Luận án tiến sĩ: Thuật toán truyền dữ liệu qua kênh thoại GSM ứng dụng dãy phi tuyến lồng ghép - Nguyễn Thanh Bình

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- NGUYỄN THANH BÌNH XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TRUYỀN DỮ LIỆU QUA KÊNH THOẠI CỦA MẠNG GSM VÀ ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN SINH SỐ GIẢ NGẪU NHIÊN DỰA TRÊN CÁC DÃY PHI TUYẾN LỒNG GHÉP ĐỂ BẢO MẬT DỮ LIỆU LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ii HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- NGUYỄN THANH BÌNH XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TRUYỀN DỮ LIỆU QUA KÊNH THOẠI CỦA MẠNG GSM VÀ ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN SINH SỐ GIẢ NGẪU NHIÊN DỰA TRÊN CÁC DÃY PHI TUYẾN LỒNG GHÉP ĐỂ BẢO MẬT DỮ LIỆU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 9.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. NGUYỄN XUÂN QUỲNH HÀ NỘI – 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iii LỜI CAM ĐOAN Nghiên cứu sinh xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính mình. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình của bất kỳ tác giả nào khác. Người cam đoan Nguyễn Thanh Bình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iv LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sỹ này được nghiên cứu sinh thực hiện tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TSKH Nguyễn Xuân Quỳnh.

Nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với GS.TSKH Nguyễn Xuân Quỳnh, TS. Lê Chí Quỳnh, GS.TS Nguyễn Bình, các thầy đã định hướng khoa học, chỉ dẫn thực hiện những nhiệm vụ cần thiết cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi để công trình nghiên cứu này được hoàn thành. Nghiên cứu sinh xin được trân trọng cám ơn Ban Cơ yếu Chính phủ đã tạo điều kiện để nghiên cứu sinh hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu. Nghiên cứu sinh cũng xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Khoa Đào tạo sau đại học và các đồng nghiệp đã luôn hỗ trợ, tạo điều kiện để hoàn thành công trình nghiên cứu này.

Cuối cùng là sự biết ơn tới gia đình, bạn bè đã thông cảm, động viên giúp đỡ nghiên cứu sinh có thêm nghị lực để hoàn thành luận án này. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. iv MỤC LỤC. v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.

viii PHẦN MỞ ĐẦU. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Mục tiêu nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN. 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.

Tổng quan về mạng viễn thông di động GSM [1][2][29][34]. An toàn, bảo mật và một số điểm yếu về vấn đề này trong hệ thống mạng GSM [2,3,6,7,16,29,31,34]. Nguyên lý xác thực và bảo mật trong mạng di động GSM. Điểm yếu của bảo mật trong mạng di động GSM và một số tấn công phổ biến:.

Một số phương pháp bảo mật thông tin thoại di động [6][16][28][29]. Các phương pháp nén tiếng nói trong mạng GSM [33, 34]. Một số đặc điểm tín hiệu tiếng nói cơ bản của mạng GSM [33]. Quá trình tạo và các tính chất cơ bản của tiếng nói.

Mô hình hoá quá trình tạo tiếng nói [9][9b]. Các tính chất cơ bản của tiếng nói. Các phương pháp mã hoá tiếng nói cơ bản. Mã hoá dạng sóng.

Kỹ thuật nén tiếng nói trong thông tin di động GSM. Các bộ mã Codec trong mạng GSM. Cấu trúc một bộ mã hoá tiếng nói dùng phương pháp mã hoá lai AbS [16][8][10][30]. Một số loại mã hoá lai dùng trong liên lạc di động.

Kết luận chương 1. 31 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vi CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN NÉN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO MẬT, TRUYỀN DỮ LIỆU QUA KÊNH THOẠI GSM. Lựa chọn giải pháp mã hóa mật cuộc gọi thoại di động trên kênh GSM. So sánh ba thuật toán nén dùng kỹ thuật dự đoán tuyến tính (LP Specch Model).

Mô hình và đề xuất bộ mã hoá dự đoán tuyến tính kích thích hỗn hợp MELP. Mô hình thuật toán mã thoại MELP. Quá trình mã thoại MELP được biểu diễn trên Hình 2. Quá trình giải mã MELP.

Đề xuất bộ mã hoá MELP cải tiến tốc độ thấp. Giải pháp điều chế và giải điều chế để truyền dữ liệu qua kênh thoại GSM. Phương pháp điều chế tín hiệu tựa tiếng nói. Đề xuất phương pháp điều chế tín hiệu kiểu viễn thông truyền thống có cấu trúc phổ gần giống phổ của tiếng nói.

Điều chế tín hiệu kiểu viễn thông truyền thống. Điều chế tín hiệu kiểu viễn thông truyền thống có cấu trúc phổ gần giống phổ của tiếng nói. Kết luận chương 2. 72 CHƯƠNG 3: BẢO MẬT DỮ LIỆU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN SINH SỐ GIẢ NGẪU NHIÊN DỰA TRÊN DÃY PHI TUYẾN HAI CHIỂU LỒNG GHÉP.

Thanh ghi dịch và đa thức nguyên thủy. Dãy có độ dài cực đại. Các thuộc tính của m-dãy. Dãy có cấu trúc lồng ghép.

Xây dựng dãy lồng ghép và dãy phi tuyến lồng ghép. Các tính chất của dãy lồng ghép. Tính ngẫu nhiên. Hàm tự tương quan.

Các phương pháp sinh dãy lồng ghép và lồng ghép phi tuyến. Phương pháp sinh dãy lồng ghép sử dụng biến đổi d. Phương pháp sinh dãy lồng ghép sử dụng hàm vết. Phương pháp tính toán trực tiếp giá trị thứ tự lồng ghép.

88 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Thực thi dãy lồng ghép bằng phần cứng Vi xử lý. Ứng dụng dãy lồng ghép phi tuyến trong kỹ thuật mật mã. Thực thi thuật toán nén Melpe bằng Vi xử lý STM32F.

Lưu đồ thuật toán nén thoại Melpe trên ARM [24]. Lưu đồ thuật toán giải nén Melpe trên ARM [24]. Phân tích hiệu suất. Tối ưu hóa thuật toán (Optimization of algorithm).

Phân tích kết quả thực nghiệm. Lưu đồ giải thuật khối mã hóa/giải mã. Lưu đồ giải thuật khối mã hóa. Lưu đồ giải thuật khối giải mã.

Kết luận chương 3. 111 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 114 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2G Second Generation Thế hệ hai 3G Third Generation Thế hệ ba Third Generation Partnership 3GPP Dự án đối tác thế hệ thứ 3 Project A Adaptive Quadrature Điều chế biên độ thích nghi AQAM Amplitude Modulation vuông góc AuC Authentication Center Trung tâm xác thực Algebraic code-excited linear Dự đoán tuyến tính mã kích ACELP prediction thích đại số Adaptive Differential Pulse Điều chế sung mã vi sai thích ADPCM Code Modulation nghi B BSC Base Station Control Điều khiển trạm gốc BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc BTS Base transceiver station Trạm phát sóng cơ sở C Conditional cochannel CCIP Nhiễu đồng kênh có điều kiện interference probability Code Division Multiple CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã Access CN Core Network Mạng lõi CS Chanel Switching Chuyển mạch kênh CSD Circuit Switched Data Dữ liệu chuyển mạch Code-excited linear Dự đoán tuyến tính mã kích CELP prediction thích E LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ix EIR Equitment Identity Register Đăng ký nhận dạng thiết bị F Ghép song công phân chia theo FDD Frequency Division Duplex tần số Frequence Division Mutiplex Đa truy nhập phân chia theo tần FDMA Access số FIR Finite Impulse Response Bộ lọc Đáp ứng xung hữu hạn G Gateway GPRS Support Nod GGSN Nút hỗ trợ GPRS cổng e Gateway Mobile Service Trung tâm chuyển mạch các GMSC Center dịch vụ GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ gói vô tuyến Global System for Mobile Hệ thống toàn cầu cho truyền GSM Communication thông di động H HLR Home Location Register Đăng ký Thuê bao – HLR HF High Frequency 3-30Mhz I International Mobile Mã nhận dạng thuê bao di động IMSI Subscriber Identity quốc tế International Mobile IMT Thông tin di động toàn cầu Telecommunications IIR Infinite Impluse Response Bộ lọc đáp ứng xung vô hạn IP Internet Protocol Giao thức chuyển mạch gói ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu giữa các ký hiệu International ITU Hiệp hội Viễn thông Quốc tế Telecommunications Union LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com x L LMS Least Mean Square Bình phương trung bình bé nhất LPC LinearPredictiveCoding Mã hóa dự đoán tuyến tính LSF Line Spectral Frequencies Tần số phổ vạch LSD Log Spectral Distortion Méo dạng phổ loga LSP Line Spectrum Pairs Cặp phổ vạch LTE Long-term evolution Phát triển dài lâu LTP Long Term Predictor bộ lọc dự đoán thời gian dài Linear Feedback Shift Thanh ghi dịch phản hồi tuyến LFSR Register tính LAI Location Area Identity Nhận diện vùng M Multiple-input and multiple- MIMO Đa đầu vào và đa đầu ra output MISO Multiple Input single Output Đa đầu vào đơn đầu ra MS Mobile Station Trạm di động ME Mobile Equitment Thiết bị di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch Mixed Excitation Linear Thuật toán nén dự đoán tuyến MELP Prediction tính kích thích hốn hợp MPE Multi Pulse Excited Đa xung kích thích N NGN Next Genneration Netword Mạng viễn thông thế hệ mới NSS Network Subsystem Hệ thống mạng lõi Network Management NMS Hệ thống quản lý mạng Subsystem O LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com xi Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia theo tần số OFDM Division Multiplex trực giao P PLMN Public Land Mobile Network Mạng thông tin di động mặt đất PCM Pulse Code Modulation Điều chế sung mã PS Packet switching Chuyển mạch gói Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch PSTN Network công cộng PESQ Perceptual Evaluation Speech Đánh giá chất lượng tín hiệu Quality thoại theo tri giác PN Pseudo Noise Giả ngẫu nhiên Q Quadrature Amplitude QAM Điều chế biên độ vuông góc Modulation QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ Quadrature Phase Shift QPSK Khoá dịch pha vuông góc Keying R RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến S SCF Service Control Function Chức năg điều khiển dịch vụ SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS dịch vụ SISO Single Input Single Output Đơn đầu vào đơn đầu ra SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn di động SDR Software Define Radio Vô tuyến điều khiển bằng phần mềm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.