Luận án TS: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật định vị di động 4G và ứng dụng an ninh

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- NGUYỄN HỒNG THỦY 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 TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội, tháng 10 năm 2023 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- NGUYỄN HỒNG THỦY NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ THIẾT BỊ DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ TƯ VÀ ỨNG DỤNG CHO CÔNG TÁC AN NINH Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 9.08 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. Lê Nhật Thăng TS. Hồ Văn Canh Hà Nội, tháng 10 năm 2023 i LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn Phó Giáo sư, Tiến sĩ Lê Nhật Thăng và Tiến sĩ Hồ Văn Canh, các Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu sinh và làm luận án. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Khoa Đào tạo Sau Đại học Học viện; Lãnh đạo Bộ Công an, Bộ Thông tin và Truyền thông; Lãnh đạo Cục Kỹ thuật nghiệp vụ - Bộ Công an đã tạo điều kiện, giúp đỡ, hỗ trợ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, khảo sát và thử nghiệm thực tế phục vụ công trình nghiên cứu này.

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và nhiều Nhà khoa học có uy tín khác đã động viên, hỗ trợ và đóng góp ý kiến để tôi có thể hoàn thành công trình nghiên cứu và luận án này. Dù đã rất cố gắng nhưng với thời gian nghiên cứu, thời gian thực tế có hạn, trong khi đó khoa học và công nghệ, đặc biệt là công nghệ di động, công nghệ xử lý dữ liệu có nhiều sự thay đổi, phát triển vượt bậc nên chắc chắn công trình này còn không tránh khỏi những thiếu sót, bất cập. Tôi rất mong nhận được sự chỉ dẫn, góp ý tiếp của các Thầy, các Nhà khoa học, Lãnh đạo các cơ quan, đồng nghiệp và bạn đọc để luận án của tôi được tiếp tục phát triển, đóng góp một phần cho sự phát triển khoa học công nghệ đất nước và ứng dụng thực tế có hiệu quả cho ngành Công an. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Hồng Thuỷ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Công trình nghiên cứu, luận án tiến sĩ “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật định vị thiết bị di động thế hệ thứ tư và ứng dụng cho công tác an ninh” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các cơ sở khoa học, toán học; nguyên lý kỹ thuật, công nghệ; phần mềm và thuật toán cơ sở; số liệu khảo sát thực tế đều được tôi trích dẫn, tham chiếu, ghi chú. Nếu có bất cứ cơ sở khoa học và số liệu thực tiễn nào còn chưa được trích dẫn, tham chiếu, ghi chú là do sơ xuất của tôi, kính mong các Tác giả, các Nhà khoa học và Bạn đọc tiếp tục chỉ dẫn, góp ý giúp để tôi bổ sung, chỉnh sửa.

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Hồng Thuỷ iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. i LỜI CAM ĐOAN. ii BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.

vii BẢNG CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC. xiv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. xvi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU. xviii MỞ ĐẦU .1 Khái quát về công trình nghiên cứu .1 Những vấn đề đặt ra cần nghiên cứu .4 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài .4 Phương pháp nghiên cứu.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án .6 Bố cục Luận án.

TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH VỊ DI ĐỘNG. Khái quát về định vị di động và các ứng dụng của định vị. Những giả thuyết, lý giải trước đây về định vị di động và ứng dụng cho công tác an ninh. Cơ sở lý thuyết liên quan.

Nguyên lý kỹ thuật định vị di động. So sánh các công nghệ định vị di động. Các yêu cầu định vị di động của công tác an ninh. Tình hình nghiên cứu liên quan, những tồn tại và hướng giải quyết.

Tình hình nghiên cứu liên quan. Những tồn tại, hạn chế và thách thức. Hướng giải quyết. Kết luận Chương 1.

GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐỊNH VỊ THIẾT BỊ DI ĐỘNG. Xác định các yêu cầu cụ thể của bài toán định vị. Mô tả yêu cầu. Khái niệm mới về đối tượng của bài toán định vị.

Bảng mô tả yêu cầu kỹ thuật cụ thể. Đề xuất giải pháp kỹ thuật tổng thể. Lựa chọn nguyên lý kỹ thuật định vị lõi. Giải pháp kỹ thuật kết hợp đa dạng nguồn dữ liệu để nâng cao hiệu quả định vị.

Giải pháp kỹ thuật cải thiện độ chính xác định vị. Giải pháp kỹ thuật U-TDoA để nâng cao độ khả dụng và độ chính xác định vị. Nhận xét, đánh giá về giải pháp kỹ thuật được đề xuất. Hiệu quả của giải pháp.

Kết luận Chương 2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ THIẾT BỊ DI ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG CHO CÔNG TÁC AN NINH. Mô hình kiến trúc tổng thể hệ thống định vị thiết bị di động. Mô hình kiến trúc hệ thống.

Mô tả kiến trúc hệ thống. Cấu trúc, chức năng hệ thống định vị thiết bị di động. Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống. Mô tả cấu trúc, chức năng hệ thống.

Phân lớp, xác định đối tượng. Bài toán lý thuyết phân lớp. Phương pháp phân lớp, xác định đối tượng định vị. Lựa chọn kỹ thuật phân lớp xác định đối tượng định vị.

Bảo mật chuyển giao kết quả định vị. Bảo mật chuyển giao kết quả định vị sử dụng bài toán chia sẻ mảnh bí mật qua ảnh. Bảo mật chuyển giao kết quả định vị sử dụng thuật toán giấu tin mật qua ảnh. Đánh giá độ an toàn thông tin được bảo mật.

Đề xuất hệ thống kỹ thuật bảo mật chuyển giao kết quả định vị. Giải pháp kỹ thuật giả lập trạm gốc thu thập tham số IMSI/IMEI. Đề xuất giải pháp kỹ thuật. Sơ đồ cấu trúc trạm gốc giả lập.

Kết luận Chương 3. Thu thập dữ liệu Cell-ID từ nguồn mở. Phân tích các phương pháp thu thập dữ liệu Cell-ID. Thu thập dữ liệu Cell-ID từ nguồn mở OpenCellID.

Thu thập từ dữ liệu Cell-ID từ nguồn của Google. Nhận xét, đánh giá chung về thu thập dữ liệu Cell-ID từ nguồn mở. Cải thiện độ chính xác định vị. Phương pháp.

Thực hiện và kết quả. Nhận xét, đánh giá. Thực nghiệm giả lập trạm gốc thu thập tham số IMSI/IMEI. Kịch bản thực nghiệm.

Các bước thực hiện và kết quả. Nhận xét, đánh giá. Thực nghiệm tìm hướng, định vị thiết bị di động bằng trạm gốc giả lập. Nguyên lý kỹ thuật và kịch bản thực nghiệm.

Nhận xét, đánh giá. Phân tích, đánh giá tổng hợp giải pháp kỹ thuật, mô hình hệ thống và kết quả một số thực nghiệm. Kết luận Chương 4 .124 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN .125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .126 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .127 vii BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT TT Tên viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Mạng thông tin di động thế hệ 1G/2G/3G/4G 1st/2nd/3rd/4th/5th 1. thứ nhất/ thứ hai/ thứ ba/ thứ /5G Generation tư/ thứ năm 3rd Generation Partner Dự án hợp tác phát triển di 2.

23GPP Project động Dịch vụ cứu hộ khẩn cấp của Mỹ 3. 3911 và Canada (thông qua nhắn tin và định vị di động) Artificial Intelligence/ 4. 4AI/ML Trí tuệ nhân tạo/Học máy Machine Learning Assistant Global Hệ thống vệ tinh dẫn A-GNSS/A- Navigation Satellite 5. 5 đường/Định vị toàn cầu được GPS System/Assistant Global trợ giúp Positioning System (Kỹ thuật định vị) đo đa Advanced Forward Link 6.

6AFLT phương (đo tam giác) liên kết Trilateration chuyển tiếp nâng cao 7. 7AoA Angle of Arrival Góc đến của tín hiệu 8. 8Algorithm Thuật toán Automatic Location 9. 9ALI Tự động nhận dạng vị trí Identification 10.

1 Analog Mobile Phone Hệ thống thông tin di động (kỹ AMPS 0 System thuật tương tự) 11. Analog Kỹ thuật tương tự 12. AP Access Point Điểm truy cập Wifi 13. 1 Application API Giao diện lập trình ứng dụng 3 Programming Interface Kỹ thuật định vị dựa trên chỉ 14.

1 Access Point Received AP-RSSI Signal Strength báo cường độ tín hiệu nhận 4 Indication được (cho Wifi) viii TT Tên viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Absolute Radio Kênh tần số vô tuyến tuyệt đối 15. ARFCN Frequency Channel (cho mạng di động) 16. 1 Hệ thống vệ tinh dẫn đường Beidou Beiou GNSS 5 toàn cầu của Trung Quốc 17. Big Data Dữ liệu lớn 18.

BS Base Station Trạm gốc (di động) 19. BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc 20. BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc 21. 2 Trạm gốc (thu phát) thông tin BTS Base Transceiver Station 0 di động Command, Control, 22.

2 Hệ thống thông minh máy tính, Communications, C4I truyền thông, điều khiển, chỉ 1 Computers, Intelligence huy System 23. Cell ID/CID Cellular Identity Số định danh ô di động 24. 2 Cell ID + Timming Kỹ thuật định vị Cell ID kết CI+TA 3 Advanced hợp định thời tiên tiến 25. CAND Công an nhân dân (Việt Nam) 26.

CDR Call Detail Record Bản ghi chi tiết cuộc gọi 27. Cell Cellular Tế bào (di động) 28. CERP Cicle Error Probability Xác xuất sai số hình tròn 29. CQAN Cơ quan an ninh (Việt Nam) Code Division Multi 30.

2CDMA/ Access/Frequency Đa truy cập phân chia theo FDMA/ Division Multi Access/ 9 mã/theo tần số/theo thời gian TDMA Time Division Multi Access 31. Data Lake Hồ dữ liệu ix TT Tên viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 32. Digital Kỹ thuật số 33. DL Down Link Đường xuống 34.

DW Data Warehouse Kho dữ liệu 35. 3 Dịch vụ cứu hộ khẩn cấp của E911 Enhanced 911 4 Mỹ và Canada được nâng cao eNodeB 36. Trạm gốc 4G-LTE (eNB) 37. 3 Chênh lệch thời gian quan sát Enhanced Observed EOTD được nâng cao (kỹ thuật định 6 Time Difference vị) 38.

3 Đo chênh lệch thời gian đến E-TDoA Enhanced-TDoA 7 tiên tiến 39. 3 Euro Viện tiêu chuẩn viễn thông ETSI Telecommunication 8 Châu Âu Standard Institude 40. 3 Evolved Universal Mạng truy nhập vô tuyến mặt E-UTRAN Terrestial Radio Access 9 đất đa năng được nâng cấp Network 41. 4 Federal Communication Uỷ ban truyền thông liên bang FCC/FDD Commission/ Frequency (Mỹ)/Song công phân chia 0 Division Duplexing theo tần số (LTE hỗ trợ) 42.