3.3.6.3 .UCP/EMI
4.2. Hệ thống 911 nâng cao
Khi một cuộc xuất phát từ điện thoại của bạn, tiếng nói của bạn khơng chỉ là thứ duy nhất được truyền tải trên mạng. Thiết bị chuyển mạch của công ty điện thoại đang phục vụ cho số điện thoại của bạn sẽ gửi một tín hiệu Nhận dạng số tự động (ANI: Automatic Number Identification) vào mạng.
Đầu tiên, báo hiệu ANI được thiết kế để hỗ trợ công ty điện thoại trong việc truy nhập tính cước hỗ trợ cho các cuộc gọi đường dài. Với
một số ưu điểm trong cơng nghệ, nó đã được sử dụng để chuyển tiếp thông tin cần thiết tới PSAP.
Nó hoạt động như thế nào? Trong mỗi cuộc gọi, thơng tin chứa 8 bit được gắn vào tín hiệu. 8 bit này chứa 7 bit là số điện thoại nội hạt của người gọi. Bit thứ 8 được gọi là một Chữ số trong Kế hoạch đánh số (NPD: Numbering Plan Digit). NPD về cơ bản là mã vùng của số điện thoại được chứa trong 7 bit đầu. Vì hầu hết các tổng đài quá giang 911 hiếm khi xử lý với hơn 2 hoặc 3 mã vùng, nên đây là một cách thức tiết kiệm để chuyển tiếp thông tin chỉ với 1 chữ số thay vì 3 chữ số.
Với các thiết bị đặc biệt, tổng đài quá giang có thể đọc thông tin ANI và chuyển số điện thoại gọi ngược tới tới một màn hình số tại PSAP tương ứng. Có thông tin ANI này, PSAP sử dụng các thiết bị đặc biệt cho phép nó có thể trả lời và nhận địa chỉ vật lý của người gọi hoặc ALI của người gọi.
Hình 4.2. Mơ hình hệ thống 911 nâng cao
Với sự nâng cao này, PSAP khơng cịn phụ thuộc vào việc thu thập thơng tin vị trí và cuộc gọi ngược từ phía người gọi. Thay vào đó, điều phối viên có thể tập trung vào giúp đỡ người đang trong cơn khủng hoảng, đồng thời chuyển thông tin cần thiết tới bộ phận tương ứng.
Đây là cách thức E911 hoạt động trong vòng hơn 20 năm khi xử lý một cuộc gọi từ điện thoại đi dây. Với sự ra đời của điện thoại không dây và nhu cầu của 911 không dây, các thách thức mới đã xuất hiện.
4.3. 911 không dây - Pha I
Trước khi phục vụ cho Ủy ban thông tin Liên bang (FCC: Federal Communications Commission), việc gọi 911 từ điện thoại không dây đã quay trở lại thời kì phụ thuộc hồn tồn vào người gọi để chuyển tiếp thơng tin chính xác. Điều này là một thách thức lớn vì hiện tại người gọi khơng chỉ sử dụng điện thoại cố định, họ có thể ở trên đường, ở trong rừng, hoặc các địa điểm hoàn tồn xa lạ. Việc lấy thơng tin về vị trí chính xác từ hệ thống gặp phải giới hạn vì lấy thơng tin đó từ người gọi là khơng tin cậy.
Pha đầu tiên gửi thông tin tới PSAP tương ứng cho số điện thoại gọi ngược và trạm phát sóng gốc được chuyển đến PSAP.
Vậy điều gì xảy ra? Khi một th bao khơng dây khởi tạo một cuộc gọi, trạm thu phát sóng gần nhất sẽ thu tín hiệu. Mạng dịch vụ khơng dây của nhà cung cấp dịch vụ có một trung tâm chuyển mạch hoạt động giống như hệ thống chuyển mạch trong các cuộc gọi từ điện thoại cố định. Nó sẽ đọc các chữ số và dựa vào đó để chuyển tiếp các cuộc gọi.
Nhà cung cấp dịch vụ không dây trước tiên phải lập trình các trạm thu phát sóng của họ cho việc gửi tức thì bất kì cuộc gọi 911 nào tới tổng đài trung chuyển 911.
Trước hết, phải có số giả ANI (PANI: Pseudo ANI). Số này xác định sector trong một cell hoặc chính cell đó. Điều này có thể thu hẹp vị trí của người gọi xuống cịn vài trăm mét (trong trường hợp tốt nhất) và thơng thường là vài kilomet vuông. Mặt khác, một số điện thoại gọi ngược (callback number) cho thuê bao di động sẽ được gửi cùng với tín hiệu. Từ tổng đài trung chuyển 911, PANI, số điện thoại gọi
các phần trong pha I, số điện thoại gọi ngược là một phần của bản tin ALI.
Hình 4.3. Mơ hình hệ thống 911 khơng dây pha I
Tuy nhiên, sự thay đổi về số lượng máy điện thoại dẫn tới một thách thức khác cho hệ thống. Ngày nay, với sự bùng nổ của số lượng điện thoại cho dịch vụ không dây, máy nhắn tin, fax và truy cập Internet, việc sử dụng mã vùng trở nên dư thừa. Hơn nữa, các điện thoại khơng dây ngày nay có thể roaming tới tất cả các quốc gia.
Hãy nhớ 8 chữ số sử dụng trong các cuộc gọi đi dây. Ở đó chỉ có 4 chữ số cho kế hoạch đánh số tương ứng với 4 mã vùng khác nhau. 4 chữ số là không đủ.
Khả năng sử dụng mã vùng tại thời điểm đó và một giao thức báo hiệu mới giữa tổng đài quá giang 911 và PSAP đòi hỏi cài đặt phần mềm mới tại trong các khối chuyển mạch trong tổng đài quá giang 911.
4.4. 911 không dây - Pha II
Pha II là giai đoạn đưa 911 không dây thành phương tiện phổ biến giúp PSAP có thể nhận thơng tin vị trí tương đối chính xác của thuê bao di động. Phụ thuộc vào cơng nghệ, độ chính xác đạt được là 50 đến 300 m2.
Trách nhiệm thu thập thông tin từ thuê bao phụ thuộc trước tiên vào nhà cung cấp dịch vụ. BellSouth có trách nhiệm lấy thơng tin tới cho PSAP.
4.4.1. Thu thập ALI
4.4.1.1. Các giải pháp mạng
Một cách để xác định vị trí của một thuê bao là sử dụng mạng hoặc các trạm BTS cố định trong mạng di động của nhà cung cấp dịch vụ.
Mỗi trạm BTS sẽ có các thiết bị để nhận tín hiệu vơ tuyến từ bất kì một máy điện thoại nào đang ở trạng thái bật nguồn. Tại một thời điểm xác định nào đó, hai hoặc nhiều các trạm BTS có thể so sánh tín hiệu từ chiếc điện thoại đó và xác định vị trí của nó dựa trên thông tin của nhau. Đây là cách thức cơ bản những người vận chuyển có thể sử dụng mạng của họ để thu thập thơng tin vị trí.
a. Sai khác thời gian tín hiệu (TDOA)
Mỗi trạm BTS trong hệ thống TDOA có thể đo được quãng thời gian cần thiết để nhận được một tín hiệu của một chiếc điện thoại. Sau đó, chúng có thể ước tính khoảng cách từ trạm BTS đó đến máy điện thoại đang xét. Bằng cách tham chiếu chéo thông tin từ các trạm BTS khác trong hệ thống, vị trí của một chiếc điện thoại trong hệ tọa độ phẳng được xác định dựa trên kinh độ và vĩ độ.
Hình 4.4. Pha II sử dụng TDOA b. Góc của tín hiệu đến (AOA)
Hệ thống AOA sử dụng các dãy anten tại trạm BTS để xác định góc mà tín hiệu tới trạm BTS đó từ điện thoại di động. Bằng cách so sánh các dữ liệu góc tới này giữa nhiều trạm BTS khác nhau, vị trí của chiếc điện thoại đó có thể được xác định nhờ việc lập lưới tam giác. Vị trí này cũng được thể hiện trong hệ tọa độ phẳng.
Hình 4.5. Pha II sử dụng AOA
Một vài hệ thống thực thế sử dụng sự kết hợp TDOA và AOA để lấy thơng tin vị trí chính xác hơn.
c. Sai khác thời gian quan sát được nâng cao (EOTD)
Phương pháp này hoạt động giống với TDOA, ngoại trừ việc việc đọc thơng tin được thực hiện ở phía đối diện. Thay vì việc một trạm đọc thơng tin sai khác thời gian, một chiếc điện thoại độc lập chứa các phần mềm đặc biệt có thể nhận các tín hiệu đồng bộ thời gian từ các trạm BTS. Sau đó nó chuyển thơng tin về vị trí của chính nó tới hệ thống.
Hình 4.6. Pha II sử dụng EOTD
4.4.1.2. Các giải pháp đặt trên đầu cuối
Một cách khác mà các nhà cung cấp dịch vụ khơng dây có thể đưa ra cơng nghệ định vị tốt hơn cho 911 là sử dụng điện thoại đặc biệt có thể nhận tín hiệu GPS. Cơng nghệ GPS sử dụng 24 vệ tinh Navstar, chúng có thể phát quảng bá thơng tin về vị trí cũng như thời
gian cho các trạm mặt đất. Cũng giống như phương phát lập lưới tam giác nói trên, các trạm mặt đất sử dụng thơng tin từ ít nhất 3 vệ tinh để xác định vị trí của thuê bao trên mặt đất. Trong trường hợp sử dụng điện thoại đặc biệt, thông tin được gửi trả lại thông qua mạng, và cuối cùng tới PSAP.
Thiết bị đầu cuối có thể xử lý thônng tin GPS bằng những phương pháp sau:
a. GPS thông thường
Những hệ thống này sử dụng các thiết bị đầu cuối nhận và xử lý tín hiệu GPS mà khơng có bất kì sự hỗ trợ nào từ bên ngồi.
Hình 4.7. Hệ thống PGS thông thường b. GPS kết hợp vô tuyến (WAG)
Đây là phương pháp A-GPS đã nói ở phần trước. Các hệ thống WAG sử dụng các thiết bị đầu cuối đặc biệt có thể nhận tín hiệu GPS và gửi các thơng tin này tới một máy tính. Máy tính này sẽ thay thế thiết bị đầu cuối trong việc tính tốn các thơng tin vị trí phức tạp. Với thế mạnh này, hệ thống có thể sử dụng các kĩ thuật chống đa đường và xử lý tín hiệu để định vị trong điều kiện trong nhà, ttrong thành phố… mà GPS thông thường khơng thể thực hiện chính xác được.
Hình 4.8. Pha II sử dụng WAG
4.4.2. Gửi thông tin định vị tới PSAP
Như bạn có thể tưởng tượng, thơng tin mà PSAP nhận được trở nên phức tạp hơn nhiều so với thông tin ANI và ALI nguyên thủy như trong các cuộc gọi đi dây 911. Các hệ thống truyền tải thông tin cần phải được mở rộng và sắp xếp để giúp truyền thông tin một cách liên tục.
4.5. Kết luận
Hệ thống 911 của Mĩ là một hệ thống hiện đại, cho phép người quản trị có thể dễ dàng xác định được vị trí của thuê bao di động một cách chính xác để thực hiện các hoạt động phản ứng nhanh. Hệ
thống 911 hiện đại là sự tích hợp giữa cơng nghệ định vị sử dụng Cell ID và GPS, cho độ chính xác cao nhất trong các phương pháp định vị.
KẾT LUẬN
Dịch vụ định vị đã và đang trở thành một dịch vụ phổ biến trên thế giới vì rất nhiều tiện ích mà nó tạo ra. Chỉ với một chiếc điện thoại di động nhỏ gọn, người sử dụng có thể xác định được các địa điểm mà họ đang quan tâm. Vì vậy, việc tìm hiểu hệ thống thông tin di động, các thành phần trong hệ thống cũng như cách thức các thành phần đó liên kết với nhau là hết sức quan trọng.
Tuy nhiên, dịch vụ định vị di động có trở nên thực sự phổ cập hay không lại phụ thuộc chủ yếu vào độ chính xác, thời gian đáp ứng, độ phức tạp triển khai cũng như giá thành của nó. Do đó, nghiên cứu các phương pháp định vị, các phương pháp nâng cao độ chính xác nhằm mục đích đưa ra giải pháp tối ưu cho chiến lược kinh doanh cũng như mục đích của từng nhà khai thác.
Tại Việt Nam, dịch vụ định vị di động chưa thực sự phát triển, nhưng với xu hướng phát triển của khoa học kĩ thuật, cơng nghệ thì dịch vụ này sẽ trở nên phổ biến trong tương lai không xa. Hệ thống định vị di dộng dành cho công tác an ninh của Mĩ là một hệ thống điển hình và nổi tiếng trên thế giới, với độ chính xác cao, thời gian đáp ứng nhanh chóng. Do vậy, việc tìm hiểu về hệ thống này cũng là việc hết sức quan trọng.
Với thời lượng và kiến thức còn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp của em chắc chắn sẽ không tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ và bạn bè để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thàn cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Quý Sỹ đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình học tập, tìm hiểu và nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ, gia đình và các bạn đã động viên giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2008 Sinh viên
Trần Huy Hồng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thơng tin di động”, Học viện cơng nghệ Bưu chính - Viễn thông, 07/2007.
2. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động GSM”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 1997.
3. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động 3G”, Học viện công nghệ Bưu chính - Viễn thơng, 2002.
4. Axel Kupper, Ludwig Maximilian University Munich, Germany; Location-based Services Fundamentals and Operations; John Wiley & Sons Ltd, England; 2005 5. Jochen Schiller &Agnes Voisard; Location-Based Services; Morgan Kaufmann
Publ: Publishers, San Francisco; 20043GPP TS 22.071. Location Services- Services Description-Stage 1 (Release 8)
6. Krzysztif W.Kolodziej & Johan Hjelm; Location Positioning Systems – LBS Applications and Services; CRC press; 2006
7. 3GPP TS 23.271 V4.13.0, Location Services (Release 4); 12-2004 8. 3GPP TS 23.271 V5.13.0, Location Services (Release 5); 12-2004
9. 3GPP TS 25.111. Location Measurement Unit (LMU) performance specification - User Equipment (UE) positioning in UTRAN (Release 7)
10. 3GPP TS 23.002. Network Architecture (Release 8) 11. SMS (Short Message Service) technical overview
12. Short Message Peer to Peer (SMPP) Interface Specification, version 3.3, SMS forum