp. Tính năng hấp dẫn của arduino Nano là nó sẽ chọn công xuất
lớn nhất với hiệu điện thế của nó.

Báo cáo Hệ thống nhúng

10


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
Đặc điểm kỹ thuật:
•

Thiết kế theo đúng chuẩn chân, kích thước của Arduino Nano
chính hãng.

•

IC chính: ATmega328P-AU.

•

IC nạp và giao tiếp UART: CH340.

•

Điện áp cấp: 5VDC cổng USB hoặc 6-9VDC chân Raw.

•

Mức điện áp giao tiếp GPIO: TTL 5VDC.

•

Dòng GPIO: 40mA.

•

Số chân Digital: 14 chân, trong đó có 6 chân PWM.

•

Số chân Analog: 8 chân (hơn Arduino Uno 2 chân).

•

Flash Memory: 32KB (2KB Bootloader).

•

SRAM: 2KB

•

EEPROM: 1KB

•

Clock Speed: 16Mhz.

•

Tích hợp Led báo nguồn, led chân D13, LED RX, TX.

•

Tích hợp IC chuyển điện áp 5V LM1117.

•

Kích thước: 18.542 x 43.18mm
Sơ đồ chân:

Báo cáo Hệ thống nhúng

11

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG

CHƯƠNG 3: NHỮNG KIẾN THỨC LIÊN QUAN
3.1. Giới thiệu Module SIM808
3.1.1. Mô tả chung
Module Sim808 là Module GSM/GPS , được xây dựng dựa trên
Sim808 của SIMCOM, hỗ trợ GSM/GPRS với 4 băng tần và công
nghệ định vị vệ tinh GPS. Ngoài 2 chức năng chính GSM/GPS, Module
Sim808 còn hỗ trợ thêm tính năng Bluetooth.
Module sim808 có GPS với độ nhạy cao với 22 kênh theo dõi và 66
kênh tiếp nhận. Bên cạnh đó, nó cũng hỗ trợ công nghệ A-GPS, giúp
cho việc định vị được chính xác hơn, ngay cả khi ở thiết bị ở trong
nhà.

Báo cáo Hệ thống nhúng

12


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
Module được thiết kế tối ưu, loại bỏ đi như tính năng không cần
thiết để giảm giá thành và phục vụ chủ yếu cho việc giám sát, điều
khiển các thiết bị từ xa thông qua GMS/GPRS/GPS.
3.1.2. Chức năng
•

Gửi và nhận dữ liệu GPRS (TCP / IP, HTTP, v.v.).

•

Nhận dữ liệu GPS và dữ liệu A-GPS.

•

Gửi và nhận tin nhắn SMS.

•

Thực hiện và nhận các cuộc gọi điện thoại.

3.1.3. Thông số kỹ thuật
- Hỗ trợ thẻ SIM 2G 3G 4G
- Có thể được sử dụng với Raspberry Pi và Arduino
- Có 3 jack kết nối anten: GSM, GPS, Bluetooth.
- Cấp nguồn:
+ Có thể cấp nguồn 5 – 24V vào jack DC, nếu dùng nguồn 5V thì
phải đảm bảo 2A để mạch hoạt động ổn định.
+ Cấp nguồn vào 2 chân external lithium từ 3.5 – 4.2V
- Cổng microUSB được sử dụng để cập nhật firmware cho mạch.
3.1.4. Sơ đồ chân

Sơ đồ chân Module SIM808

Báo cáo Hệ thống nhúng

13


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG

Báo cáo Hệ thống nhúng

14


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
3.1.5. Hình ảnh thực tế

3.2. Tìm hiểu về GSM
3.2.1. Giới thiệu về GSM
Hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng Anh: Global System for
Mobile Communications; viết tắt: GSM) là một công nghệ dùng cho
mạng thông tin di động. Dịch vụ GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ
người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Các mạng thông tin di
động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện
thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng
được nhiều nơi trên thế giới.
GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên
thế giới. Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho
nó trở nên phổ biến trên thế giới, cho phép người sử dụng có thể sử
dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên thế giới. GSM khác với các
chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất lượng cuộc gọi.
Nó được xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ hai (second
generation, 2G). GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển
bởi 3rd Generation Partnership Project (3GPP).
Báo cáo Hệ thống nhúng

15

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chất
lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn. Thuận lợi
đối với nhà điều hành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều
người cung ứng. GSM cho phép nhà điều hành mạng có thể sẵn sàng
dịch vụ ở khắp nơi, vì thế người sử dụng có thể sử dụng điện thoại
của họ ở khắp nơi trên thế giới.
3.2.2. Lịch sử phát triển của GSM
Những năm đầu 1980, hệ thống viễn thông tế bào trên thế giới
đang phát triển mạnh mẽ đặc biệt là ở Châu Âu mà không được
chuẩn hóa về các chỉ tiêu kỹ thuật. Điều này đã thúc giục Liên minh
Châu Âu về Bưu chính viễn thông CEPT (Conference of European
Posts and Telecommunications) thành lập nhóm đặc trách về di động
GSM (Groupe Spécial Mobile) với nhiệm vụ phát triển một chuẩn
thống nhất cho hệ thống thông tin di động để có thể sử dụng trên
toàn Châu Âu.
Ngày 27 tháng 3 năm 1991, cuộc gọi đầu tiên sử dụng công nghệ
GSM được thực hiện bởi mạng Radiolinja ở Phần Lan (mạng di động
GSM đầu tiên trên thế giới).
Năm 1989, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European
Telecommunications Standards Institute) quy định chuẩn GSM là một
tiêu chuẩn chung cho mạng thông tin di động toàn Châu Âu, và năm
1990 chỉ tiêu kỹ thuật GSM phase I (giai đoạn I) được công bố.
Năm 1992, Telstra Australia là mạng đầu tiên ngoài Châu Âu ký
vào biên bản ghi nhớ GSM MoU (Memorandum of Understanding).
Cũng trong năm này, thỏa thuận chuyển vùng quốc tế đầu tiên được
ký kết giữa hai mạng Finland Telecom của Phần Lan và Vodafone của
Anh. Tin nhắn SMS đầu tiên cũng được gửi đi trong năm 1992.
Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát

triển một cách mạnh mẽ, cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các

Báo cáo Hệ thống nhúng

16


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
nhà điều hành, các mạng di động mới, thì số lượng các thuê bao
cũng gia tăng một cách chóng mặt.
Năm 1996, số thành viên GSM MoU đã lên tới 200 nhà điều hành
từ gần 100 quốc gia. 167 mạng hoạt động trên 94 quốc gia với số
thuê bao đạt 50 triệu.
Năm 2000, GPRS được ứng dụng. Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS)
được đi vào hoạt động, số thuê bao GSM đã vượt quá 500 triệu. Năm
2003, mạng EDGE đi vào hoạt động.
Cho đến năm 2006 số thuê bao di động GSM đã lên tới con số 2 tỉ
với trên 700 nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di
động trên thế giới.
(Nguồn: www.gsmworld.com; www.wikipedia.org )

Hình 1-1 Thị phần thông tin di động trên thế giới năm 2006
3.2.3. Cấu trúc địa lý của mạng
Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các
cuộc gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Ở
một mạng di động, cấu trúc này rất quạn trọng do tính lưu thông của
các thuê bao trong mạng. Trong hệ thống GSM, mạng được phân chia
thành các phân vùng sau (hình 1.2):

Báo cáo Hệ thống nhúng

17


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG

Hình 1-2 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM

Hình 1-3 Phân vùng và chia ô
3.2.3.1. Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network)
Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các
quốc gia thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các
mạng GSM khác nhau có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.
Phân cấp tiếp theo là vùng phục vụ PLMN, đó có thể là một hay
nhiều vùng trong một quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục
vụ.
Báo cáo Hệ thống nhúng

18


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
Kết nối các đường truyền giữa mạng di động GSM/PLMN và các
mạng khác (cố định hay di động) đều ở mức tổng đài trung kế quốc
gia hay quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào hay ra mạng GSM/PLMN
đều được định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng G-MSC
(Gateway - Mobile Service Switching Center). G-MSC làm việc như
một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN.
3.2.3.2. Vùng phục vụ MSC
MSC (Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là

tổng đài di động). Vùng MSC là một bộ phận của mạng được một
MSC quản lý. Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động.
Mọi thông tin để định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động hiện đang
trong vùng phục vụ của MSC được lưu giữ trong bộ ghi định vị tạm
trú VLR.
Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng
phục vụ MSC/VLR.
3.2.3.3. Vùng định vị (LA - Locationn Area)
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị
LA. Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, mà ở đó
một trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật
thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị
này. Vùng định vị này là một vùng mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ
được phát quảng bá để tìm một thuê bao di động bị gọi. Vùng định
vị LA được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái
hoạt động.
Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận
dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity):
LAI = MCC + MNC + LAC
MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia
MNC (Mobile Network Code): mã mạng di động
LAC (Location Area Code) : mã vùng định vị (16 bit)
Báo cáo Hệ thống nhúng

19


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
3.2.3.4. Cell (Tế bào hay ô)
Vùng định vị được chia thành một số ô mà khi MS di chuyển trong

đó thì không cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng. Cell là đơn vị
cơ sở của mạng, là một vùng phủ sóng vô tuyến được nhận dạng
bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI). Mỗi ô được quản lý bởi một trạm
vô tuyến gốc BTS.
CGI = MCC + MNC + LAC + CI
CI (Cell Identity): Nhận dạng ô để xác định vị trí trong vùng định
vị.
Trạm di động MS tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận
dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identification Code).
3.2.4. Hệ thống thông tin di động GSM
3.2.4.1. Mô hình hệ thống thông tin di động GSM

Mô hình hệ thống thông tin di động GSM
Các ký hiệu:
OSS : Phân hệ khai thác và hỗ trợ
Báo cáo Hệ thống nhúng

20


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
BTS : Trạm vô tuyến gốc
AUC : Trung tâm nhận thực
MS : Trạm di động
HLR : Bộ ghi định vị thường trú
ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ
MSC : Tổng đài di động
PSTN (Public Switched Telephone Network): Mạng chuyển mạch
điện thoại công cộng
BSS : Phân hệ trạm gốc

BSC : Bộ điều khiển trạm gốc
PSPDN : Mạng chuyển mạch gói công cộng
OMC : Trung tâm khai thác và bảo dưỡn
CSPDN (Circuit Switched Public Data Network): Mạng số liệu chuyển
mạch kênh công cộng
SS : Phân hệ chuyển mạch
VLR : Bộ ghi định vị tạm trú
PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng
EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị
3.2.4.2. Các thành phần chức năng trong hệ thống
Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land
Mobile Network) theo chuẩn GSM được chia thành 4 phân hệ chính
sau:
•
•
•
•

Trạm di động MS (Mobile Station)
Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)
Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem)
Phân hệ khai thác và hỗ trợ (Operation and Support
Subsystem)

Trạm di động (MS - Mobile Station): bao gồm thiết bị trạm di
động ME (Mobile Equipment) và một khối nhỏ gọi là mođun nhận
dạng thuê bao (SIM-Subscriber Identity Module). Đó là một khối vật
lý tách riêng, chẳng hạn là một IC Card hoặc còn gọi là card thông
Báo cáo Hệ thống nhúng

21


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
minh. SIM cùng với thiết bị trạm (ME-Mobile Equipment) hợp thành
trạm di động MS. SIM cung cấp khả năng di động cá nhân, vì thế
người sử dụng có thể lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động
GSM nào truy nhập vào dịch vụ đã đăng ký. Mỗi điện thoại di động
được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại di động IMEI
(International Mobile Equipment Identity). Card SIM chứa một số
nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Subcriber Identity)
để hệ thống nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các
thông tin khác. IMEI và IMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo
tính di động cá nhân. Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép
bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN).
Trạm di động ở GSM thực hiện hai chức năng:
o

Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thêu bao di động với mạng qua
đường vô tuyến.

o

Đăng ký thuê bao, ở chức năng này mỗi thuê bao phải có một thẻ
gọi là SIM card. Trừ một số trường hợp đặc biệt như là gọi cấp cứu…
thuê bao chỉ có thể truy nhập vào hệ thông khi cắm thẻ này vào
máy.
3.2.5. Mô tả chung
Nói đến thông tin di động là chúng ta nói đến liên lạc thông qua
sóng điện từ (vì vậy chúng ta mới vừa liên lạc vừa di chuyển được,

cho tới ngày nay loài người chưa tìm ra môi trường truyền khác ưu
việt hơn so với sóng điện từ). Sóng điện từ mới được đưa vào sử dụng
trong thông tin liên lạc gần 100 năm cho đến gần 30 năm nay thì
thông tin di động mới thực sự phát triển và kết nối toàn thế giới.
Để làm rõ điều này chúng ta thực hiện phép tính như sau: Mỗi cuộc
liên lạc giữa 2 người cần một đường truyền độc lập (gọi là kênh vô
tuyến), mỗi kênh giả sử có dải thông 3kHz (3.10 3 Hz ứng với dải
thông của tiếng nói, thực tế dải thông của tiếng nói nhiều hơn), dải
tần số vô tuyến là 3GHz (3.10 9Hz) chỉ cho phép 3.10 9/3.103 = 106

Báo cáo Hệ thống nhúng

22


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
người sử dụng cùng một lúc, vậy làm thế nào để phục vụ hàng chục
triệu người sử dụng cùng một lúc, trong khi dải tần 3GHz còn dùng
cho rất nhiều các việc khác như: Phát thanh truyền hình, trong quân
đội, nghiên cứu khoa học…, do đó dải tần dành cho thông tin di động
chỉ là một phần nhỏ.
Một trong các phương pháp để giải quyết vấn đề nhiều người dùng
độc lập trên một dải tần vô tuyến hạn chế đó là: Một cuộc liên lạc di
động này có thể sử dụng lại tần số của một cuộc liên lạc di động
khác với điều kiện hai cuộc liên lạc này phải ở đủ xa nhau về khoảng
cách vật lý để sóng truyền đến nhau nhỏ hơn sóng truyền của hai
người trong cuộc liên lạc, do vậy để thích hợp với việc quản lý một
địa bàn có dịch vụ thông tin di động phải chia nó thành các phần
nhỏ, gọi là tế bào. Hai người sử dụng ở tế bào đủ cách xa nhau có
thể sử dụng lại cùng một tần số sóng điện từ thông qua việc quản lý

của một trạm trung tâm của tế bào, về lý thuyết kích cỡ tế bào là rất
nhỏ, công suất thu phát trong tế bào được khống chế (để không làm
phiền đến tế bào khác) do đó có thể phục vụ vô số người sử dụng di
động cùng một lúc trong khi dải tần số vô tuyến bị hạn chế. Phương
pháp này gọi là sử dụng lại tần số bằng cách chia nhỏ vùng phục vụ
thành các tế bào.
Tóm lại những đặc thù cơ bản của thông tin di động là: Phục vụ đa
truy cập và gắn liền với thiết kế mạng tế bào, hệ quả tất yếu liên
quan vấn đề này là chống nhiễu, chuyển giao, quản lý di động, quản
lý tài nguyên, những yếu tố này khác rất nhiều so với thông tin cố
định và luôn luôn đòi hỏi những công nghệ mới.
3.2.6. Đặc điểm
Một số khuyến nghị của CCITT cho mạng thông tin di động GSM có
những đặc điểm chính như sau:
-

Có nhiều loại hình dịch vụ chất lượng cao và tiện ích trong thông
tin thoại và số liệu.

Báo cáo Hệ thống nhúng

23


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
-

Sự tương thích các dịch vụ trong mạng GSM với các dịch vụ
của mạng chuyển mạch công cộng PSTN, mạng số liệu đa dịch
vụ ISDN, nhờ

các giao diện đã chuẩn hoá theo một chuẩn

chung.
-

Tự động định vị và cập nhật vị trí.

-

Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các thiết bị đầu cuối di động khác
nhau: Như máy xách tay, máy gắn trên ô tô, máy cầm tay.

-

Sử dụng băng tần 900MHz có hiệu quả cao nhờ sự kết hợp cả hai
kỹ thuật TDMA và FDMA.

-

Dễ dàng thích ứng với nhu cầu ngày càng tăng của dung lượng,
dễ nâng cấp và mở rộng mạng nhờ kế hoạch sử dụng lại tần số.

-

Tính bảo mật cao, chống lại sự sử dụng trái phép đảm bảo tính
cá nhân cho từng thuê bao.

-

Nhảy tần không liên tục chuyển giao bên trong ô và điều chỉnh
tự động công suất phát của BTS và các chức năng để giảm mức
nhiễu giao thoa cùng biểu tượng.

3.3. Tìm hiểu về GPS
3.3.1. Giới thiệu về GPS
Hệ thống định vị toàn cầu (The Global Positioning System; viết tắt:
GPS) là một chuẩn chung cho hệ thống định vị nhờ vệ tinh (Global
Navigation Satellite System(GNSS) ), được phát triển bởi bộ quốc
phòng Hoa kỳ. Là chuẩn định vị nhờ vệ tinh với đầy đủ chức năng
trên thế giới. GPS sử dụng một nhóm từ 24 đến 32 vệ tinh bay ở quỹ
đạo Medium Earth Orbit (MEO 2000km đến 35,768km) quanh trái đất
phát tín hiệu sóng tới các các thiệt bị thu GPS nhằm xác định chính
xác vị trí máy thu GPS, thời gian và vận tốc của chúng. Cơ quan của
GPS là NAVSTAR GPS. Nhóm vệ tinh GPS được quản lý bởi United
States Air Force 50th Space Wing. GPS thường được sử dụng trong
dân sự như một hệ thông định vị, điều hướng.

Báo cáo Hệ thống nhúng

24


HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
Sau khi chuyến bay 007 từ Hàn Quốc bị bắn hạ vào năm 1983 vì
bay vào vùng cấm bay của USSR, tổng thống Ronald Reagan đưa ra
chỉ thị sử dụng GPS cho dân sự như một tiện ích chung. Từ khi đó,
GPS được sử dụng rộng rãi hỗ trợ định vị toàn cầu, và là một công cụ
hữu dụng cho thiết kế bản đồ, đo đạc vùng đất, công thương, khoa
học và trở thành tiện ích cá nhân. Tham chiếu thời gian chính xác

được sử dụng trong nhiều ứng dụng bao gồm nghiên cứu khoa học
về động đất. GPS yêu cầu đồng bộ tài nguyên của các mạng lưới đối
tượng, như giao tiếp không dây Qualcomm CDMA sử dụng bới các
thiết bị không dây trong các quốc gia.
3.3.2. Lịch sử phát triển của GPS
Hệ thống định vị vệ tinh đầu tiên, Transit, được sử dụng bởi hải
quân Mỹ, là thử nghiệm thành công đầu tiên vào năm 1960. Sử dụng
một nhóm 5 vệ tinh, nó có thể cung cấp một định vị trong xấp xỉ một
giờ đồng hồ. Năm 1967, hải quân Mỹ phát triển vệ tinh Timation
chứng minh khả năng đặt giờ chính xác trong vũ trụ. Năm 1970, hệ
thống định vị vận tốc góc, dựa trên việc so sánh các giai đoạn của tín
hiệu, trở thành hệ thống định vị radio toàn cầu đầu tiên. Thiết kế của
GPS một phần tương tự như hệ thống định vị radio, như LORAN và
Decca Navigator phát triển vào đầu năm 1940, và được sử dụng
trong suốt đại chiến thế giới lần thứ 2. Thêm vào đó là cuộc chạy đua
công nghệ khi Liên Xô thống nhất và cho phóng Sputnik đầu tiên vào
năm 1957. Một đội các nhà khoa học của Mỹ đứng đầu là Dr. Richard
B. Kershner đã quan sát và kiểm tra sự truyền tín hiệu radio của
Sputnick. Họ đã tìm ra nhờ tác động Doppler. Sự liên tục của tín hiệu
được truyền từ Sputnik thì cao hơn khi tiến gần đến vệ tinh và thấp
hơn khi nó tiếp tục xa họ. Họ tiến hanh việc này từ khi họ biết vị trí
chính xác vị trí của họ trên địa cầu. Họ có thể định vị nơi mà vệ tinh
tiến đến. Quỹ đạo của nó được đo bởi biến đổi Doppler.
Niên biểu lịch sử phát triển:
Báo cáo Hệ thống nhúng

25