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

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - 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 thơng Mã số: 9.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THƠNG HÀ NỘI 10- 2023 Cơng trình hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Nhật Thăng TS Hồ Văn Canh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học viện họp tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Vào hồi ngày tháng năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Định vị điện thoại di động có tầm quan trọng ý nghĩa to lớn, thiết thực phát triển công nghệ viễn thông, kinh tế - xã hội, quốc phòng - an ninh Khi thiết lập mạng viễn thông di động, kỹ thuật định vị áp dụng để mạng di động xác định vị trí thuê bao phục vụ Trong quốc phòng an ninh, định vị di động đặc biệt cần thiết cho thông tin huy, điều hành; thông tin khẩn cấp cứu hộ cứu nạn; giám sát an ninh cơng cộng, phịng chống tội phạm nhiều hoạt động khác Do vậy, kỹ thuật, công nghệ ứng dụng định vị di động lĩnh vực quan tâm nghiên cứu, phát triển Qua nghiên cứu khảo sát thực tế, luận án nhận thấy rằng, có số giải pháp kỹ thuật định vị di động chưa có giải pháp kỹ thuật hiệu yêu cầu định vị thiết bị di động hệ thứ tư (4G) cho công tác an ninh an ninh Do vậy, vấn đề cấp thiết nghiên cứu, tìm hiểu giải pháp kỹ thuật hiệu để định vị thiết bị di động 4G nghiên cứu mơ hình hệ thống kỹ thuật ứng dụng cho cơng tác an ninh Vì vậy, đề tài luận án tiến sĩ “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật định vị thiết bị di động hệ thứ tư ứng dụng cho công tác an ninh” thực cần thiết (Trong Tóm tắt luận án Quyển luận án đầy đủ, khái niệm Thiết bị di động, điện thoại di động, máy di động thiết bị người dùng; kỹ thuật công nghệ định vị; định vị thiết bị di động, điện thoại di động hay định vị di động coi đồng sử dụng tùy ngữ cảnh) Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu *Mục tiêu đề tài luận án nghiên cứu, đề xuất giải pháp kỹ thuật có hiệu quả, từ xây dựng mơ hình tổng thể hệ thống kỹ thuật định vị thiết bị di động hệ thứ tư ứng dụng cho công tác an ninh * Đề tài luận án xác định đối tượng nghiên cứu giới hạn phạm vi nghiên cứu vào vấn đề trọng tâm sau: (1) Cơ sở khoa học, lý thuyết, nguyên lý kỹ thuật, công nghệ định vị di động số kỹ thuật, công nghệ liên quan, gồm: thu thập, xây dựng sở liệu định vị đa nguồn; cải thiện độ xác định vị; phân lớp, xác định đối tượng; bảo mật chuyển giao kết định vị trạm gốc giả lập thu thập tham số IMSI/IMEI (2) Đề xuất giải pháp kỹ thuật định vị nhằm nâng cao hiệu định vị thiết bị di động (3) Đề xuất mơ hình tổng thể hệ thống kỹ thuật định vị thiết bị di động thứ tư ứng dụng cho công tác an ninh (4) Thực nghiệm số kỹ thuật, bao gồm: thu thập, xây dựng sở 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 hỗ trợ tìm kiếm, định vị đối tượng Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Góp phần phát triển, ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật vào công tác đảm bảo an ninh, trật tự Kết nghiên cứu áp dụng để thiết kế, xây dựng hệ thống kỹ thuật quan trọng phục vụ công tác Đồng thời, nội dung luận án làm tài liệu tham khảo, bổ sung giáo trình đào tạo, bồi dưỡng - Đề tài luận án vừa mang tính chất khoa học, kỹ thuật chuyên ngành định vị di động, vừa mang tính đề xuất giải pháp kỹ thuật, mơ hình hệ thống định vị thiết bị di động nhằm “nâng cao hiệu định vị thiết bị di động hệ thứ tư” “ứng dụng cho công tác an ninh”, điều kiện thực tế mở rộng, phát triển tương lai Đó đóng góp mà đề tài luận án đặt Bố cục luận án Nội dung luận án trình bày chương, ngồi phần mở đầu kết luận Trong đó, Chương trình bày Tổng quan định vị di động, Chương Chương hai đóng góp luận án (giải pháp kỹ thuật, mơ hình hệ thống) Chương trình bày số thực nghiệm minh chứng giải pháp kỹ thuật, mơ hình tổng thể hệ thống đề xuất CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH VỊ DI ĐỘNG 1.1 Khái quát định vị di động ứng dụng Theo vết (định vị) điện thoại di động việc xác định vị trí địa điểm máy điện thoại di động cố định di chuyển Hiện nay, mạng di động 4G phổ biến, thiết bị đầu cuối 4G hoạt động nhiều chế độ khác nhau, tốn định vị thiết bị di động khác thiết lập hoạt động Đồng thời, ứng dụng việc định vị thiết bị di động 4G cho nhà mạng, nhà cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng, doanh nghiệp, quan quản lý Nhà nước, cứu hộ cứu nạn, an ninh, quốc phòng khác 1.2 Các nghiên cứu, lý giải trước định vị di động 1.2.1 Các nguyên lý kỹ thuật định vị di động Nguyên lý kỹ thuật để xác định vị trí điện thoại di động dựa tảng sau đây: sở mạng; sở máy cầm tay; tảng SIM di động; theo vị trí điểm cung cấp Wifi; sở kỹ thuật định vị lai ghép Đối với hệ mạng di động tính chất thiết bị di động, nguyên lý, sử dụng kỹ thuật định vị tương ứng lai ghép kỹ thuật với 1.2.2 So sánh kỹ thuật định vị di động Kết so sánh hai kỹ thuật định vị di động (trên sở mạng sở máy cầm tay) với tiêu chí: độ xác, độ trễ, độ tin cậy, độ khả dụng khả áp dụng khơng có ngun lý hiệu cho trường hợp áp dụng cần tìm giải pháp kỹ thuật mới, có hiệu 1.3 Các yêu cầu định vị di động công tác an ninh Yêu cầu định vị di động công tác an ninh quan trọng đa dạng, bao gồm yêu cầu xác định vị trí, truy vết đường tìm mối liên quan Yêu cầu xác định vị trí hẹp dần phạm vi từ mức quốc gia, vùng lãnh thổ, khu vực rộng, phạm vi hẹp đến tầm gần 1.4 Tình hình nghiên cứu liên quan, tồn tại, số vấn đề cần nghiên cứu hướng giải Qua khảo sát cơng trình nghiên cứu khoa học ngồi nước, NCS nhận thấy: - Chưa tìm thấy tài liệu cơng bố cơng trình nghiên cứu tổng qt cụ thể giải pháp kỹ thuật định vị thiết bị di động 4G ứng dụng cho an ninh - Các nghiên cứu khoa học có giải vấn đề kỹ thuật chung định vị di động, có định vị di động 4G/LTE; số nghiên cứu phương pháp giải toán cụ thể định vị 4G/LTE Do vậy, NCS xác định luận án cần tập trung giải quyết: -Nghiên cứu nguyên lý kỹ thuật định vị di động để tìm giải pháp có hiệu định vị thiết bị di động 4G điều kiện thực tế -Nghiên cứu đề xuất mơ hình hệ thống kỹ thuật tổng thể để định vị thiết bị di động hệ thứ tư ứng dụng cho công tác an ninh -Nghiên cứu cách thức để phân loại, xác định đối tượng để áp dụng nguyên lý kỹ thuật, thuật toán định vị - Nghiên cứu giải pháp thu thập liệu từ nhiều nguồn khác nhau, tích lũy liệu để nâng cao hiệu định vị; thực nghiệm thu thập liệu Cell-ID từ nguồn mở - Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật thực nghiệm cải thiện độ xác số kỹ thuật định vị - Nghiên cứu cách thức bảo mật để chuyển giao, khai thác kết định vị cho mục đích khác - Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật thực nghiệm thu thập tham số IMSI/IMEI, hỗ trợ tìm kiếm, định vị xác đối tượng 1.5 Kết luận chương Chương luận án nêu luận giải tổng quan, vấn đề nghiên cứu, xác định mục tiêu phạm vi đề tài luận án; định nghĩa, khái niệm, thông tin, tầm quan trọng ý nghĩa vấn đề nghiên cứu mà đề tài luận án đặt ra; nghiên cứu tổng quan so sánh nguyên lý kỹ thuật định vị Các kết nghiên cứu Chương sở cho đề xuất giải pháp kỹ thuật Chương 2; đề xuất mơ hình hệ thống kỹ thuật ứng dụng cho công tác an ninh Chương 3; thực nghiệm minh chứng giải pháp, mơ hình hệ thống Chương CHƯƠNG GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐỊNH VỊ THIẾT BỊ DI ĐỘNG 2.1 Xác định yêu cầu cụ thể toán định vị Phần mở đầu Chương lập yêu cầu cụ thể toán định vị thiết bị di động hệ thứ tư phục vụ công tác an ninh, gồm yêu cầu tính năng, loại đầu vào liệu định vị liệu tham chiếu cần thiết, đầu liệu định vị định dạng 2.2 Giải pháp kỹ thuật tổng thể Trên sở yêu cầu cụ thể toán đặt ra, luận án đề xuất giải pháp kỹ thuật định vị sở kết hợp xử lý đa dạng nguồn liệu nhằm nâng cao hiệu định vị thiết bị di động Giải pháp kỹ thuật tổng thể bao gồm: 2.2.1 Giải pháp nguyên lý kỹ thuật định vị lõi Giải pháp kỹ thuật “Hệ thống định vị lai ghép tiên tiến” để định vị thiết bị di động ứng dụng cho công tác an ninh cách tiếp cận vị trí từ khơng lai ghép hai kỹ thuật định vị dựa mạng định vị dựa máy cầm tay với mạng GSM, 4GLTE mà sử dụng định vị dựa SIM, Wifi, Wimax, thu thập phân tích liệu IP Address liệu mơi trường mạng mà truy cập, liên lạc 2.2.2 Giải pháp xây dựng sở liệu định vị đa nguồn Xây dựng sở liệu lớn, đa nguồn “nền tảng liệu mở” để phục vụ toán định vị Nền tảng liệu mở cho phép hệ thống định vị thu thập, kết hợp xử lý đa dạng nguồn liệu định vị liệu tham chiếu; có cấu trúc khơng có cấu trúc; trực tuyến khơng trực tuyến; xử lý khối lượng lớn liệu; làm giầu liệu; áp dụng công nghệ tiên tiến học máy, trí tuệ nhân tạo để xử lý, định vị ngày có hiệu hơn; cung cấp cho nhiều mục đích tốn định vị Trên sở tham khảo tài liệu, vào yêu cầu thực tế, giải pháp tổng hợp thống kê sở liệu định vị đa nguồn cụ thể, khả dụng cần thu thập xử lý 2.2.3 Giải pháp cải thiện độ xác định vị Cải tiến, mở rộng thuật toán nguyên lý kỹ thuật định vị ToA, AoA để cải thiện độ xác định vị Đồng thời, áp dụng kỹ thuật định vị UTDoA để nâng cao độ khả dụng độ xác định vị (Do hạn chế độ dài tóm tắt luận án, sau NCS xin trình bày cụ thể giải pháp kỹ thuật) 2.2.3.1 Cải thiện độ xác định vị kỹ thuật ToA, AoA: a Cải tiến thuận toán NCS nghiên cứu cải tiến số thuật tốn định vị ToA, AoA có sẵn để lập trình API tính tốn vị trí ngày xác Thuật tốn cải tiến mơ tả hình sau: Hình 2.1 Mơ tả thuật tốn xác định tọa độ điểm cắt hai vòng tròn hệ tọa độ địa lý Trong hệ tọa độ địa lý, cho vòng trịn có tâm P1 P2 bán kính R1, R2 Giả sử vòng tròn cắt điểm, ta cần xác định tọa độ điểm cắt Tại tâm vòng tròn, giả sử P1, ta có vector độ dài vector bán kính R1, ta cho vector quay quanh tâm P1, với bước nhảy ℇ dương, đủ nhỏ, ta chọn ℇ=0.1, thế, sau bước nhảy, có điểm vòng tròn điểm dừng vector, điểm i=0, i=1, i=2…v.v Tại điểm dừng thứ i, ta kiểm tra khoảng cách từ tọa độ điểm i đến tâm vòng trịn cịn lại, P2, giả sử khoảng cách d R2, đó, tọa độ i tọa độ điểm cắt thứ Trên hình minh họa, điểm i=3, ta có d=R2, đó, tọa độ i=3 tọa độ điểm cắt thứ Sau đó, vector tiếp tục quay q trình kiểm 11 tạo điểm P1, P2, P3 tọa độ thiết bị di động nằm vùng giao (điểm P) Trên sở nghiên cứu tìm thuật tốn đắn dựa ngun lý kỹ thuật định vị, NCS cải thiện độ xác định vị trường hợp khác Việc tính vị trí cải thiện độ xác mục tiêu trình định vị thiết bị di động 2.2.3.2 Giải pháp kỹ thuật U-TDoA để nâng cao độ khả dụng độ xác định vị Trong nguyên lý kỹ thuật định vị ToA, kỹ thuật thường sử dụng để nâng cao tính khả dụng độ xác định vị U-TDOA (Uplink Time Diference of Arrival) UTDoA sử dụng ngun lý tính tốn chênh lệch thời gian đường lên nhiều trạm gốc (BTS/eNB) để xác định vị trí thiết bị di động (MS/UE) Các máy thu độ nhạy cao trạm gốc thu nhận tín hiệu đường lên từ thiết bị di động đến trạm gốc Phép tính tốn lấy chênh lệch thời gian đường lên tín hiệu từ nhiều trạm gốc khác để tính tốn Do vị trí trạm gốc cố định lên phép tính tốn ước tính vị trí thiết bị di động Kỹ thuật U-TDoA ứng dụng rộng rãi tình khẩn cấp, tìm kiếm cứu hộ cứu nạn, giám sát an ninh công cộng đặc điểm vượt trội độ khả dụng độ xác 2.3 Nhận xét, đánh giá giải pháp kỹ thuật đề xuất Kết nghiên cứu xác định giải pháp kỹ thuật “Hệ thống định vị lai ghép tiên tiến” sở kết hợp đa dạng nguồn 12 liệu, cải thiện độ xác, nâng cao độ khả dụng để nâng cao hiệu định vị thiết bị di động Hiệu giải pháp kỹ thuật thể đặc tính: Tăng độ khả dụng, hữu ích; (1) (2) Nâng cao độ xác; (3) Đáp ứng yêu cầu thực tiễn quan an ninh, thực trạng mạng di động nay; (4) Nền tảng cho áp dụng công nghệ sẵn sàng nâng cấp, mở rộng tương lai 2.4 Kết luận Chương Chương nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật định vị (tổng thể) sở kết hợp xử lý đa dạng nguồn liệu, cải thiện độ xác kỹ thuật định vị ToA, AoA; ứng dụng kỹ thuật định vị UTDoA để nâng cao hiệu định vị thiết bị di động hệ thứ tư phục vụ công tác an ninh CHƯƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ THIẾT BỊ DI ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG CHO CÔNG TÁC AN NINH 3.1 Mơ hình kiến trúc tổng thể hệ thống định vị thiết bị di động Với yêu cầu ứng dụng giải pháp kỹ thuật “Hệ thống định vị lai ghép tiên tiến” sở kết hợp đa dạng nguồn liệu nhằm nâng cao hiệu định vị thiết bị di động cung cấp đa dạng liệu cho đầu khác nhau, luận án đề xuất xây dựng hệ thống định vị thiết bị di động sử dụng phân lớp định vị, bảo mật trạm gốc giả lập ứng dụng cho công tác an ninh với mơ hình kiến trúc tổng thể hình sau đây: 13 Hình 3.1 Sơ đồ kiến trúc tổng thể hệ thống định vị 3.2 Cấu trúc, chức hệ thống định vị thiết bị di động Hệ thống định vị thiết bị di động theo mô hình kiến trúc tổng thể đề xuất bao gồm khối chức năng: khối đầu vào liệu định; khối đầu vào yêu cầu định vị, quản lý điều khiển hệ thống; trung tâm định vị khối đầu kết định vị Sơ đồ cấu trúc chức hệ thống hoạt động mơ tả cụ thể luận án 3.3 Hệ thống phân lớp xác định đối tượng 3.3.1 Yêu cầu phân lớp, xác định đối tượng định vị Theo logic lý thuyết tốn học thơng thường, cần tìm đối tượng hàng loạt đối tượng trước tiên phải phân loại đối tượng thành lớp, tiếp tục tìm kiếm lớp đối tượng đáng ngờ có đặc trưng gần sau tìm kiếm mối liên quan đặc trưng với với đối tượng khác xác định ngày xác đối tượng Điều phù hợp với việc tìm kiếm, xác định đối tượng định vị hoạt động môi trường di động 4G với khái niệm “Thực thể” 3.3.2 Bài toán lý thuyết phân lớp Để phân lớp (phân hoạch), trước hết ta phải xây dựng độ đo đối tượng độ độ đo phần tử với lớp 14 đối tượng số lớp k biết số k chưa biết Một cách tổng quát toán đặt sau: Cho X tập hợp hữu hạn khác rỗng tùy ý Hãy phân hoạch X thành k tập hợp A , A ,…, A khác rỗng cho thỏa mãn tiên đề sau đây: Tiên đề A A = , i j, i, j = 1, 2,…, k Tiên đề A A … A = X cho xác suất sai sót phân hoạch bé Luận án đưa thuật tốn phân lớp khơng có giám sát cho sai số phân lớp nhỏ mà không phụ thuộc vào việc điều khiển chuyển vùng Kết nghiên cứu rằng, để giải toán phân lớp khơng có giám sát, tìm MS/UE thuộc Cell (trạm phát nào) phục vụ phải tính tốn véc tơ đặc trưng thơng qua tính khoảng cách Hamming Trên sở liệu phân lớp, thuật toán định vị đối tượng liên quan đến việc điều khiển chuyển vùng áp dụng để định vị MS/UE đó, tức đối tượng (Đồng thời, mục luận án trình bày phương pháp định vị đối tượng dựa sở lý thuyết phân lớp có giám sát Họ hạn chế độ dài Tóm tắt nên NCS đề xuất khơng trình bày cụ thể đây) 3.3.3 Lựa chọn kỹ thuật phân lớp xác định đối tượng định vị Căn vào kết nghiên cứu phân lớp có giám sát phân lớp khơng có giám sát, Luận án đề xuất giải pháp kỹ thuật “phân lớp hỗn hợp” để xác định đối tượng định vị là: - Sử dụng thuật toán phân lớp có giám sát để phân loại đối tượng 15 - Sau sử dụng thuật tốn phân lớp khơng có giám sát liên quan tới điều khiển chuyển vùng để xác định xác tập liệu đặc trưng đối tượng (trong có liệu vùng Cell phục vụ), cung cấp liệu đầu vào toán (nguyên lý kỹ thuật) định vị ứng dụng Luận án đề xuất mơ hình ứng dụng hệ thống xác định đối tượng định vị 4G CQAN giải pháp kỹ thuật phân lớp hỗn hợp sau: Các thuật toán phân lớp nghiên cứu lập trình thành giao diện lập trình ứng dụng API để chạy tảng Trung tâm định vị 4G/LTE Thuật tốn API phân lớp có giám sát lấy liệu từ nguồn sở liệu mở có sẵn trung tâm với liệu cập nhật từ nguồn tham chiếu hệ thống API tính tốn phân lớp đối tượng thuộc lớp Sau đó, lớp đối tượng cung cấp cho API phân lớp khơng có giám sát liên quan đến điều khiển chuyển vùng di động, với liệu điều khiển chuyển vùng lấy từ nhà mạng, API tính tốn xác định đối tượng với tập liệu đặc trưng liên quan đến tốn định vị cung cấp cho API xử lý định vị Các liệu đặc trưng đối tượng sở để hệ thống xác định nguyên lý kỹ thuật, thuật tốn tối ưu sử dụng để tính tốn vị trí thiết bị di động 3.4 Bảo mật chuyển giao kết định vị Kết định vị loại số liệu, liệu quan trọng mà trung tâm cần chuyển giao đến địa khác nhau, cho mục đích sử dụng khác Vì tính chất với thực 16 tiễn khả bảo mật đường truyền liệu, luận án lựa chọn phương pháp bảo mật chuyển giao kết định vị, gồm: - Chuyển giao kết định vị đến nhóm người dùng cần sử dụng chung, kết định vị cách phương pháp chia sẻ mảnh bí mật qua ảnh người dùng nhóm Chỉ người dùng nhóm nắm khóa mã ghép mảnh bí mật với trở thành kết rõ -Chuyển giao kết định vị đến người dùng áp dụng phương pháp giấu tin qua ảnh Chỉ người dùng có khóa mã có kết rõ - Phương pháp đánh giá độ an tồn thơng tin bảo mật chuyển giao kết 3.5 Giải pháp kỹ thuật giả lập trạm gốc thu thập tham số IMSI/ IMEI 3.5.1 Yêu cầu Yêu cầu tìm kiếm, phát định vị xác thiết bị di động phục vụ công tác an ninh cứu hộ, cứu nạn ngày cao Các đối tượng người, mục tiêu cần cứu hộ, cứu nạn thường mang theo điện thoại di động (hay thiết bị di động) Tuy nhiên, nhiều lý khác mà CQAN họ, tức thiết bị di động có xuất khu vực nghi ngờ hay khơng vị trí xác Trong nội dung này, luận án đề xuất giải pháp kỹ thuật nhằm phát thuê bao di động có xuất khu vực nghi ngờ hay không để hỗ trợ tìm kiếm, xác định vị trí tầm gần 17 3.5.2 Đề xuất giải pháp kỹ thuật Do đặc điểm tính tham số IMEI/IMSI, nên cách thu tham số này, biết có xuất thuê bao di động khu vực Trên sở đó, luận án đề xuất giải pháp phát xuất thuê bao di động cần tìm cách thu thập tham số IMSI/ IMEI điện thoại di động với trạm gốc giả lập Khoảng cách khu vực thu thập tham số IMEI/IMSI hiệu thay đổi thơng qua thay đổi cơng suất độ định hướng ăng ten trạm gốc giả lập, cho phép khoanh vùng hẹp khu vực hoạt động thuê bao mục tiêu Do tính chất bảo mật mạng di động, để thu tham số IMSI/IMEI, cần có thiết bị thu phát sóng trung gian đứng giữa, cho thiết bị hoạt động trạm gốc di động thật thuê bao di động cần tìm tự động đăng ký hoạt động mạng cục thiết bị trung gian tạo Khi đó, thiết bị trung gian gọi trạm gốc giả lập Phương thức gọi MITM (Man in The Middle – Người đứng giữa) thiết bị gọi Trạm gốc giả lập (Clone BTS/eNB) hay Bộ chặn bắt tham số (IMSI Catcher) Để tham gia vào q trình xác thực thu thập tham số IMSI/IMEI, trạm gốc giả lập thiết lập cấu hình, tính trạm gốc thật nhà mạng Từ đó, máy di động bị buộc đăng ký vào mạng qua trạm giả lập, thực giao dịch qua trạm giả trạm giả thu nhận danh tính IMSI/IMEI 18 Ngun lý kỹ thuật bước tiến hành giả lập trạm gốc để thu chặn tham số IMSI/IMEI mạng 2G, mạng hỗn hợp 2G, 3G, 4G trình bày cụ thể luận án 3.5.3 Sơ đồ cấu trúc trạm gốc giả lập Trên sở giải pháp kỹ thuật nêu trên, vào số liệu tần số mạng Việt Nam, luận án đề xuất sơ đồ cấu trúc trạm gốc giả lập băng tần 2G/3G/4G điển hình (cho mạng Vinaphone) Cấu trúc trạm giả lập cho mạng Vinaphone gồm có mudul trạm giả 2G (băng tần 900 Mhz), 3G (băng tần 1800 Mhz) 4G (băng tần 2100 Mhz) Sau thu tham số IMSI/ IMEI, trạm gốc giả lập xác định xuất vùng tương đối thiết bị di động áp dụng nguyên lý kỹ thuật tìm hướng (Direction Finding – DF) để dị tìm định vị tầm gần đối tượng Trạm gốc giả lập thiết lập mạng cục bộ, mà điện thoại mục tiêu đăng ký qua mạng cục Trạm gốc giả lập sử dụng kỹ thuật riêng, yêu cầu thiết bị di động mục tiêu liên tục phát tín hiệu kênh tần số cụ thể Khi đó, điện thoại mục tiêu “đèn dẫn đường” Sử dụng máy thu độ nhạy cao trạm gốc giả lập máy định hướng cầm tay bên thu, đo cường độ tín hiệu dẫn đường, di chuyển theo hướng phía có cường độ tín hiệu ngày cao tức gần vị trí máy điện thoại mục tiêu cần định vị 19 3.6 Kết luận Chương Trong Chương 3, luận án đề xuất mơ hình kiến trúc tổng thể hệ thống định vị thiết bị di động sở sử dụng phân lớp, xác định đối tượng định vị; bảo mật chuyển giao kết định vị; trạm gốc giả lập thu thập tham số IMSI/IMEI, hỗ trợ tìm hướng, định vị đối tượng, mục tiêu Mơ hình hệ thống kỹ thuật nêu đáp ứng yêu cầu toán định vị thiết bị di động 4G phục vụ công tác an ninh, tình hình thực tế Với giải pháp kỹ thuật đề xuất Chương với mơ hình hệ thống định vị thiết bị di động đề xuất Chương 3, CQAN ứng dụng để xây dựng hệ thống kỹ thuật tổng thể, hiệu quả, khả thi cho yêu cầu định vị thiết bị di động hệ thứ tư phục vụ công tác CHƯƠNG THỰC NGHIỆM Chương luận án trình bày số thực nghiệm để minh chứng giải pháp kỹ thuật mơ hình hệ thống định vị nghiên cứu, đề xuất, bao gồm: (1) Thu thập liệu Cell-ID từ nguồn mở (2) Cải thiện độ xác kỹ thuật định vị ToA, AoA (3) Giả lập trạm gốc thu thập tham số IMSI/IMEI, xác định vị trí tương đối (hẹp) đối tượng; đánh giá thay đổi công suất trạm giả lập với cự ly, khoảng cách thu tham số IMSI/IMEI (4) Tìm hướng, định vị (tầm gần) đối tượng trạm gốc giả lập Nội dung thực nghiệm trình bày gồm: kịch bản, bước thực kết quả, nhận xét đánh giá Trong đó, thực nghiệm số thực bằng phần mềm luận án phát triển; thực nghiệm số 3, thực 20 trạm gốc giả lập băng tần điển hình cho mạng di động hỗn hợp 2G, 3G, 4G Việt Nam (được thiết kế, chế tạo từ nghiên cứu kỹ thuật, công nghệ song song tác giả luận án) Kết thực nghiệm số minh chứng khả thu thập liệu Cell-ID từ nguồn mở để phục vụ toán xây dựng sở liệu định vị đa nguồn Kết thực nghiệm số minh chứng giải pháp cải thiện độ xác số kỹ thuật định vị Kết thực nghiệm số minh chứng giải pháp kỹ thuật thu thập liệu IMSI/IMEI thiết bị di động trạm gốc giả lập, hỗ trợ tìm kiếm, định vị tầm gần thiết bị di động Do giới hạn độ dài Tóm tắt luận án, đề xuất trình bày tóm tắt thực nghiệm số sau: 4.1 Thực nghiệm giả lập trạm gốc thu thập tham số IMSI/IMEI 4.1.1 Kịch thực nghiệm Thiết lập trạm gốc giả lập băng tần 2G, 3G, 4G với thông số kỹ thuật giống với trạm gốc thật nhà mạng Vinaphone khu vực cụ thể Trong phạm vi mà cường độ phát sóng trạm giả lập đủ mạnh, thuê bao điện thoại mục tiêu đăng ký qua trạm giả Bằng thuật toán lợi dụng lỗ hổng bảo mật mạng di động, trạm giả thu thập tham số IMSI/ IMEI xác định mục tiêu xuất khu vực tương đối (hẹp) 4.1.2 Các bước thực kết Bằng bước tiến hành (8 bước) mô tả mục 4.3.2 luận án, kết thực nghiệm thể thiết lập thành cơng trạm giả 2G 4G, thực phá sóng băng tần 3G 21 thu tham số điện thoại di động 4G Vinaphone Kết thể hình logfile trạm gốc giả lập với tham số IMSI 452 02 1111578159 (MCC542 mã di động Việt Nam; MNC 02 mã mạng Vinaphone, dãy số lại MSIN thuê bao) Kết thực nghiệm thể thu thập tham số TMSI (0x5041eaa6), IMEI (3556360483790401) điện thoại mục tiêu Kết thực nghiệm đánh giá thay đổi khoảng cách (cự ly) thu thập tham số IMSI/IMEI điện thoại mục tiêu so với thay đổi công suất phát trạm giả Cơng suất phát trạm giả lớn khoảng cách thu xa Đồng thời, qua thực nghiệm cho thấy, với mạng di động thực tế yêu cầu thu thập tham số ứng dụng cho công tác an ninh, công suất phát khả dụng trạm giả thường lớn 10W Theo logic đó, giảm công suất phát trạm giả mà thu thập tham số IMSI/IMEI điện thoại mục tiêu khu vực mà điện thoại xuất hẹp (tức khoanh vùng định vị khu vực hẹp) 4.1.3 Nhận xét, đánh giá Bằng việc sử dụng trạm gốc giả lập băng tần với bước tiến hành trên, NCS tiến hành thực nghiệm thu thập tham số IMSI/IMEI thuê bao (thiết bị) di động 4G Từ đó, xác định thiết bị di động, hay đối tượng, người cần tìm xuất khu vực Khu vực tương đối xác định xuất điện thoại phạm vi mà trạm gốc giả lập thu chặn tham số IMSI/IMEI điện thoại Khi xác 22 định khu vực tương đối, việc tìm kiếm vị trí tầm gần đối tượng hay người mang theo thiết bị di động khả thi 4.2 Kết luận Chương Chương trình bày kịch bản, kết đánh giá thực nghiệm Các kết thực nghiệm đánh giá góp phần minh chứng giải pháp kỹ thuật có hiệu mơ hình tổng thể hệ thống định vị thiết bị di động ứng dụng cho cơng tác an ninh trình bày Chương Chương KẾT LUẬN Trong phạm vi nghiên cứu, luận án đề xuất giải pháp kỹ thuật có hiệu mơ hình tổng thể hệ thống định vị thiết bị di động Đồng thời, luận án tiến hành số thực nghiệm minh chứng giải pháp kỹ thuật mơ hình hệ thống đề xuất Các giải pháp kỹ thuật nghiên cứu, lựa chọn mơ hình hệ thống kỹ thuật đề xuất đáp ứng yêu cầu định vị thiết bị di động hệ thứ tư ứng dụng cho công tác an ninh Những đóng góp khoa học, tính luận án sau: - Một là, đề xuất giải pháp kỹ thuật định vị sở kết hợp đa dạng nguồn liệu, cải tiến số thuật toán định vị nhằm nâng cao hiệu định vị thiết bị di động Đây giải pháp kỹ thuật có tính đặc thù để giải tồn tại, hạn chế thách thức toán định vị thiết bị di động hệ thứ tư, hoạt động mạng 4G nói chung mạng 4G Việt Nam nói riêng 23 - Hai là, đề xuất mơ hình hệ thống định vị thiết bị di động sở sử dụng phân lớp định vị, bảo mật trạm gốc giả lập ứng dụng cho cơng tác an ninh Đây mơ hình tổng hợp sở kỹ thuật định vị lai ghép tiên tiến chọn, có đa dạng đầu vào liệu, sử dụng phân lớp định vị, bảo mật trạm gốc giả lập để thực chức Hệ thống có tính mở tính để giải yêu cầu phức tạp định vị thiết bị di động hệ thứ tư phục vụ cho công tác an ninh Cả hai đề xuất tiến hành thử nghiệm thực tế môi trường mạng thông tin di động Việt Nam, minh chứng giải pháp kỹ thuật mơ hình hệ thống định vị đề xuất, thể khả ứng dụng thực tiễn cao giải pháp cho công tác an ninh 24 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG THỜI GIAN TỚI Để ứng dụng kết đề tài luận án vào công tác nghiên cứu khoa học, kỹ thuật định vị di động nói chung cơng tác an ninh nói riêng, luận án đề xuất hướng nghiên cứu, phát triển là: - Nghiên cứu sâu số giải pháp kỹ thuật: khoa học liệu, giải pháp tảng liệu mở; ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (ML) cho toán xử lý liệu định vị - Nghiên cứu mở rộng giải pháp kỹ thuật mô hình hệ thống cho định vị thiết bị di động 5G môi trường mạng thực tế triển khai thời gian tới DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ [C1] Ho Van Canh, Le Danh Cuong, Le Hai Trieu, Nguyen Hong Thuy, Tran Huu Binh, Tran Dinh Tuan, Nguyen Huy Hung, “Criteria for Assessing the Safety of Sercured Information”, Proceedings of the Second Vietnam International Applied Mathematics Conference (VIAMC 2017), TP Hồ Chí Minh [C2] Nguyễn Hồng Thủy, Hồ Văn Canh, Lê Danh Cường, Lê Nhật Thăng, "Giải tốn phân lớp khơng có giám sát liên quan tới điều khiển chuyển vùng", Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ XXI Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (REV - ECIT 2018), Hà Nội [C3] Nguyễn Hồng Thủy, Hồ Văn Canh, Lê Nhật Thăng, Nguyễn Quốc Thắng, Trần Đình Tuấn, “Một phương pháp giải tốn chia sẻ bí mật", Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ XXII Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (REV ECIT 2019), Hà Nội [C4] Nguyễn Văn Chung, Nguyễn Hồng Thủy, “Đề xuất thuật toán giấu tin mật", Hội thảo Quốc gia “Ứng dụng Công nghệ cao vào thực tiễn - 60 năm phát triển Viện Khoa học Công nghệ quân sự”, Hà Nội, 2020 [J1] Nguyễn Hồng Thủy, Hồ Văn Canh, Lê Nhật Thăng, "Một phương pháp định vị đối tượng dựa phân lớp có giám sát", Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Cơng nghệ quân sự, Hà Nội, 2018 [J2] Nguyễn Hồng Thuỷ, Trần Cao Hiên, “Nghiên cứu cải thiện độ xác kỹ thuật định vị TOA AOA”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Thông tin Truyền thông, Số (CS.01), Hà Nội, 2022 [J3] Nguyễn Hồng Thuỷ, Lê Duy Trường, “Giải pháp kỹ thuật giả lập trạm gốc thu thập tham số IMSI/IMEI, hỗ trợ phát hiện, định vị thiết bị di động” Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật - Hậu cần, Bộ Công an, Số 33/2023