Bảo mật thông tin trong hệ thống bộ đàm trung kế kỹ thuật số TETRA

Bảo mật thông tin trong hệ thống bộ đàm trung kế kỹ thuật số TETRA DWS Dispatcher Work Station Hệ thống điều phối Tổng đài số TETRA Bảo mật từ đầu cuối đến đầu cuối Khóa mã bảo mật EKSG

Trang 1

Bảo mật thông tin trong hệ thống bộ đàm trung kế kỹ thuật số TETRA

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5

LỜI MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN 11

BỘ ĐÀM 11

1.1 Sự cần thiết của hệ thống thông tin bộ đàm 11

1.2 Lược sử phát triển của công nghệ thông tin bộ đàm 12

1.3 Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin bộ đàm 15

1.4 Các chuẩn công nghệ bộ đàm số hiện nay 18

1.4.1 Tiêu chuẩn APCO-25 18

1.4.2 Tiêu chuẩn TETRAPOL 20

1.4.3 Tiêu chuẩn DMR và dPMR 21

1.4.4 Tiêu chuẩn NXDN 23

1.4.5 Tiêu chuẩn TETRA 23

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BỘ ĐÀM SỐ TETRA 26

2.1 Tổng quan về hệ thống bộ đàm số TETRA 26

2.1.1 Tổng quan về mạng TETRA 26

2.1.2 Tổng quan về trao đổi thông tin trong mạng TETRA 28

2.2 Các thành phần cấu thành hệ thống 30

2.2.1 Các thiết bị đầu cuối TETRA 30

2.2.2 Các thiết bị mạng TETRA 33

2.3 Kiến trúc mạng TETRA 35

2.4 Nguyên tắc hoạt động cơ bản 37

2.4.1 Chế độ trung kế TMO 38

2.4.2 Chế độ trực tiếp DMO 39

2.5 Các ưu điểm của hệ thống mạng TETRA 40

CHƯƠNG 3: BẢO MẬT THÔNG TIN TRONG HỆ THỐNG BỘ ĐÀM SỐ TETRA 43

3.1 Tổng quan về bảo mật thông tin trong hệ thống bộ đàm số TETRA 43

Trang 2

3.2.1 Mã hoá đối xứng 44

3.2.2 Mã hoá bất đối xứng 45

3.3 Nguyên tắc xác thực 47

3.4 Xác thực trong hệ thống bộ đàm TETRA 48

3.4.1 Tạo khóa xác thực 48

3.4.2 Các quy trình xác thực 49

3.4.3 Phân tích giao thức xác thực 53

3.4.4 Ví dụ về các bản tin dùng trong quá trình xác thực 54

3.5 Các khóa mã hóa 57

3.5.1 Khóa mã dẫn xuất DCK (Derived Cipher Key) 57

3.5.2 Khóa mã thông thường CCK (Common Cipher Key) 57

3.5.3 Khóa mã nhóm GCK (Group Cipher Key) 59

3.5.4 Khóa mã tĩnh SCK (Static Cipher Key) 59

3.6 Thay đổi khóa mã từ xa (OTAR) 59

3.7 Truyền các thông tin xác thực 60

3.8 Mã hóa kênh vô tuyến 61

3.9 Mã hóa đầu cuối 63

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH GIAO THỨC XÁC THỰC TRONG HỆ THỐNG BỘ ĐÀM SỐ TETRA 65

4.1 Giới thiệu về công cụ Scyther 65

4.2 Các thuật ngữ cơ bản trong Scyther 67

4.3 Kiểm tra giao thức xác thực thông qua công cụ Scyther 70

4.4 Các kết quả thu được 75

4.5 Một số kịch bản tấn công vào các lỗ hổng bảo mật 77

4.5.1 Kịch bản tấn công thứ nhất 77

4.5.2 Kịch bản tấn công thứ hai 84

4.5.3 Kịch bản tấn công thứ ba 89

4.6 Khắc phục các lỗ hổng bảo mật 91

4.7 Kết luận 96

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

Trang 3

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Tổng quan về mạng TETRA [20] 27

Hình 2.2 Thiết bị đầu cuối MTP850Ex [19] 31

Hình 2.3 Thiết bị đầu cuối di động MTM800E [19] 32

Hình 2.4 Thiết bị TDR880i [19] 32

Hình 2.5 Cấu trúc mạng TETRA đa tổ chức [20] 36

Hình 2.6 Chế độ trung kế TMO 38

Hình 3.1 Nguyên lý của hệ thống mã hoá đối xứng 44

Hình 3.2 Kênh nguyên lý trong hệ thống mã hoá đối xứng 45

Hình 3.3 Nguyên lý cơ bản của mã hoá khoá công khai và thuật toán RSA 46

Hình 3.4 Quá trình xác thực Three-Pass Challenge-Response-Result [6] 47

Hình 3.5 Quá trình tạo khóa xác thực K [6] 49

Hình 3.6 Xác thực người dùng [7] 49

Hình 3.7 Quá trình xác thực SwMI [7] 50

Hình 3.8 Quá trình xác thực tương hỗ được khởi tạo bởi SwMI [7] 51

Hình 3.9 Quá trình xác thực tương hỗ được khởi tạo bởi người dùng [7] 52

Hình 3.10 Quá trình phân phối khóa CCK [6] 58

Hình 3.11 Mã hóa thông tin điều khiển và thông tin thoại [6] 61

Hình 3.12 Tạo khóa ECK [6] 62

Hình 3.13 Quá trình đồng bộ hóa [6] 63

Hình 4.1 Giao diện chính của công cụ Scyther 67

Hình 4.2 Quá trình trao đổi các bản tin trong quá trình xác thực 72

Hình 4.3 Chi tiết quá trình trao đổi các bản tin trong quá trình xác thực 73

Hình 4.4 Kết quả phân tích giao thức xác thực TETRA trong Scyther 76

Hình 4.5 Trường hợp tấn công thứ nhất 78

Hình 4.6 Giản đồ cho trường hợp tấn công thứ nhất 79

Hình 4.7 Bản tin U-LOCATION UPDATE DEMAND 80

Hình 4.8 Bản tin D-AUTHENTICATION DEMAND 81

Hình 4.9 Bản tin U-AUTHENTICATION RESPONSE 82

Hình 4.10 Bản tin U-AUTHENTICATION RESPONSE giả 82

Hình 4.11 Bản tin D-AUTHENTICATION RESULT 83

Hình 4.12 Bản tin U-AUTHENTICATION RESULT 83

Hình 4.13 Bản tin U-AUTHENTICATION RESULT giả 84

Hình 4.14 Trường hợp tấn công thứ hai 85

Hình 4.15 Giản đồ cho trường hợp tấn công thứ hai 86

Hình 4.16 Bản tin D-LOCATION UPDATE REJECT 87

Hình 4.17 Bản tin D-LOCATION UPDATE ACCEPT 87

Hình 4.18 Trường hợp tấn công thứ ba 89

Hình 4.19 Giản đồ cho trường hợp tấn công thứ ba 90

Hình 4.20 Quá trình lập mã và giải mã các tham số KS’’, RES1, RAND2 và R2 92

Hình 4.21 Lược đồ trao đổi bản tin giữa SwMI và MS sau khi cải tiến thuật toán 93

Hình 4.22 Quá trình trao đổi các bản tin trong quá trình xác thực sau khi cải tiến 93

Trang 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Ưu điểm của công nghệ bộ đàm số so với công nghệ bộ đàm tương tự 13

Bảng 1.2 So sánh công nghệ bộ đàm thông thường với bộ đàm trung kế 14

Bảng 1.3 Các đặc tính kỹ thuật chính của hệ thống bộ đàm ASTRO [15] 19

Bảng 1.4 Các đặc tính kỹ thuật chính trong chuẩn TETRAPOL [15] 21

Bảng 2.1 Các ưu điểm của hệ thống mạng TETRA 41

Bảng 3.1 Cấu trúc bản tin U-Location Update Demand [6] 54

Bảng 3.2 Cấu trúc bản tin D-AUTHENTICATION DEMAND [6] 55

Bảng 3.3 Cấu trúc bản tin U-AUTHENTICATION RESPONSE [6] 55

Bảng 3.4 Cấu trúc bản tin D-AUTHENTICATION RESULT [6] 56

Bảng 3.5 Cấu trúc bản tin U-Authentication Result [6] 56

Bảng 3.6 Cấu trúc bản tin D-Location Update Accept [6] 57

Bảng 3.6 Kích thước các khóa bảo mật [6] 59

Bảng 3.7 Cấu trúc bản tin U-OTAR CCK Demand [6] 60

Bảng 3.8 Cấu trúc bản tin D-OTAR CCK Provide [6] 60

Bảng 4.1 Thiết lập các thông số ban đầu cho hệ thống 70

Trang 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Mã xác thực

AIE Air Interface Encryption

Bảo mật đường truyền vô tuyến

AMBE Advanced MultiBand Excitation

Mã hóa thoại nhiều băng cải tiến

Tỷ lệ lỗi bít

C4FM Constant Envelope 4-Level Frequency Modulation

Điều chế tần số 4 mức với đường bao không đổi

Mã màu

Khóa mã thông thường

CVSD Continuously Variable Slope Delta Modulation

Kỹ thuật điều chế kiểu Delta với kích thước thay đổi liên tục

Khóa mã dẫn xuất

Chế độ hoạt động trực tiếp

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum

Trải phổ chuỗi trực tiếp

Trang 6

DWS Dispatcher Work Station

Hệ thống điều phối

Tổng đài số TETRA

Bảo mật từ đầu cuối đến đầu cuối

Khóa mã bảo mật

EKSG End-to-end Key Stream Generator

Bộ tạo luồng khóa mã đầu cuối

Phân luồng khóa mã

ETSI European Telecommunications Standards Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

FDMA Freqency Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum

Trải phổ nhảy tần

Khóa mã nhóm

GFSK Gaussian Frequency-Shift Keying

Kỹ thuật điều chế khóa nhảy tần kiểu Gauss

GSM Global System for Mobile Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM

IMBE Improved Multi-Band Excitation

Kỹ thuật mã hóa thoại nhiều băng cải tiến

IMEI International Mobile Equipment Identity

Chỉ số nhận dạng thiết bị di động toàn cầu

Trang 7

ISDN Integrated Services Digital Network

Mạng số tích hợp dịch vụ

ITSI Individual TETRA Subscriber Identity

Số thuê bao cá nhân TETRA

Bộ tạo luồng khóa

Khóa phiên trong mã hóa giao diện vô tuyến

Phân luồng khóa mã

MAF Mutual Authentication Flag

Cờ xác thực tương hỗ

MGCK Modified Group Cipher Key

Khóa mã hiệu chỉnh nhóm

OTAR Over The Air Re-keying

Thay đổi khóa mã từ xa

Đơn vị dữ liệu giao thức

PMR Private Mobile Radio

Bộ đàm cá nhân

RD-LAP Radio Data Link Access Procedure

Thủ tục truy cập đường truyền dữ liệu vô tuyến

RPCELP Regular Pulse Code Excited Linear Prediction

Dự đoán tuyến tính kích thích xung đều

Mã ngẫu nhiên

SAGE Security Algorithm Group of Experts

Nhóm chuyên gia về các thuật toán bảo mật

Trang 8

SCCK Sealed Common Cipher Key

Khóa mã thông thường bí mật

SwMI Switching and Management Infrastructure

Cơ sở hạ tầng quản lý và chuyển mạch

Trạm gốc TETRA

TDMA Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

Thuật toán mã hóa TETRA

Mã nhận dạng thiết bị TETRA

TETRA Terrestrial Trunked Radio

Mạng vô tuyến trung kế mặt đất TETRA

Chế độ hoạt động trung kế

UAK User Authentication Key

Khóa xác thực người dùng

VSELP Vector Sum Excited Linear Predictive Coding

Mã hóa dự đoán tuyến tính kích thích theo tổng vector

Trang 9

LỜI MỞ ĐẦU

Hệ thống thông tin bộ đàm cho phép người dùng có thể liên lạc theo nhóm một cách tức thời, ổn định và tin cậy, điều này đóng vai trò vô cùng quan trọng trong các tình huống khẩn cấp như thiên tai, bão lụt, hỏa hoạn hay bạo động… Không chỉ đáp ứng khả năng tương tác với công việc nhanh chóng tức thời, hệ thống thông tin bộ đàm còn có nhiều ưu điểm khác như khả năng liên lạc di động cường độ cao, thời gian đàm thoại lâu, số lượng thiết bị tham gia liên lạc không hạn chế, thiết bị có tuổi thọ, độ bền sử dụng cao, cũng như khả năng làm việc trong nhiều điều kiện môi trường và địa hình khác nhau Do vậy

hệ thống thông tin bộ đàm ngày càng được nhiều tổ chức sử dụng Với nhiều tính năng ưu việt như khả năng truyền thông hiệu quả, tính khả dụng cao, khả năng bảo mật tốt nên các hệ thống bộ đàm số theo chuẩn TETRA ngày càng được triển khai tại nhiều nơi trên thế giới Ở Việt Nam hệ thống bộ đàm số theo chuẩn này đã được triển khai cho Công an Thành phố Hồ Chí Minh, sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất… Tính bảo mật tuyệt vời là một trong những yếu tố quyết định trong việc lựa chọn công nghệ này

Việc tìm hiểu các tính năng bảo mật của hệ thống TETRA như các cơ chế xác thực, mã hóa, quản lý khóa và nghiên cứu các kịch bản tấn công giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các tính năng, cơ chế bảo mật trong hệ thống thông tin

vô tuyến này, từ đó có thể hiểu rõ và xử lý trong các tình huống thực tế, đáp

ứng tốt hơn trong công tác chuyên môn Vì lẽ đó đề tài “Bảo mật thông tin

trong hệ thống bộ đàm trung kế kỹ thuật số TETRA” sẽ nghiên cứu vấn đề

trên một cách cụ thể hơn trong nội dung của luận văn này Luận văn này bao gồm có bốn chương với nội dung được tóm tắt như sau:

Chương 1: Giới thiệu chung về hệ thống thông tin sử dụng bộ đàm, lược sử phát triển, các yêu cầu và các chuẩn công nghệ bộ đàm

Chương 2: Giới thiệu tổng quan về hệ thống bộ đàm trung kênh kỹ thuật số TETRA, các thành phần cấu thành, kiến trúc hệ thống, nguyên tắc hoạt động cơ bản và các ưu điểm của hệ thống bộ đàm này

Trang 10

Chương 3: Giới thiệu về bảo mật thông tin trong hệ thống bộ đàm TETRA, các phương pháp, thuật toán dùng trong quá trình mã hóa, các nguyên tắc dùng trong quá trình xác thực, các vấn đề về mã hóa kênh vô tuyến và mã hóa đầu cuối…

Chương 4: Thực hiện mô phỏng kiểm thử, đánh giá bảo mật trong hệ thống TETRA và đề xuất các giải pháp thích hợp

Để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ

tận tình của thầy giáo – Tiến Sỹ Nguyễn Hữu Phát thuộc bộ môn Mạch và Xử

lý tín hiệu – Viện Điện tử Viễn thông – Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin gửi

lời cảm ơn chân thành tới thầy Phát người đã trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành

luận văn này Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Viện Điện

tử Viễn thông đã truyền đạt những kiến thức vô cùng quý báu trong thời gian qua Đồng thời, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn bè, những người đã luôn cổ vũ, động viên và giúp đỡ kịp thời

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc Mặc dù có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo và các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 09 năm 2015 Học viên

Nguyễn Minh Tiến

Trang 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN

BỘ ĐÀM

1.1 Sự cần thiết của hệ thống thông tin bộ đàm

Thông tin liên lạc là một trong những nhân tố quan trọng đối với sự tồn tại

và phát triển của tất cả các bộ phận trong xã hội Đặc biệt là trong môi trường phát triển kinh tế hay trong các vấn đề khẩn cấp của xã hội, nhu cầu tiếp nhận thông tin nhanh chóng, tức thời là điều cần thiết để tồn tại và phát triển Chúng ta đã thấy lợi ích của điện thoại để bàn, điện thoại di động, Internet, các hình thức thông tin này

đã và đang hỗ trợ rất nhiều cho những nhà quản lý, cho các nhân viên của các công

ty, các tổ chức khác nhau để hoàn thành những mục tiêu, kế hoạch hay những nhiệm vụ nhất định Tuy nhiên, những hình thức liên lạc này vẫn còn nhiều hạn chế trong việc hỗ trợ công việc, chẳng hạn như khi sử dụng điện thoại di động hoặc điện thoại bàn chúng ta chỉ có thể nói chuyện giữa hai người với nhau và khi gặp trường hợp khẩn cấp muốn liên lạc với nhiều người cùng một lúc thì không thể thực hiện được, điều này có nghĩa là liên lạc giữa một nhóm người trong cùng một thời điểm

là không thể thực hiện được Đây là một trong những vấn đề khó khăn trong thông tin liên lạc mà các công ty, các tổ chức có số lượng nhân viên nhiều thường xuyên gặp phải Để giải quyết vấn đề này thì việc thông tin qua hệ thống bộ đàm là sự lựa chọn tối ưu bởi tính hiệu quả, linh hoạt, bảo mật và đáp ứng tốt nhu cầu của nhiều người sử dụng khác nhau

Với những lợi ích mà hệ thống thông tin liên lạc bằng bộ đàm mang lại, hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới việc sử dụng máy bộ đàm đã được triển khai và sử dụng rộng rãi Máy bộ đàm có mặt ở nhiều ngành nghề, lĩnh vực từ công nghiệp đến nông nghiệp, từ công sở đến các cơ quan hành chính, an ninh, quốc phòng để đảm bảo thông tin liên lạc thông suốt với chất lượng phục vụ tốt nhất Để

có thể thấy được rõ hơn quá trình phát triển của công nghệ hữu ích này, phần tiếp theo sẽ trình bày sơ lược về lịch sử phát triển của công nghệ thông tin bộ đàm trên thế giới và tình hình phát triển của chúng tại Việt Nam

Trang 12

1.2 Lược sử phát triển của công nghệ thông tin bộ đàm

Công nghệ bộ đàm đã có lịch sử hình thành và phát triển khá dài so với các công nghệ thông tin liên lạc khác hiện nay Công nghệ bộ đàm tương tự lần đầu tiên được nghiên cứu và triển khai tại Mỹ từ đầu thập niên 20 của thế kỷ trước Tại thời điểm này công nghệ bộ đàm vẫn còn rất sơ khai, các hệ thống bộ đàm chỉ hoạt động

ở chế độ một chiều và phương pháp điều chế được sử dụng là phương pháp điều chế biên độ AM cổ điển Tuy nhiên chỉ đến đầu năm 1934, công nghệ bộ đàm hai chiều

đã được sử dụng phổ biến Phương pháp điều chế tần số FM được phát minh bởi E.H.Armstrong năm 1935 đã cải thiện chất lượng thoại đáng kể

Ban đầu trong một thời gian dài các hệ thống thông tin bộ đàm chỉ chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực an ninh công cộng Từ thập niên 50 của thế kỷ trước, các hệ thống thông tin bộ đàm bắt đầu được sử dụng phổ biến hơn trong lĩnh vực giao thông, xây dựng tại Châu Âu và kể từ đó nó đã trở nên phổ biến tại rất nhiều quốc gia trên thế giới Các thiết bị bộ đàm có cấu tạo tương đối đơn giản, hoạt động tin cậy và với giá cả chấp nhận được Từ trước năm 1960, các hệ thống bộ đàm chủ yếu hoạt động ở dải tần 4 MHz, 2 MHz và 0.7 MHz Công nghệ vi điện tử thời điểm này còn sơ khai do đó các thiết bị bộ đàm có kích thước, khối lượng lớn và tiêu thụ nhiều điện năng Tiếp đến nhờ sự phát triển của công nghệ bán dẫn làm cho các thiết bị bộ đàm có kích thước nhỏ gọn hơn, đồng thời cho phép nhiều tính năng chuyên biệt được thêm vào, bên cạnh đó các kỹ thuật điều chế sóng mang hiệu quả hơn ra đời giúp truyền tải thông tin với tốc độ nhanh hơn từ 300 lên tới 1200 bit/s

và trong một số trường hợp đặc biệt có thể lên tới 2,4 kbit/s Đặc biệt tới những năm

1980 với công nghệ điều chế sóng mang trực tiếp và kỹ thuật nhảy tần FSK (Frequency Shift Keying) giúp truyền thông dữ liệu lên tới 4,8 kbit/s Từ đó tới nay công nghệ bộ đàm đã dần được hoàn thiện và phát triển, tốc độ truyền dẫn đã tăng lên đáng kể, ngày nay trong các hệ thống bộ đàm số theo chuẩn TETRA hay APCO-25 tốc độ truyền dẫn có thể tới 9,6 kbit/s

Hiện tại ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, các lực lượng cảnh sát, an ninh công cộng và phản ứng khẩn cấp đều sử dụng các công nghệ bộ đàm khác nhau và

Trang 13

đang trong quá trình chuyển đổi công nghệ Ở các quốc gia thuộc khối Cộng đồng chung Châu Âu, xu thế chính là xây dựng các dự án quy mô lớn ở cấp quốc gia để đầu tư trang bị các hệ thống bộ đàm số công nghệ TETRA cho các lực lượng cảnh sát an ninh công cộng và phản ứng khẩn cấp, đồng thời cũng được sử dụng cho các

cơ quan tổ chức phi chính phủ khác Bên cạnh đó các công nghệ bộ đàm tương tự trước đây sẽ được thay thế đồng bộ và đồng thời Hầu hết các quốc gia tại Châu Âu như Anh, Đức, Thụy Điển… đều đã và đang triển khai các hệ thống TETRA trên phạm vi toàn quốc Trong khi đó tại Bắc Mỹ, tiêu chuẩn bộ đàm APCO-25 là giải pháp công nghệ được lựa chọn cho các lực lượng an ninh công cộng và quân đội, công nghệ bộ đàm số này giúp chuyển tiếp từng bước từ công nghệ bộ đàm tương

tự trước đây sang bộ đàm số hiện tại Rõ ràng là với nhiều ưu điểm rõ rệt, công nghệ bộ đàm số đang được khuyến khích triển khai tại nhiều nơi trên thế giới, bảng 1.1 sẽ cho thấy rõ hơn về các ưu điểm này

Ưu điểm Giải thích

Công nghệ số giúp tài nguyên tần số được sử dụng hiệu quả hơn,

từ đó cho phép nhiều người sử dụng hệ thống

Tích hợp thoại

và dữ liệu

Khả năng tích hợp thoại và dữ liệu cho phép nhiều ứng dụng mới

dữ liệu tăng cường

Bảng 1.1 Ưu điểm của công nghệ bộ đàm số so với công nghệ bộ đàm tương tự

Tại Châu Á, một số quốc gia phát triển cũng đã và đang triển khai xây dựng

hệ thống bộ đàm số quy mô lớn trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn tại Hàn Quốc, Singapore và Trung Quốc hệ thống bộ đàm TETRA đã được triển khai tích cực,

Trang 14

trong khi đó hệ thống bộ đàm APCO-25 là lựa chọn tại các quốc gia như Malaysia, New Zealand và Australia Ngoài các hệ thống bộ đàm kỹ thuật số TETRA, APCO-

25 nói trên, các công nghệ bộ đàm số khác như DMR/dPMR cũng được triển khai tại một số nước khác Các chuẩn công nghệ này sẽ được trình bày trong mục 1.4

Khả năng Hệ thống bộ đàm thông thường Hệ thống bộ đàm trung kế

Mức độ

riêng tư

Không có mức độ riêng tư vì mọi

người sử dụng phải dung chung

kênh vô tuyến và phải có biện

pháp kiểm tra kênh trước khi truy

cập hệ thống

Những người sử dụng thuộc một nhóm nhất định độc quyền sử dụng một kênh thoại trong suốt thời gian đàm thoại

Độ tin cậy cao, đặc biệt thiết kế

và thực hiện cho môi trường có

kẻ địch

Độ tin cậy cao, đặc biệt thiết kế và thực hiện cho môi trường có kẻ địch

Bảng 1.2 So sánh công nghệ bộ đàm thông thường với bộ đàm trung kế

Trang 15

Song song với quá trình chuyển từ công nghệ bộ đàm tương tự sang công nghệ bộ đàm số, công nghệ bộ đàm cũng phát triển từ công nghệ bộ đàm thông thường (conventional) lên công nghệ bộ đàm trung kế (trunking) Điểm khác biệt giữa hệ thống bộ đàm trung kế với hệ thống bộ đàm thông thường là mỗi thiết bị đầu cuối có thể hoạt động ở nhiều tần số khác nhau chứ không cố định như trong hệ thống bộ đàm thông thường Bảng 1.2 cho chúng ta thấy rõ hơn sự khác biệt giữa hệ thống bộ đàm trung kế so với hệ thống bộ đàm thông thường trước đây

Tại Việt Nam, các hệ thống bộ đàm trung kế kỹ thuật số cũng đã và đang được tiếp tục triển khai tại nhiều nơi trong cả nước Hai hệ thống bộ đàm trung kế kỹ thuật số hiện đại và có quy mô lớn nhất hiện nay được trang bị cho lực lượng công

an thành phố Hà Nội và công an thành phố Hồ Chí Minh Tại Hà Nội, hệ thống bộ đàm trung kế vùng rộng SmartZone hoạt động ở băng tần 800 MHz đã được triển khai vào năm 1998 và đang dần được thay thế bởi hệ thống bộ đàm theo chuẩn APCO-25 Tại thành phố Hồ Chí Minh, hệ thống bộ đàm theo chuẩn TETRA đã được triển khai và đi vào hoạt động từ năm 2008, với hơn 3000 thiết bị đầu cuối và hơn 10 trạm gốc hệ thống TETRA đã đáp ứng tốt công tác thông tin liên lạc trong ngành công an tại thành phố Hồ Chí Minh Ngoài ra, sân bay Quốc Tế Tân Sơn Nhất tại thành phố Hồ Chí Minh cũng đã xây dựng một hệ thống TETRA nhằm đáp ứng tốt nhất nhu cầu liên lạc rất cao tại nhà ga quốc tế này Những chọn lựa đó phần nào cho thấy xu hướng tương lai của hệ thống liên lạc bộ đàm tiên tiến nhất hiện nay: hệ thống bộ đàm trung kế kỹ thuật số TETRA Để có thể đáp ứng tốt nhất trong việc thông tin liên lạc, các hệ thống bộ đàm cần phải đảm bảo được những yêu cầu nhất định như yêu cầu về khả năng hoạt động ổn định, có thể hoạt động trong các môi trường khắc nghiệt, hay khả năng bảo mật thông tin tốt … Cụ thể về các yêu cầu này lần lượt sẽ được trình bày trong mục 1.3 dưới đây

1.3 Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin bộ đàm

Các yêu cầu đối với một hệ thống thông tin bộ đàm có thể được tổng kết như sau:

Trang 16

Tính ổn định cao: Các thiết bị đầu cuối bộ đàm thường phải hoạt động trong

những môi trường khắc nghiệt, nắng mưa thất thường, bụi bặm và ô nhiễm cao, do

đó các thiết bị này cần phải có khả năng hoạt động ổn định trong phạm vi biến đổi nhiệt độ, độ ẩm, bụi bặm lớn

Khả năng truyền dẫn thoại và dữ liệu: Ngày nay các dịch vụ truyền tải dữ

liệu như dịch vụ định vị GPS, tìm kiếm thông tin trên Web,… đang trở nên rất phổ biến Do đó các hệ thống thông tin bộ đàm thế hệ mới cần phải hỗ trợ cho người dùng không chỉ khả năng truyền dẫn thoại mà còn cả truyền dẫn dữ liệu

Khả năng hoạt động tập trung và phân tán: Người dùng trong các hệ thống

thông tin bộ đàm thường được phân chia thành các nhóm người dùng và chỉ những thành viên trong cùng một nhóm mới có khả năng liên lạc với nhau Khi các thành viên thuộc các nhóm khác nhau muốn đàm thoại thì họ cần phải thông qua một điều phối viên trung gian, liên kết cuộc gọi giữa hai nhóm người, do vậy các hệ thống thông tin bộ đàm cần phải có khả năng hoạt động tập trung, khả năng điều phối giữa các nhóm Bên cạnh đó, trong môt số tình huống đặc biệt người sử dụng cần có khả năng liên lạc trực tiếp với nhau mà không thông qua điều phối viên hoặc thậm chí không cần thông qua cơ sở hạ tầng mạng Do đó các hệ thống thông tin bộ đàm cũng cần có khả năng hoạt động phân tán và độc lập

Khả năng thực hiện cuộc gọi cá nhân, cuộc gọi nhóm và cuộc gọi quảng bá: Các hệ thống thông tin bộ đàm cần phải cho phép người dùng khả năng thực

hiện các cuộc gọi cá nhân, cuộc gọi nhóm và các cuộc gọi quảng bá tới nhiều nhóm người khi cần thiết

Khả năng thiết lập cuộc gọi nhanh: Các hệ thống thông tin bộ đàm cho

phép người dùng chỉ cần nhấn nút PTT trên thân máy để thiết lập một cuộc gọi cá nhân hay một cuộc gọi nhóm và ở phía người nhận sẽ nghe thông tin từ phía người gọi mà không cần phải nhấn bất kỳ phím nào Khả năng thiết lập cuộc gọi nhanh là một điều tối cần thiết, đặc biệt trong các tình huống liên lạc khẩn cấp khi mà chỉ cần một vài giây chậm trễ có thể gây nên những hậu quả khôn lường

Trang 17

Vùng phủ sóng tốt: Các thiết bị đầu cuối người dùng thường hoạt động

trong môi trường địa hình có đặc thù chuyên biệt, ví dụ như trong các tình huống cứu hộ khẩn cấp tại vùng đồi núi hiểm trở thì vùng phủ sóng của hệ thống thông tin

bộ đàm cần phải được đảm bảo tốt trên một phạm vi rộng

Pin hoạt động tốt: Các thiết bị bộ đàm cần phải có thời gian hoạt động lâu

dài và bền bỉ, đảm bảo thông tin liên lạc được thông suốt

Khả năng mềm dẻo: Các hệ thông thông tin liên lạc bộ đàm cần phải dễ

dàng thay thế, nâng cấp và bảo dưỡng khi cần thiết Điều này là hoàn toàn cần thiết khi mà nhu cầu sử dụng trao đổi thông tin liên lạc ngày một gia tăng

Chi phí lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng thấp: Các hệ thống bộ đàm cần

phải được thiết kế tối ưu, giảm thiểu tối đa các chi phí cần thiết cho nhà cung cấp dịch vụ

Tính bảo mật cao: Nhiều người sử dụng hệ thống bộ đàm yêu cầu tính bảo

mật rất cao Tính bảo mật có thể về nhiều mặt khác nhau như tính ổn định trong quá trình hoạt động, khả năng chống nghe lén và thay đổi các thông tin được truyền đi

Khả năng phân cấp ưu tiên các cuộc gọi: Tính năng phân cấp ưu tiên các

cuộc gọi giúp các nhà quản lý mạng có thể phân cấp ưu tiên cho các kiểu cuộc gọi khác nhau hoặc cho từng đối tượng người dùng

Khả năng liên lạc giữa các mạng: Nhiều công ty, tổ chức hoạt động trên

một vùng địa lý rất rộng, tại mỗi một vùng họ muốn tổ chức một hệ thống mạng khác nhau để trao đổi thông tin Do đó các hệ thống thông tin bộ đàm cần phải có khả năng trao đổi thông tin liên mạng, từ mạng bộ đàm này sang mạng bộ đàm khác, từ mạng bộ đàm sang mạng thông tin di động tế bào GSM, UMTS,…

Trên đây là một số yêu cầu cơ bản đối với một hệ thống thông tin bộ đàm, ngoài ra còn có một số yêu cầu khác tùy thuộc vào mong muốn của nhà quản lý, khai thác mạng hay nhu cầu của người dùng Để đảm bảo được rằng hệ thống thông tin bộ đàm phải đáp ứng được các yêu cầu cơ bản trên, cũng như đáp ứng được các yêu cầu chuyên biệt khác thì các chuẩn công nghệ bộ đàm thường được đưa ra Dựa trên các chuẩn công nghệ này các nhà sản xuất bộ đàm sẽ đưa ra các sản phẩm

Trang 18

chuyên dụng của mình để đáp ứng thông tin liên lạc sử dụng bộ đàm Để hiểu rõ hơn về các tiêu chuẩn công nghệ bộ đàm tiên tiến nhất hiện nay trên thế giới, phần tiếp theo sau đây sẽ trình bày cụ thể về vấn đề này

1.4 Các chuẩn công nghệ bộ đàm số hiện nay

Trong quá trình hình thành và phát triển hệ thống thông tin liên lạc sử dụng

bộ đàm đã có rất nhiều chuẩn công nghệ được đưa ra bởi nhiều tổ chức khác nhau trên thế giới Tuy nhiên trong mục này sẽ chỉ trình bày về các tiêu chuẩn công nghệ tiên tiến, hiện đại và được sử dụng phổ biến nhất hiện nay trên thế giới, đó là các chuẩn công nghệ APCO-25, TETRAPOL, DMR/dPMR, NXDN và TETRA

1.4.1 Tiêu chuẩn APCO-25

phát triển bởi Hiệp hội Cảnh sát Hoa Kỳ nhằm xây dựng một tiêu chuẩn công nghệ

bộ đàm tiên tiến, hiện đại, thống nhất cho các lực lượng cảnh sát Hoa Kỳ Được triển khai ban đầu tại Hoa Kỳ, công nghệ này đã được lựa chọn, ứng dụng triển khai bởi nhiều tổ chức an ninh công cộng ở nhiều các quốc gia khác ở Châu Mỹ, Châu

Á, Châu Phi, Đông Âu và Châu Úc…

Đây là một tiêu chuẩn tiên tiến khi cho phép xây dựng và nâng cao các ứng dụng như nhắn tin, dịch vụ định vị, truy vấn cơ sở dữ liệu đơn giản, sử dụng mạng không dây để truy cập dữ liệu Việc tích hợp các ứng dụng chỉ huy và điều hành cũng giúp cho việc truyền tin, bảo mật, lập kế hoạch và các chức năng hỗ trợ khác hoạt động hiệu quả Chuẩn APCO-25 cũng hỗ trợ các giao thức chuẩn hiện nay như dịch vụ định hướng IP và truyền dữ liệu gói IP Bên cạnh việc truyền dữ liệu thoại, chuẩn công nghệ APCO-25 còn đưa ra khả năng hỗ trợ truyền dữ liệu trên cùng cơ

sở hạ tầng Hệ thống quản lý mạng sắp xếp kênh cho dịch vụ thoại và dữ liệu theo yêu cầu bằng cách cấu hình một cách linh hoạt ưu tiên kênh giữa dịch vụ thoại và

dữ liệu để đáp ứng yêu cầu của người dùng bộ đàm Việc quản lý kênh trong hệ thống tốt hơn nghĩa là sử dụng và tối ưu hóa mạng tốt hơn Xu hướng công nghệ

Trang 19

cũng hướng tới các giải pháp kỹ thuật số vì nó cung cấp hoạt động phủ sóng nhất quán với chất lượng âm thanh tốt thậm chí ở những vùng tiếp giáp với các hệ thống tương tự có sẵn

Công suất máy phát Trạm gốc: 40–50 dBm,

Thiết bị cầm tay: 40–50/≤45 dBm với băng tần VHF và UHF/800 MHz

Phương thức điều chế C4FM

Tốc độ điều chế 9.6 kbit/s

Tốc độ người dùng 7.2 kbit/s transparent

Mã hóa thoại VSELP4 ở tốc độ 4.8 kbit/s

Độ nhạy máy thu Thiết bị cầm tay: ≤−117 dBm, với độ rộng kênh truyền

12.5 kHz và tỷ lệ lỗi bit BER = 1%

Bảng 1.3 Các đặc tính kỹ thuật chính của hệ thống bộ đàm ASTRO [15]

Thiết kế dạng mô đun của các thành phần trong hệ thống mạng APCO-25 cung cấp khả năng mở rộng để đáp ứng các yêu cầu của cả hệ thống nhỏ và lớn với nhiều yêu cầu liên lạc thay đổi trong các vùng khác nhau như vùng nông thôn sang vùng đô thị Thông qua thiết kế hệ thống tỉ mỉ, giải pháp phù hợp nhất với số lượng

bộ thu phát gốc chính xác có thể được triển khai để đảm bảo không lãng phí tài nguyên hệ thống Vì mục đích phát triển chuẩn APCO 25 là để đảm bảo quá trình

Trang 20

chuyển đổi từ công nghệ tương tự sang kỹ thuật số; các hệ thống APCO 25 được thiết kế để có thể hoạt động trên các dải băng tần sẵn có Những bộ đàm kỹ thuật số chuẩn APCO 25 được thiết kế để hoạt động ở cả chế độ tương tự và chế độ số điều này giúp đảm bảo tính tương thích khả năng tương tác với những hệ thống analog hiện có trong suốt quá trình chuyển đổi từ công nghệ tương tự lên kỹ thuật số

Tiêu chuẩn công nghệ APCO25 là tiêu chuẩn mở được một số nhà tham gia sản xuất cung cấp thiết bị như: hãng Motorola, công ty Thales, hãng Kenwood, hãng TAIT Hệ thống bộ đàm điển hình tuân theo chuẩn APCO 25 đang được tiến hành các thủ tục để triển khai tại Việt Nam là ASTRO của Motorola Các đặc tính

kỹ thuật chính của hệ thống bộ đàm ASTRO được chỉ ra như trong bảng 1.3

1.4.2 Tiêu chuẩn TETRAPOL

Tiêu chuẩn công nghệ TETRAPOL là một giải pháp vô tuyến trung kế kỹ thuật số được phát triển ở châu Âu, xây dựng chủ yếu cho lực lượng bảo vệ an ninh công cộng Từ quan điểm người dùng thiết bị đầu cuối, hệ thống bộ đàm Tetrapol cung cấp các tính năng và dịch vụ đa dạng như tính năng gọi nhóm, gọi cá nhân, gọi kết nối thoại, các dịch vụ dữ liệu không dây, gọi khẩn cấp …

Chuẩn TETRAPOL là chuẩn công nghệ số dựa trên kỹ thuật truy nhập FDMA Mỗi kênh vô tuyến có bề rộng phổ 12,5KHz hoặc 10 KHz, do đó trên mỗi kênh có bề rộng 25 KHz sẽ có hai kênh thoại độc lập Kỹ thuật đa truy nhập này giúp tài nguyên vô tuyến được sử dụng hiệu quả hơn Bên cạnh đó, do các máy thu

có độ nhạy cao nên trong hệ thống mạng yêu cầu ít trạm lặp hơn các hệ thống khác,

do đó đây là một giải pháp có tính hiệu quả kinh tế cao Đồng thời đây là một chuẩn

mở, các chỉ tiêu được công bố rộng rãi và tương thích với nhiều tiêu chuẩn về viễn thông của ETSI Với các ưu điểm này TETRAPOL đã đạt được những thành công nhất định khi đã được triển khai ở trên 30 quốc gia trên thế giới, với gần hai triệu người sử dụng (theo thống kê của hiệp hội Tetrapol tính đến tháng 12/2014) Mặc

dù vậy nhưng số nhà sản xuất tham gia sản xuất còn hạn chế Các đặc tính kỹ thuật chính trong chuẩn TETRAPOL được chỉ ra như trong bảng 1.4

Trang 21

Phân cách song công 10 MHz trong băng tần UHF

Chế độ hoạt động Đơn công, song công

Công suất máy phát Trạm gốc: có 5 lớp công suất là 30, 34, 38, 42, và 44 dBm

Thiết bị cầm tay: có 3 lớp công suất là 30, 33 và 40 dBm Dải điều khiển công

suất phát

Thiết bị cầm tay: 30 dB

Phương thức điều chế GMSK với BT = 0.25

Tốc độ điều chế 8.0 kbit/s

Tốc độ người dùng ≤7.4 kbit/s transparent

≤4.6 kbit/s with weak protection

≤3.3 kbit/s with strong protection

≤3.2 kbit/s protected packet data

Độ rộng khe thời gian 20 ms, 160 bits/slot, siêu khung có chiều dài 4s

Mã hóa thoại RPCELP ở tốc độ 6.0 kbit/s

Truyền dữ liệu Chế độ bản tin, chuyển mạch và dữ liệu gói

Độ nhạy máy thu ≤−121/−119 dBm cho BS/MS static, ≤−113/−111 dBm

cho BS/MS với fading Rayleigh Loại bỏ nhiễu đồng

Trang 22

băng tần số dành cho thông tin bộ đàm hiện có, Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu

Âu ETSI đã phát triển hai công nghệ bộ đàm số mới là DMR với độ rộng kênh 12.5KHz, truy cập TDMA hai khe thời gian và dPMR với độ rộng kênh 6.25KHz, truy cập FDMA Các công nghệ bộ đàm số DMR và dPMR đến nay đã được các hãng sản xuất thiết bị bộ đàm cung cấp các sản phẩm thương mại ra thị trường Tuy mục tiêu ban đầu là nhằm thay thế các sản phẩm bộ đàm tương tự trong các thị trường thương mại và doanh nghiệp, nhưng các hệ thống bộ đàm số DMR và dPMR cũng bắt đầu được xem xét sử dụng bởi một số lực lượng cảnh sát và an ninh công cộng ở các nước ngoài khu vực Hoa Kỳ và Châu Âu Bộ tiêu chuẩn kỹ thuật về DMR/dPMR được quy chuẩn bởi tổ chức ETSI quy định các chuẩn về kết nối vô tuyến, các ứng dụng và dịch vụ thoại, dữ liệu Bộ tiêu chuẩn này cũng đưa ra ba lớp sản phẩm khác nhau, đó là DMR/dPMR lớp 1, lớp 2 và lớp 3

DMR/dPMR lớp 1 bao gồm các thiết bị hoạt động không mất phí trong băng tần 446MHz ETSI cũng đưa ra hai kỹ thuật đa truy nhập trong lớp này là kỹ thuật

đa truy cập FDMA với bề rộng kênh 12,5kHz và kỹ thuật đa truy cập FDMA với bề rộng kênh 6,25kHz Cả kỹ thuật đa truy nhập đều cung cấp các ứng dụng tiết kiệm năng lượng cho người dùng và trong thương mại sử dụng công suất tối đa là 0,5 Watt Với một số lượng kênh hạn chế và không sử dụng các trạm lặp, không sử dụng kết nối thoại và ăng ten cố định/tích hợp, các thiết bị DMR / dPMR lớp 1 thích hợp cho các cá nhân, các cửa hàng giải trí, bán lẻ sử dụng mà không yêu cầu vùng phủ sóng rộng và các tính năng tiên tiến DMR/dPMR lớp 2 bao gồm các bộ đàm cầm tay, bộ đàm cơ động và các trạm gốc hoạt động trong dải tần số VHF và UHF Tiêu chuẩn ETSI DMR/dPMR lớp 2 nhắm đến những người dùng yêu cầu hiệu năng trải phổ cao, tính năng thoại tiên tiến và các dịch vụ dữ liệu IP tích hợp trong các băng tần đã được cấp cho truyền thông năng lượng cao Các cuộc gọi theo chuẩn ETSI DMR/dPMR lớp 2 chiếm hai khe TDMA trên một kênh 12.5 kHz DMR/dPMR lớp 3 gồm các thiết bị hoạt động trong các hệ thống vô tuyến trung kế Các nhà sản xuất như Motorola, Vertex Standard, Kenwood, Icom và những nhà

Trang 23

sản xuất khác đang làm việc để mở rộng tính năng của các sản phẩm Do tiêu chuẩn này còn khá mới nên không có nhiều sản phẩm trên thị trường

1.4.4 Tiêu chuẩn NXDN

Tại Nhật Bản có hai hãng là ICOM và KENWOOD cũng tham gia phát triển công nghệ bộ đàm số theo tiêu chuẩn độ rộng kênh 6.25KHz theo phương thức truy nhập FDMA; hai hãng này không đi theo chuẩn dPMR mà họ đi theo một chuẩn riêng là NXDN (NexEdge Trunking); hệ thống trung kế của hai hãng này hiện đã phát triển tới 29 kênh trên một trạm và có thể kết nối tới 48 trạm trên một hệ thống trung kế đa điểm Các hệ thống bộ đàm theo tiêu chuẩn NXDN hỗ trợ chế độ hoạt động hỗn hợp cả tương tự và số, điều này cho phép các nhà quản trị mạng nâng cấp dần hệ thống của họ từ chế độ tương tự sang chế độ số, phương án này vừa đảm bảo được tính kinh tế cao đồng thời đảm bảo được thông tin liên lạc không bị gián đoạn trong quá trình chuyển đổi, nâng cấp Các thông tin dữ liệu trong mạng NXDN được truyền đi thông qua kỹ thuật điều chế khóa nhảy tần bốn mức (4-level frequency-shift keing FSK) Trong khi đó các tín hiệu thoại được mã hóa và giải mã nhờ bộ codec sử dụng công nghệ AMBE+2 (Advanced Multiband Excitation plus 2) Sự kết hợp của hai kỹ thuật này giúp chất lượng thoại tăng lên đáng kể so với các hệ thống bộ đàm tương tự trước đây

Hiện nay các thiết bị đầu cuối theo chuẩn NXDN hoạt động ở hai băng tần chính là băng tần VHF (136-174 MHz) và băng tần UHF (380-520 MHz) Tốc độ truyền dẫn điển hình là 4.8 kbit/s

1.4.5 Tiêu chuẩn TETRA

Được ETSI phát triển từ năm 1990, TETRA là hệ thống bộ đàm kỹ thuật số mặt đất tiên tiến nhất hiện nay Với công nghệ số, mạng TETRA cho phép ứng dụng kĩ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA tương tự như công nghệ

di động GSM, với mỗi kênh tần số 25kHz có thể cung cấp đồng thời 4 kênh liên lạc Công nghệ số cũng cho phép đảm bảo chất lượng đàm thoại ổn định và đặc biệt là khả năng bảo mật liên lạc một cách an toàn từ đầu cuối đến đầu cuối tới mức bảo

Trang 24

mật cấp Quốc gia Hệ thống trung kế TETRA cho phép phân tải không chỉ các kênh liên lạc trong cùng một kênh tần số mà còn cho phép phân tải các kênh liên lạc của các kênh tần số khác nhau Ở cấu hình mở rộng tối đa, hiện tại một trạm gốc có cung cấp đến 8 kênh tần số, tương đương với khoảng 30 kênh liên lạc đồng thời Tốc độ truyền số liệu thích ứng theo nhu cầu, lên tới 28kb/s ngay cả khi sử dụng thiết bị đầu cuối cầm tay So với các hệ thống bộ đàm khác thì TETRA thực sự là một giải pháp kĩ thuật mới chiếm ưu thế vượt trội Bên cạnh các dịch vụ thoại cơ bản đối với một hệ thống bộ đàm như thoại đơn, thoại nhóm hay gọi khẩn cấp, mạng TETRA còn hỗ trợ các dịch vụ nâng cao tương tự hệ thống di động như liên lạc song công, hiện thị số gọi, chuyển tiếp cuộc gọi, tham gia nhóm liên lạc muộn, gọi quảng bá, nhiều cấp ưu tiên, bảo mật đường truyền vô tuyến AIE (Air Interface Encryption), bảo mật đầu cuối đầu cuối E2E (End-to-End Encryption)…

Hạ tầng mạng TETRA cũng có nhiều điểm vượt trội so với các chuẩn bộ đàm khác Các tổ chức khác nhau có thể cùng chia sẻ nguồn tài nguyên sẵn có của mạng TETRA qua các mạng riêng ảo VPN TETRA cũng hỗ trợ khả năng kết nối linh hoạt với PSTN/GSM hay các hệ thống bộ đàm tương tự Hạ tầng TETRA cho phép duy trì liên lạc 24/24, ngay cả trong trường hợp đứt kết nối với trung tâm điều khiển hoặc khi tổng đài trung tâm gặp sự cố bởi các trạm gốc vẫn có thể làm việc ở chế độ tự trị (Fallback) mặc dù liên lạc sẽ mang tính cục bộ Là chuẩn mở, hệ thống TETRA cho phép thiết bị đầu cuối của các hãng khác nhau có thể hoạt động trong cùng một mạng, cho phép các nhà đầu tư dễ dàng lựa chọn thiết bị phù hợp với điều kiện của mình, nâng cao tính cạnh tranh Ngoài các thiết bị đầu cuối thông thường, các hãng cũng cung cấp các thiết bị đầu cuối đặc biệt đáp ứng các yêu cầu về an toàn cháy nổ, sử dụng bí mật Với khả năng cung cấp hoạt động mềm dẻo, linh hoạt với độ tin cậy cao, công nghệ TETRA là mối quan tâm hàng đầu các tổ chức hoạt động trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong các hệ thống thông tin chuyên nghiệp Hiện nay TETRA đã được ứng dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới trong nhiều lĩnh vực như: dầu khí, hàng không, quân đội, công an Tính đến thời điểm này tại Việt Nam, mạng TETRA đã được triển khai tại Công An Tp

Trang 25

Hồ Chí Minh, sân bay Quốc Tế Tân Sơn Nhất Những chọn lựa đó phần nào cho thấy xu hướng tương lai của hệ thống liên lạc bộ đàm tiên tiến nhất hiện nay: Trunking số TETRA

Với những ưu điểm nổi trội như hiệu quả sử dụng tài nguyên tần số cao, chất lượng âm thanh tốt, khả năng bảo mật tuyệt vời, cùng các tính năng tân tiến khác hệ thống TETRA ngày càng được triển khai nhiều hơn trên thế giới với quy

mô mở rộng Để có thể hiểu hơn về hệ thống thông tin bộ đàm tân tiến này, chương tiếp theo sẽ trình bày tổng quan về hệ thống bộ đàm trung kênh kỹ thuật số TETRA, các thành phần cấu thành, kiến trúc hệ thống, nguyên tắc hoạt động cơ bản và các

ưu điểm của hệ thống bộ đàm này

Trang 26

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BỘ ĐÀM SỐ TETRA

2.1 Tổng quan về hệ thống bộ đàm số TETRA

Để hiểu rõ hơn về hệ thống bộ đàm trung kênh kỹ thuật số TETRA, các phần

tử cấu thành nên hệ thống, các tính năng và cơ chế hoạt động của hệ thống mạng TETRA cần phải được xem xét kỹ lưỡng Bằng việc tìm hiểu về các vấn đền trên, chương này sẽ cung cấp một cái nhìn sâu sắc hơn về tiêu chuẩn bộ đàm này

Trong một hệ thống mạng TETRA có ba kiểu người dùng là Người sử dụng (user), Điều phối viên (dispatcher) và Quản trị viên (administrator) Người sử dụng trong mạng TETRA có thể sử dụng các thiết bị đầu cuối khác nhau để liên lạc với người dùng khác hoặc liên lạc với điều phối viên trong hệ thống Trong hệ thống, điều phối viên xử lý các yêu cầu kết nối liên lạc của người sử dụng, xử lý các cuộc gọi khẩn cấp, kết nối thoại giữa hai người dùng khác nhóm Quản trị viên là người cấu hình các thiết bị đầu cuối TETRA, các máy điều phối và thiết lập hàng loạt các thông số khác nhau cho các người dùng khác trong hệ thống Quản trị viên đồng thời theo dõi nhật ký và các trạng thái họat động của người dùng trong hệ thống mạng TETRA Nhà cung cấp và quản lý mạng TETRA sẽ cung cấp cơ sở hạ tầng và dịch vụ cho người dùng trong hệ thống của mình Những người sử dụng hệ thống sẽ

sở hữu riêng cho họ một số thiết bị như các máy đầu cuối TETRA hay các bàn điều phối DWS (Dispatcher Work Stations) Nhà cung cấp dịch vụ TETRA có thể cho phép nhiều tổ chức truy cập vào hệ thống một cách độc lập Các người dùng chỉ có thể liên lạc với nhau nếu họ ở trong cùng môt tổ chức, trừ khi điều phối viên cho phép kết nối cuộc gọi từ người sử dụng thuộc các tổ chức khác nhau

Phần tiếp theo sẽ trình bày tổng quan về hệ thống mạng TETRA cũng như quá trình trao đổi thông tin trong mạng này

2.1.1 Tổng quan về mạng TETRA

Người sử dụng mạng TETRA trong mỗi tổ chức sẽ sử dụng các thiết bị khác nhau để đáp ứng nhu cầu liên lạc của họ Hình vẽ dưới đây mô tả một mạng TETRA với quy mô nhỏ

Trang 27

Hình 2.1 Tổng quan về mạng TETRA [20]

Có bốn thiết bị thiết yếu trong một mạng TETRA để có thể truyền tải thông tin, đó là các thiết bị đầu cuối TETRA, trạm gốc TETRA, tổng đài số TETRA và các máy điều phối Các thiết bị này được chỉ ra trên hình 2.1 với các ký hiệu “A”,

“B”, “C”, “D” tương ứng Ký hiệu “E” biểu diễn đường lên và đường xuống từ thiết

bị đầu cuối tới mạng lõi Ví dụ minh họa này mô tả một mạng TETRA với vùng phủ sóng nhỏ, trong đó chỉ sử dụng một trạm gốc TETRA và một máy điều phối đặt trong tòa nhà Điển hình, một mạng TETRA trên thực tế sẽ có nhiều trạm gốc TETRA để có thể phủ sóng trên một phạm vi rộng, thậm chí phủ sóng toàn bộ lãnh thổ của một quốc gia

Các thiết bị đầu cuối trong mạng TETRA bao gồm các máy cầm tay, máy di động và các máy đầu cuối dữ liệu, các thiết bị này sẽ được thảo luận chi tiết hơn ở các phần tiếp theo Các thiết bị đầu cuối TETRA gửi dữ liệu theo đường lên tới

Trang 28

trạm gốc TBS (TETRA Base Station) và nhận dữ liệu theo đường xuống từ trạm TBS trong suốt quá trình liên lạc

Các trạm TBS được đặt ở các vị trí địa lý nhất định để cung cấp vùng phủ sóng tốt nhất cho các thiết bị người dùng Có thể thấy trên hình 2.1, các trạm gốc TBS được kết nối vật lý tới các tổng đài DXT, các kết nối này có nhiệm vụ truyền các dữ liệu đồng bộ giữa TBS và DXT Các dữ liệu đồng bộ này được sử dụng để điều khiển hoạt động của các TBS làm đúng chức năng Khi một nhân viên trao đổi thông tin với một điều phối viên thông qua kết nối vô tuyến giữa thiết bị đầu cuối TETRA và trạm TBS, dữ liệu được chuyển từ TBS tới DXT, sau đó qua một bộ ghép kênh Multiplexer tới máy điều phối DWS Kết nối giữa TBS và DXT có thể

sử dụng đường E1 Bộ ghép kênh được sử dụng giữa DWS và DXT vì hai lý do, thứ nhất bộ điều phối DWS không có giao diện E1, thứ hai bộ ghép kênh cho phép nhiều bộ điều phối DWS có thể dùng chung một kết nối E1 tới duy nhất một tổng đài DXT Chi tiết về trạm TBS sẽ được thảo luận chi tiết trong mục 2.2.2

DXT là một tổng đài kết nối tới nhiều trạm TBS Như đã đề cập từ trước, khi lưu lượng thông tin được gửi tới bộ điều phối, nó được truyền từ TBS tới DXT và sau đó từ DXT qua bộ ghép kênh Multiplexer tới DWS Tổng đài DXT sẽ được thảo luận chi tiết trong mục 2.2.2

Bộ điều phối DWS được sử dụng bởi các điều phối viên là một máy tính cá nhân chạy hệ điều hành và phần mềm chuyên dụng Bộ điều phối DWS có micro và loa ngoài, điều này cho phép điều phối viên trao đổi thông tin với các thành viên trong mạng TETRA Chi tiết về DWS sẽ được thảo luận chi tiết trong phần 2.2.2

Các thiết bị cho phép người dùng trong mạng TETRA trao đổi thông tin với nhau sẽ lần lượt được trình bày trong các phần dưới đây

2.1.2 Tổng quan về trao đổi thông tin trong mạng TETRA

Trao đổi thông tin là vấn đề cốt lõi của bất cứ công nghệ vô tuyến nào, do đó đây là vấn đề thiết yếu cần được thảo luận Chuẩn TETRA đưa ra nhiều tính năng tân tiến áp dụng trong thông tin liên lạc Người dùng mạng TETRA có thể nhấn nút PTT (Push-To-Talk) trên các thiết bị đầu cuối để gửi dữ liệu theo đường lên tới

Trang 29

trạm gốc TBS Như đã đề cập từ các phần trước, người nhận thông điệp sẽ nhận thông tin theo đường xuống, thông tin trao đổi này có thể là một cuộc gọi thoại hay tin nhắn văn bản Thông tin trao đổi có thể được gửi tới một người dùng TETRA, điều phối viên hoặc một nhóm người dùng TETRA Có nhiều hình thức trao đổi thông tin thoại tồn tại trong mạng TETRA, các hình thức này sẽ được liệt kê dưới đây

Chế độ kết nối nhanh – Hình thức này tương tự như trong thông tin di động

tế bào, ở đó một người dùng trong hệ thống sẽ khởi tạo một cuộc gọi thoại trực tiếp tới một người dùng khác trong hệ thống, máy đầu cuối của người nhận sẽ đổ chuông, khi đó người nhận có thể nhận hoặc từ chối cuộc gọi tương tự khi họ dùng các máy điện thoại di động thông thường

Chế độ kết nối tức thời – Hình thức này cho phép một người dùng máy đầu cuối trong hệ thống có thể khởi tạo ngay một cuộc gọi tới một máy đầu cuối khác

mà không cần có tín hiệu đổ chuông

Chế độ liên lạc nhóm – Kiểu trao đổi thông tin này cho phép một người dùng đầu cuối có khả năng liên lạc tới tất cả các thành viên trong nhóm của mình, tuy nhiên tại một thời điểm chỉ có một thành viên trong nhóm có thể nói Có các mức

ưu tiên khác nhau được sử dụng trong hệ thống để đảm bảo rằng các thành viên trong cùng nhóm sẽ có cơ hội trao đổi thông tin một cách công bằng

Chế độ liên lạc khẩn cấp – Kiểu liên lạc này cho phép người sử dụng thiết bị đầu cuối TETRA nhấn nút khẩn cấp trên thân máy để tạo ra một cảnh báo tức thời tới điều phối viên, sau đó điều phối viên sẽ nhận được tín hiệu khẩn cấp và đưa ra cách xử lý kịp thời Kiểu liên lạc này thường được sử dụng trong các tình huống cấp bách cần có sự can thiệp ngay lập tức từ các thành viên khác trong tổ chức

Chế độ liên lạc trực tiếp – Chế độ này được sử dụng khi các thành viên của nhóm nằm ngoài vùng phủ sóng của mạng TETRA nhưng vẫn có thể kết nối trực tiếp với nhau Chế độ liên lạc này sẽ được nghiên cứu kỹ hơn trong mục 2.4.2

Việc thiết lập cuộc gọi trong mạng TETRA diễn ra rất nhanh, một cuộc gọi điển hình tới một nhóm người dùng mạng TETRA chỉ diễn ra dưới 300 ms Một số

Trang 30

lý do giải thích tại sao mạng TETRA lại có thời gian thiết lập cuộc gọi nhanh như vậy là do thủ tục thiết lập cuộc gọi hiệu quả, quá trình xử lý tín hiệu nhanh và quy trình xử lý cấp phát kênh của kênh điều khiển diễn ra nhanh chóng Đồng thời, mạng TETRA sử dụng mã đại số kỳ vọng tuyến tính (Algebraic Code-Excited Linear Predictive - ACELP) có tốc độ đầu ra thấp chỉ 4.567 kb /s, điều này cho phép cung cấp chất lượng thoại tốt trong khi tốc độ đầu ra lại thấp

Ngoài việc truyền tín hiệu thoại, các tin nhắn dữ liệu số cũng được sử dụng trong mạng TETRA để trao đổi thông tin Người sử dụng trong mạng TETRA thường dùng các bản tin trạng thái và các bản tin dịch vụ ngắn Các bản tin trạng thái có thể được gửi tới một người dùng nhất định hoặc tới cả một nhóm người dùng trong mạng Thêm vào đó các bản tin dữ liệu số có thể được sử dụng trong suốt quá trình đăng ký và xác thực của các thiết bị đầu cuối Các thiết bị đầu cuối TETRA tự động gửi các bản tin dữ liệu số tới các trạm gốc TBS để khởi tạo quá trình đăng ký và xác thực Chi tiết về quá trình này sẽ được trình bày cụ thể trong các phần sau

Tiêu chuẩn TETRA, hệ thống mạng và quá trình trao đổi thông tin đã được thảo luận cơ bản trong mục này, các vấn đề chi tiết hơn sẽ được thảo luận thêm ở các mục tiếp theo Phần tiếp theo sau đây sẽ trình bày bốn thiết bị lõi cấu hình nên toàn bộ hệ thống mạng TETRA như đã đề cập trước đây

2.2 Các thành phần cấu thành hệ thống

Trong phần trước bốn thiết bị lõi của một mạng TETRA đã được giới thiệu, bao gồm các thiết bị đầu cuối, trạm gốc TBS, tổng đài DXT và máy điều phối DWS Trong phần này bốn thiết bị trên sẽ được trình bày một cách cụ thể và chi tiết hơn Thiết bị đầu cuối sẽ được thảo luận trong mục 2.2.1, trong khi trạm gốc TBS, tổng đài DXT và máy điều phối DWS sẽ được thảo luận trong mục 2.2.2

2.2.1 Các thiết bị đầu cuối TETRA

Như đã đề cập trong mục 2.1, thiết bị đầu cuối TETRA được sử dụng bởi người dùng để trao đổi thông tin với những người dùng khác trong mạng Có thể

Trang 31

chia các thiết bị đầu cuối TETRA làm ba loại: thiết bị cầm tay, thiết bị di động và thiết bị dữ liệu Mỗi loại thiết bị được sử dụng cho các mục đích khác nhau nhưng

có thể cùng tồn tại trong một mạng TETRA Phần tiếp theo sau đây sẽ trình bày ba kiểu thiết bị đầu cuối này một cách chi tiết

Các thiết bị đầu cuối cầm tay

Các thiết bị cầm tay TETRA có kích thước nhỏ, khối lượng nhẹ do đó dễ dàng và tiện lợi khi mang sử dụng bên mình Một ví dụ điển hình về các thiết bị đầu cuối loại này là MTP850Ex TETRA của Motorola Thiết bị này cho phép hoạt động trên nhiều dải tần khác nhau, chẳng hạn như dải 380MHz–400MHz, 410MHz–430MHz, 450MHz–470MHz, … Sự đa dạng về dải tần giúp người dùng có thể lựa chọn dải tần phù hợp theo quy định về tần số mà quốc gia họ quy định Thiết bị này cũng được trang bị thêm tính năng định vị toàn cầu GPS hiện đại mang lại khả năng định vị nhân viên qua bộ đàm, cải thiện an toàn người dùng và quản lý tài nguyên Cùng với đó là trình duyệt WAP tích hợp và dữ liệu gói nhiều khe cho phép truy cập nhanh vào thông tin quan trọng tại hiện trường Hình 2.2 mô tả thiết bị đầu cuối MTP850Ex TETRA của Motorola

Hình 2.2 Thiết bị đầu cuối MTP850Ex [19]

Các thiết bị đầu cuối di động

Các thiết bị đầu cuối di động TETRA được lắp đặt trong các phương tiện

Trang 32

thông vận tải khác đảm bảo dễ dàng sử dụng trong quá trình phương tiện di chuyển Các thiết bị đầu cuối di động TETRA không hỗ trợ nhiều băng tần như các thiết bị đầu cuối cầm tay Ví dụ điển hình về thiết bị đầu cuối di động TETRA là MTM800E của Motorola như được mô tả trên hình 2.3

Hình 2.3 Thiết bị đầu cuối di động MTM800E [19]

Các thiết bị đầu cuối dữ liệu

Cùng với khả năng cho phép truyền thông tin thoại, mạng TETRA cũng cho phép truyền thông số liệu với các thiết bị chuyên dụng như thiết bị TDR880i được

mô tả trên hình 2.4

Hình 2.4 Thiết bị TDR880i [19]

Đây là thiết bị tân tiến, chuyên dụng với các ứng dụng như định vị, truyền tải

dữ liệu, quản lý và điều khiển từ xa Thiết bị đầu cuối dữ liệu TDR880i hoạt động ở

Trang 33

băng tần 380-400MHz Nếu thiết bị TDR880i nằm ngoài vùng phủ sóng của một mạng TETRA, tính năng định vị GPS của nó sẽ tự động kích hoạt, điều này cho phép các thông tin quan trọng được lưu trữ cho đến khi thiết bị liên kết trở lại mạng TETRA Các thiết bị đầu cuối cầm tay, di động và dữ liệu được thảo luận trong phần này đều có thể hoạt động tương tác với nhau trong mạng TETRA Phần tiếp theo sẽ đi sâu về các thiết bị cấu thành nên một mạng TETRA và thảo luận về cách thức hoạt động của các thiết bị này trong mạng

2.2.2 Các thiết bị mạng TETRA

Mạng TETRA được thiết lập để hỗ trợ truyền thông cho một số lượng lớn người sử dụng một cách nhanh chóng và tin cậy Như đã được thảo luận qua trong phần 2.1, một mạng TETRA bao gồm các thiết bị lõi như sau:

Tổng đài số DXT

Đây là thiết bị thiết yếu trong mạng TETRA, nó có thể là một tổng đài số TETRA kiểu thông thường dùng để kết nối dữ liệu IP (DXTip), hoặc một tổng đài

số TETRA kiểu chuyển tiếp dùng để kết nối dữ liệu IP (DXTTip) Chức năng của

cả DXTip và DXTTip là để kết nối các cuộc gọi thoại và dữ liệu Sự khác biệt giữa DXTip và DXTTip đó là tổng đài DXTip kết nối trực tiếp tới một trạm gốc TBS, trong khi đó DXTTip là thành phần kết nối giữa các tổng đài DXT khác nhau, có thể là DXTip hoặc DXTTip và do đó nó thường phải xử lý lưu lượng thông tin lớn hơn so với tổng đài DXTip

Trạm gốc TETRA (TBS)

Các trạm gốc TETRA là các thiết bị cho phép cung cấp vùng phủ sóng cho các thiết bị đầu cuối trong mạng TETRA, trong phạm vi phủ sóng này các thiết bị đầu cuối của người sử dụng có thể liên lạc với nhau Như đã nói ở trên thì TBS được kết nối tới một DXT Trạm gốc TBS có thể hoạt động ở các băng tần khác nhau để có thể phù hợp với luật tần số ở mỗi quốc gia Các thiết bị đầu cuối TETRA

sẽ tự động sử dụng băng tần phù hợp mà trạm gốc TBS đã được cấu hình từ trước Trạm gốc TBS cho phép nhiều kênh thông tin khác nhau cùng hoạt động một lúc, đồng thời luôn có một kênh điều khiển được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các

Trang 34

trạm gốc TBS khác nhau Số lượng kênh thông tin phụ thuộc vào số lượng sóng mang được thiết lập với mỗi trạm gốc TBS, trong đó một sóng mang có thể thiết lập bốn kênh thông tin khác nhau

Thiết bị điều phối

Bên cạnh các trạm gốc TBS và tổng đài số DXT, các thiết bị điều phối đồng thời giúp người sử dụng mạng TETRA có thể liên lạc với nhau trong các tình huống khẩn cấp Các điều phối viên là những người dùng mạng TETRA, họ có khả năng điều khiển các luồng thông tin khác nhau, phản hồi và kết nối các cuộc gọi khẩn cấp cũng như các cuộc gọi cá nhân Để thực hiện điều đó thì các điều phối viên cần phải

sử dụng một thiết bị điều phối DWS Một thiết bị điều phối DWS thông thường được kết nối tới cớ sở hạ tầng chuyển mạch mạng thông qua một bộ ghép kênh multiplexer Các ứng dụng chạy trên các thiết bị điều phối DWS bao gồm ứng dụng truyền thông điều phối, ứng dụng quản lý điều phối và ứng dụng kết hợp truyền

thông và quản lý điều phối Ứng dụng truyền thông điều phối là ứng dụng chủ đạo

và hay được sử dụng nhất bởi các điều phối viên trong mạng TETRA Ứng dụng này cho phép các điều phối viên có thể nhận và khởi tạo các cuộc gọi kiểu như các yêu cầu gọi lại trong nội mạng TETRA cũng như từ các mạng điện thoại cố định hay di động nằm ngoài hệ thống Ứng dụng truyền thông điều phối đồng thời cho phép các điều phối viên có thể liên lạc cảnh báo khẩn cấp với một hoặc một số nhóm người trong các trường hợp cấp bách Ứng dụng này hiển thị các người dùng khác nhau trong hệ thống thông qua cửa sổ người dùng với giao diện đồ họa rất dễ dùng, điều này cho phép điều phối viên có thể dễ dàng thực hiện các thao tác kỹ thuật khi cần thiết Ứng dụng quản lý điều phối cho phép các quản trị viên có khả năng quản lý các điều phối viên, các cá nhân người dùng, các nhóm người và các tổ chức sử dụng hệ thống mạng TETRA Các quản trị viên có thể thiết lập thêm hoặc tùy chỉnh các nhóm người dùng sao cho phù hợp với yêu cầu tổ chức mạng Các ứng dụng quản lý điều phối cũng cho phép thay đổi các thông số bảo mật, các thông

số được cấu hình trên thiết bị đầu cuối TETRA Ứng dụng truyền thông và quản lý

điều phối kết hợp các tính năng truyền thông và quản lý điều phối như đã nói ở trên

Trang 35

Đây là ứng dụng được sử dụng nhiều nhất trong mạng TETRA có quy mô nhỏ, nơi

mà chỉ yêu cầu một trạm điều phối DWS

Bên cạnh các thiết bị đầu cuối TETRA đã đề cập thì các thiết bị lõi kể trên là các thiết bị cần thiết để các thông tin có thể trao đổi xuyên suốt trong mạng: Các trạm gốc TBS cung cấp vùng phủ sóng cho các thiết bị đầu cuối người dùng, các tổng đài DXT cho phép các thông tin thoại và dữ liệu được chuyển tới đúng người nhận, và nhờ việc sử dụng các thiết bị điều phối thì điều phối viên có thể hỗ trợ tốt hơn cho người dùng Phần tiếp theo sẽ thảo luận về kiến trúc mạng TETRA với các

ví dụ minh họa cụ thể

2.3 Kiến trúc mạng TETRA

Mạng TETRA với khả năng thiết lập cuộc gọi nhanh, cho phép hỗ trợ số lượng lớn người dùng Các thiết bị đã được thảo luận trong phần trước là các thành phần cấu hình nên một mạng lõi TETRA Kiến trúc mạng TETRA cho phép khả năng mở rộng mạng một cách dễ dàng, điều này giúp hỗ trợ nhiều người dùng Các thiết bị mạng hỗ trợ khả năng này bao gồm:

Tổng đài TETRA DXT: Tổng đài DXT có kết cấu tập trung và cho phép

nhiều tổng đài này được tích hợp thêm khi cần thiết Số lượng các tổng đài DXT phụ thuộc vào số lượng người dùng TETRA trong hệ thống và phụ thuộc vào số

lượng trạm gốc TBS

Các trạm gốc TETRA: Số lượng trạm gốc TBS có thể dễ dàng tăng thêm

nếu cần thiết khi số lượng người dùng và phạm vi phủ sóng yêu cầu tăng lên Số lượng sóng mang yêu cầu đối với mỗi trạm gốc TBS được quyết định bởi dung lượng dữ liệu trao đổi trong vùng phủ sóng Các thiết bị đầu cuối sau đó có thể chọn trạm gốc TBS tối ưu để trao đổi thông tin Khi số lượng người dùng vượt quá khả năng xử lý lưu lượng của mạng hiện tại thì một trạm gốc TBS khác có thể được chèn thêm

Các thiết bị điều phối: Số lượng thiết bị điều phối có thể từ một đến hàng

trăm thiết bị, điều này phụ thuộc vào kích thước mạng và các yêu cầu quản lý trong

Trang 36

mạng TETRA Nhiều thiết bị điều phối khác nhau có thể được trang bị tại hệ thống tổng đài trung tâm để xử lý các yêu cầu khi cần thiết Ngoài khả năng mở rộng vật

lý, mạng TETRA cho phép nhiều người dùng thuộc các tổ chức khác nhau có thể cùng hoạt động trong một hạ tầng vật lý như đã được thảo luận trong mục 2.1 Hình 2.5 đưa ra mộ ví dụ minh họa về một cấu trúc mạng TETRA điển hình trong đó có một tổng đài số và nhiều trạm gốc TBS

Hình 2.5 Cấu trúc mạng TETRA đa tổ chức [20]

Hình 2.5 bao gồm các thiết bị đã đề cập ở phần trước cùng với ba kiểu người dùng khác nhau: người dùng máy di động, người dùng máy cầm tay và người dùng các thiết bị đầu cuối dữ liệu TETRA Trong ví dụ này nhân viên sở cảnh sát giữ một thiết bị đầu cuối cầm tay TETRA, trong khi các xe ô tô trong hình đại diện cho những người dùng thiết bị di động TETRA, còn các xe mô tô đại diện cho những người dùng dữ liệu TETRA Có thể thấy trên hình 2.5, những người dùng các thiết

bị khác nhau có thể cùng tồn tại và liên lạc với những người khác trong cùng một tổ chức và trong cùng một khu vực địa lý Hình 2.5 minh họa một trường hợp điển

Trang 37

hình khi mà hai nhóm A và B sử dụng cùng một hạ tầng vật lý nhưng lại thuộc hai nhóm thoại khác nhau Và ngày trong tổ chức A cũng có hai nhóm là “nhóm thiết bị cầm tay” và “nhóm thiết bị dữ liệu“ Tùy thuộc vào cấu hình, các thành viên trong hai nhóm thoại thuộc tổ chức A có thể liên lạc với các thành viên khác trong cùng nhóm hoặc liên lạc với thành viên khác thuộc nhóm còn lại Ngoài ra, tổ chức B có thể có các nhóm thoại khác nhau dành cho các thành viên thuộc các phân khu khác nhau Mỗi người dùng có thể thuộc về một nhóm thoại duy nhất hoặc có thể thuộc

về nhiều nhóm thoại khác nhau Người dùng thiết bị đầu cuối có thể chọn nhóm thoại mà họ muốn liên lạc và cũng có thể điều chỉnh thiết bị đầu cuối của mình để thông qua điều phối viên tất cả các nhóm thoại khác có thể nghe được thông tin mà mình trao đổi Trong trường hợp khẩn cấp, người dùng thiết bị đầu cuối có thể khởi tạo kết nối khẩn cấp tới điều phối viên Cuộc gọi khẩn cấp này có thể thuộc kiểu liên lạc một chiều hoặc hai chiều và chỉ có thể nghe được bới điều phối viên Kiểu liên lạc một chiều hoặc hai chiều nói trên phụ thuộc vào loại thiết bị, nhà sản xuất

và các thông số được cấu hình bởi quản trị viên Các thiết bị điều phối được kết nối tới tổng đài DXTip thông qua một bộ ghép kênh multiplexer, điều này cho phép nhiều thiết bị điều phối có thể kết nối đồng thời tới tổng đài DXTip chỉ nhờ một cổng kết nối Tổng đài DXTip kết nối tới các trạm gốc TBS và các thiết bị điều phối DWS thông qua các kết nối E1, trong khi các trạm gốc TBS kết nối tới các thiết bị đầu cuối TETRA thông qua kênh vô tuyến Một mạng TETRA trên hình 2.5 có thể

mở rộng để phủ sóng trên toàn bộ một quốc gia Mạng TETRA nhấn mạnh tới việc tích hợp nhiều thiết bị khác nhau để cung cấp một giải pháp mạng toàn diện, đảm bảo tính bảo mật, khả năng thiết lập cuộc gọi nhanh và nhiều tính năng kỹ thuật khác Phần tiếp theo sau đây sẽ tiếp tực thảo luận về cách thức hoạt động của một mạng TETRA thông qua nhiều chế độ hoạt động khác nhau

2.4 Nguyên tắc hoạt động cơ bản

Trong mạng TETRA, mỗi người dùng có thể thuộc về một hoặc nhiều nhóm thoại khác nhau, và họ có thể liên lạc với người dùng khác trong cùng nhóm thoại

Trang 38

của mình Mạng TETRA cho phép người dùng có thể lựa chọn chế độ hoạt động mà

họ mong muốn Các chế độ hoạt động này có thể được người dùng lựa chọn phụ thuộc vào vị trí địa lý của họ hoặc phụ thuộc vào đặc tính của cuộc gọi được diễn

ra Mạng TETRA hỗ trợ hai chế độ người dùng là chế độ trung kế TMO và chế độ trực tiếp DMO Các chế độ hoạt động này sẽ được thảo luận dưới đây

2.4.1 Chế độ trung kế TMO

Hình 2.6 Chế độ trung kế TMO

Chế độ hoạt động mặc định trong mạng TETRA là chế độ trung kế TMO Trong chế độ này trạm gốc TBS đóng vai trò rất quan trọng, bởi hầu hết các tính năng trung kế TETRA của các thiết bị đầu cuối đều cần được thực hiện thông qua trạm gốc TBS, chẳng hạn các tính năng liên lạc khẩn cấp, tính năng định vị GPS Một cuộc gọi trung kế TMO điển hình xuất phát từ người gọi sẽ được gửi tới trạm gốc TBS, sau đó từ TBS tới những người nghe đích Hình 2.6 minh họa một cuộc gọi trung kế TMO điển hình với vai trò không thể thiếu của trạm gốc TBS Các tính năng cơ bản của hệ thống TETRA ở chế độ trung kế gồm:

 Cuộc gọi nhóm Là dịch vụ thoại cơ bản nhất trong TETRA cho phép các

thành viên trong cùng một nhóm đàm thoại có thể liên lạc được với nhau

 Cuộc gọi khẩn cấp Đây là dịch vụ cuộc gọi có mức ưu tiên cao nhất, cho

phép một thành viên bất kỳ trong nhóm thực hiện một cuộc gọi tới hệ thống

Máy điện thoại

di động TETRA

Máy điện thoại

di động TETRA Thiết bị trạm gốc

TETRA

Trang 39

điều phối Khi mạng bận thì liên lạc có mức ưu tiên thấp nhất sẽ bị xóa để dành cho cuộc gọi khẩn cấp

 Giữ cuộc gọi Đây là dịch vụ bảo vệ thuê bao máy điện thoại di động không

bị xóa cuộc gọi trong trường hợp mạng bị bận và xuất hiện cuộc gọi khẩn cấp

 Cuộc gọi ưu tiên Trong mạng TETRA có 16 mức cuộc gọi ưu tiên khác

nhau, trong đó mức ưu tiên cao nhất thuộc về các cuộc gọi khẩn cấp

 Ấn định số nhóm động Đây là một loại dịch vụ linh động cho phép tạo các

nhóm thuê bao trong một thời gian nhất định để xử lý các nhu cầu thông tin liên lạc khác nhau và có thể cũng được sử dụng để nhóm các thuê bao trong một cuộc gọi liên tục

 Cuộc gọi được ủy quyền Dịch vụ cho phép bộ điều khiển kiểm tra yêu cầu

cuộc gọi trước khi cho phép cuộc gọi được xử lý

 Chọn vùng Dịch vụ xác định vùng hoạt động của thuê bao

 Thuê bao chậm Đây là dịch vụ cho phép các thuê bao vừa đăng nhập vào nhóm đàm thoại cũng có thể nghe được các thông tin đang được trao đổi

 Các dịch vụ dữ liệu thông thường và dịch vụ dữ liệu ngắn Cho phép triển

khai các dịch vụ dữ liệu thoại, bản tin ngắn hay các dịch Web hay GPS,…

 Dữ liệu gói Dịch vụ được hỗ trợ dựa vào một khe thời gian TDMA có tốc

độ bit tổng 4800 bit/s hoặc tối đa 4 khe thời gian với 19,2 kbit/s

Nhiều tính năng thiết yếu trong hệ thống mạng TETRA yêu cầu các thiết bị đầu cuối phải hoạt động ở chế độ trung kế Như đã đề cập từ trước, chế độ trung kế TMO là chế độ mặc định của người dùng, trong khi chế độ trực tiếp DMO là chế độ

dự phòng

2.4.2 Chế độ trực tiếp DMO

Cùng với chế độ hoạt động trung kế TMO, chế độ hoạt động trực tiếp DMO đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thông tin liên lạc bộ đàm số TETRA Sự

Trang 40

thoại hay dữ liệu giữa hai thiết bị đầu cuối sẽ được kết nối thông qua một trạm gốc

và đồng thời các kết nối này cũng có thể được chuyển mạch tới tổng đài thoại PABX nếu cần thiết Trong khi đó ở chế độ DMO, một liên kết vô tuyến có thể được thiết lập trực tiếp giữa hai thiết bị đầu cuối mà không cần thông qua trạm gốc Chế độ DMO có thể được tiến hành theo phương thức đơn công hoặc song công trên một hoặc hai tần số sóng mang, trong khi quá trình trao đổi thông tin giữa một thiết bị đầu cuối và một trạm gốc ở chế độ TMO luôn được thực hiện trên hai tần số khác nhau, một cho đường lên và một cho đường xuống

Chế độ DMO đóng vai trò quan trọng trong rất nhiều ứng dụng khi sử dụng thông tin liên lạc bộ đàm, cụ thể trong nhiều tình huống khi các thành viên của một nhóm thoại muốn thực hiện một kết nối thoại nhanh chóng và trực tiếp giữa các thành viên, hoặc trong trường hợp thiếu cơ sở hạ tầng mạng hoặc thậm chí tồn tại

cơ sở hạ tầng mạng nhưng không thể truy nhập được vì một số nguyên nhân khách quan nào đó Chế độ DMO có thể được sử dụng bên trong hoặc bên ngoài vùng phủ sóng của mạng TETRA Có rất nhiều tình huống trong đó việc sử dụng chế độ này

là không thể tránh khỏi, chẳng hạn trong các nhiệm vụ an ninh công cộng khi các đội cảnh sát đặc nhiệm tổ chức tác chiến, hay các đội lính cứu hỏa đang khẩn cấp chữa cháy tại các vùng hiểm yếu nơi không có hệ thống mạng TETRA

Một điều quan trọng cần phải lưu ý là chế độ trực tiếp DMO là chế độ hoạt động dự phòng, do đó hầu hết các tính năng trong mạng TETRA sẽ không hỗ trợ người dùng Vì vậy về cơ bản người dùng thiết bị đầu cuối TETRA nên sử dụng chế

độ trung kế TMO khi có thể Các chế độ hoạt động trên đảm bảo cho phép người dùng mạng TETRA có thể liên lạc thông suốt trong mọi tình huống và có thể sử dụng nhiều tính năng tuyệt vời của hệ thống này Phần tiếp theo sẽ liệt kê các ưu điểm của hệ thống mạng TETRA

2.5 Các ưu điểm của hệ thống mạng TETRA

Hệ thống mạng TETRA cho phép các thiết bị đầu cuối cầm tay, di động và

dữ liệu có thể liên lạc với nhau Các thiết bị đầu cuối này đồng thời cũng có thể trao

Định dạng
Số trang	100
Dung lượng	2,45 MB

Bảo mật thông tin trong hệ thống bộ đàm trung kế kỹ thuật số TETRA

Các phương pháp mã hóa

Khóa mã nhóm GCK (Group Cipher Key)