Nghiên cứu và xây dựng giải pháp định vị thuê bao trong hệ thống di động GSM

Nghiên cứu và xây dựng giải pháp định vị thuê bao trong hệ thống di động GSM Nghiên cứu và xây dựng giải pháp định vị thuê bao trong hệ thống di động GSM Nghiên cứu và xây dựng giải pháp định vị thuê bao trong hệ thống di động GSM Nghiên cứu và xây dựng giải pháp định vị thuê bao trong hệ thống di động GSM

GVHD: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh HVTH : Phạm Tấn Trƣờng Sơn TÓM TẮT Dịch vụ định vị điện thoại di động chiếm vị trí quan trọng loại hình dịch vụ gia tăng Nhà khai thác mạng sử dụng dịch vụ định vị di động để triển khai nhiều ứng dụng khác nhƣ cứu hộ, cứu nạn, theo dõi đối tƣợng, giám sát giao thông dịch vụ truy vấn dựa vị trí thuê bao Việc xác định vị trí thuê bao di động thực theo toạ độ Trạm thu phát sóng BTS Dù hình thức hệ thống quản lý muốn xác định vị trí th bao di động phải thơng qua hệ thống hạ tầng viễn thông mạng thông tin di động.Ứng với toạ độ thu đƣợc từ thuê bao di động Hệ thống phần mềm quản lý cho biết vị trí địa lý hành tƣơng ứng đồ số Với hệ thống BTS, trình nhận thực SIM mạng GSM đƣợc thực qua phận: phận máy di động MS; trung tâm chuyển mạch MSC đăng ký định vị tạm trú VLR; định vị thƣờng trú HLR (Máy tính quản lý hàng trăm ngàn thuê bao) trung tâm nhận thực AuC Bất kể thuê bao MS đâu, HLR lƣu giữ thông tin thuê bao liên quan việc cung cấp dịch vụ viễn thông vị trí MS Trang v GVHD: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh HVTH : Phạm Tấn Trƣờng Sơn SUMMARY Mobile phone positioning services have now played a very important role in various types of value added services Network operators can use mobile positioning services to deploy a variety of different applications such as rescue, tracking, traffic monitoring, subscriber’s location-based query services The location of mobile subscribers is determined by the BTS transmitters Whatever the form, if the management system wants to locate the mobile subscriber, it must go through the telecommunication infrastructure of the mobile network In response to the coordinates obtained from the mobile subscriber, the management software system will show the corresponding administrative geographical location on the digital map With the BTS system, SIM authentication in the GSM network is made through three components: the MS mobile; MSC Switching Center and VLR Location Registration Kit; The HLR resident locator (Computers can manage hundreds thousands of subscribers) and the AuC authentication center Wherever an MS is located, HLR stores all subscriber information related to the provision of telecommunication services and the current MS location Trang vi GVHD: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh HVTH : Phạm Tấn Trƣờng Sơn MỤC LỤC Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN… iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT .v MỤC LỤC vvi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xv DANH SÁCH CÁC BẢNG ……………………………………………………xvii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Tính cấp thiết 1.3 Mục đích, nhiệm vụ luận văn 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5 Đóng góp luận văn 1.6 Kế hoạch thực luận văn Chƣơng CẤU TRÚC VÀ ĐO LƢỜNG CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG GSM 2.1 Giới thiệu hệ thống thông tin di động 2.1.1.Lịch sử phát triển hệ thống di động 2.1.2.Mơ hình tổng qt mạng điện thoại di động 2.2 Tổng đài GSM 2.2.1.Sơ đồ khối hệ thống tổng đài GSM 2.3.Chức phần tử mạng GSM 11 Trang vii GVHD: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh HVTH : Phạm Tấn Trƣờng Sơn 2.3.1Phân hệ chuyển mạch SS 11 2.3.2.Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC 11 2.3.3.Bộ ghi định vị thƣờng trú HLR 12 2.3.4.Trung tâm nhận thực AuC 13 2.3.5.Bộ ghi định vị tạm trú VLR 14 2.3.6.Bộ ghi nhận dạng thiết bị ERI 14 2.3.7.Trung tâm chuyển mạch dịch vụ cổng GMSC 15 2.4 Phân hệ trạm gốc BSS 15 2.4.1 Trạm thu phát gốc BTS 15 2.4.2 Bộ điều khiển trạm gốc BSC 15 2.5 Phân hệ khai thác hỗ trợ OSS 16 2.5.1.Khai thác bảo dƣỡng 17 2.5.2.Quản lý thuê bao 17 2.5.3.Trung tâm quản lý mạng NMC 17 2.5.4.Trung tâm quản lý khai thác OMC 18 2.6 Trạm di động MS 18 2.7 Sự đo lƣờng mạng toàn cầu GSM 19 2.8 Truyền dẫn sóng vơ tuyến 20 2.8.1.Giao diện vô tuyến 20 2.8.2.Chuyển giao 22 Chƣơng CÁC PHƢƠNG PHÁP KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ THUÊ BAO TRONG MẠNG THÔNG TIN GSM 25 3.1 Giới thiệu 25 3.2 Cell 25 Trang viii GVHD: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh HVTH : Phạm Tấn Trƣờng Sơn 3.2.1.Kích thƣớc Cell 25 3.2.2 Phƣơng thức phủ sóng 26 3.2.3.Chia cell 27 3.3 Kỹ thuật định vị cell-ID 31 3.4 Kỹ thuật cell-ID kết hợp với TA 33 3.5 Chuyển giao/ cập nhật vùng định vị 34 3.6 Kỹ thuật định vị thời gian đến TOA 34 3.7 Kỹ thuật định vị sai lệch thời gian đến 35 3.8 Kỹ thuật định vị ETOA 36 3.9 Kỹ thuật định vị theo AOA 39 3.10 Kỹ thuật định vị theo cƣờng độ tín hiệu 40 Chƣơng 4: PHÉP ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT ĐỊNH VỊ 41 4.1.Phƣơng pháp định vị dựa cƣờng độ tín hiệu 41 4.2 Phát biểu toán 41 4.3.Khảo sát toán 41 4.4.Các yêu cầu cần xử lý 45 4.4.1 Bài tốn 1: Giải pháp tính tốn khoảng cách định vị trƣờng hợp trạm BTS 45 4.4.2.Bài tốn 2: Giải pháp tính toán khoảng cách định vị di động trƣờng hợp ba trạm BTS 51 4.4.2.1.Bài toán định vị MS vùng đô thị 51 4.4.2.2 Bài toán định vị MS vùng nông thôn 56 Chƣơng 5: KẾT LUẬN 62 Trang ix GVHD: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh HVTH : Phạm Tấn Trƣờng Sơn 5.1 Kết luận 62 5.2.Hƣớng phát triển 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 Phụ lục bổ sung phần mã chƣơng trình - Mô phỏng.…………………………… 67 Trang x GVHD: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh HVTH : Phạm Tấn Trƣờng Sơn CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tên đầy đủ - Mô tả AuC Authentication Center - Trung tâm nhận thực BSC Base Station Controler - Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem - Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station - Trạm vô tuyến gốc EIR Equipment Identification Register - Bộ nhận dạng thiết bị FDMA GGSN MSC GPRS GSM HLR IMEI Frequency Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo tần số Gateway GPRS Support Node - Gateway GPRS mạng Gateway Mobile Switching Center - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng General Packet Radio Service - Dịch vụ vơ tuyến gói chung Global System for Mobile Communication - Hệ thống thông tin di động toàn cầu Home Location Register - Bộ ghi định vị thƣờng trú International Mobile Equipment Identity - Nhận dạng thiết bị di động Quốc tế Trang xi GVHD: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh ISDN HVTH : Phạm Tấn Trƣờng Sơn Integrated Service Digital Network - Mạng số tổ hợp dịch vụ giao diện theo tiêu chuẩn chung LBS Location Based Services - Dịch vụ dựa vị trí LMU Location Measurement Units - Thiết bị tính tốn vị trí MMS MOSM MS MSC Multimedia Messaging Service - Dịch vụ tin nhắn đa phƣơng tiện Mobile Originated Short Message - Chuyển thông điệp từ trạm di động đến tổng đài tin nhắn SMSC Mobile Station - Trạm di động Mobile service Switching Center - Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MTSM (Mobile Terminated Short Message - Chuyển thông MTSM điệp từ tổng đài tin nhắn SMSC đến trạm di động hay số thiết bị khác NMC Network Management Center - Trung tâm quản lí mạng NSS Network switching SubSystem - Phân hệ chuyển mạch OMC OMS PCU Operation &Maintenance Center - Trung tâm quản lí bảo dƣỡng Operation and Maintenance SubSystem - Phân hệ vận hành bảo dƣỡng Packet Control Unit - khối điều khiển gói Trang xii GVHD: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh PIN PLMN PSTN RSS SGSN SIM SMPP SMS SMSC SS7 TDMA AOA API BS HVTH : Phạm Tấn Trƣờng Sơn Personal Identity Number - Số nhận dạng cá nhân Public Land Mobile Network - Mạng điện thoại mặt đất công cộng Public Switched Telephone Network - Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Radio SubSystem - Phân hệ vô tuyến Serving GPRS Support Node - phần tử mạng lõi GPRS nhằm nối kết mạng truy nhập gateway GSN Subscriber Identity Module - Modul nhận dạng thuê bao Short Message Peer-to-peer Protocol - Giao thức gửi tin nhắn ngắn mạng ngang hàng Short Message Services - Dịch vụ tin nhắn ngắn Short Message Services Center - Trung tâm dịch vụ tin nhắn ngắn Signaling System - Hệ thống báo hiệu số Time Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo thời gian Angle of arrival- Góc đến Application programming interface- Giao diện ứng dụng Base station- Trạm gốc Trang xiii GVHD: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh E- OTD LA HVTH : Phạm Tấn Trƣờng Sơn Enhced observed time Difference – Quan sát độ sai lệch thời gian Location Area - vị trí vùng VLR Visitor Location Register - Bộ ghi định vị tạm trú LAC Loaction Area code –Mã vùng vị trí OTD Oberved Time Different- Thời gian sai khác SAT SIM Application Toolkit- Bộ ứng dụng SIM ME Mobile Equipment- Thiết bị di động TA Timing Advance -thời gian tới TOA Time Difference of Arrival - Hệ số thời gian đến TOA Time Of Arrival- Thời gian đến COO Cell of Origin - Tế bào nguồn gốc LAI Location Area Indentification - Sự nhận dạng ví trí vùng RTD Real Time Difference - Hệ số thời gian thực CI CGI IMSI Cell Identity - Nhận dạng tế bào Cell Global Indentification - Nhận dạng tế bào toàn cầu International Mobile Subscriber indentity – Nhận dạng thuê bao di động quốc tế Trang xiv GVHD: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh HVTH : Phạm Tấn Trƣờng Sơn Hata - function returns signal attenuation value based on Hata Model test_distance_hata(power_signal,receiver_signal,hBSef, hMS, f, area) power_signal: cong suat may phat 20W = 43.01 dBm; receiver_signal: cong suat may thu (may TEM) === = -79 dBm; ngoai o = -74 dBm; height_base: chieu cao tram an ten: 30m height_anten: 2m