đặt vấn đề, đánh giá tình hình nghiên cứu của đề tài, mục tiêu đề tài, nhiệm vụ và giới hạn của đề tài, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu cũng nhƣ những đóng góp chính của đề tài. 4 Chƣơng 2: Trình bày cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài nhƣ: khái niệm mạng di động tùy biến xe cộ, khái niệm mạng vô tuyến nhận thức, mạng vô tuyến hợp tác, các khái niệm liên quan đến môi trƣờng truyền (fading), kỹ thuật chuyển tiếp AF và DF. Chƣơng 3: Phân tích hiệu năng của mạng liên lạc hợp tác giữa các xe với lựa chọn chuyển tiếp tối ƣu. Chƣơng này sẽ giới thiệu mô hình đƣợc nghiên cứu, sơ đồ giải thuật dùng để phân tích hiệu năng mạng.
Chƣơng 4: Trình bày kết quả mô phỏng hiệu năng. Phân tích và đánh giá kết quả đạt đƣợc. Chƣơng 5: Trình bày kết quả và hƣớng phát triển đề tài. 5 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
MẠNG DI ĐỘNG TÙY BIẾN XE CỘ 2. Khái niệm mạng di động tùy biến xe cộ (VANETs) VANETs là một trong những l nh vực nghiên cứu mới và hấp dẫn của mạng di động ad hoc. Giao diện của VANETs có vài khía cạnh là của mạng ad hoc, của công nghệ vô tuyến và di động để tạo thành các hệ thống giao thông thông minh bằng cách liên lạc giữa xe với xe và giữa các xe với các trạm bên đƣờng[1]. Mục tiêu chính của VANETs là giúp đỡ các phƣơng tiện thiết lập và duy trì một mạng lƣới truyền thông không sử dụng bất kỳ trạm trung tâm hoặc bộ điều khiển nào.
Một trong những ứng dụng chính của VANETs là để truyền thông tin trong các tình huống khẩn cấp y tế quan trọng, các thông tin về mật độ giao thông, tình trạng kẹt xe để giúp ngƣời lái xe lựa chọn đƣờng đi thích hợp. Tuy nhiên, khi nghiên cứu về VANETs xuất hiện những thách thức và những vấn đề mới đặc biệt là việc thiếu cơ sở hạ tầng trong VANETs nên trách nhiệm truyền thông phụ thuộc vào việc truyền thông của các xe. Mỗi chiếc xe trở thành một phần của mạng lƣới và cũng quản lý và kiểm soát việc truyền thông trên mạng này cùng với các yêu cầu về giao tiếp của riêng mình.1 cho thấy một mô hình VANETs điển hình [1]. Kiến trúc và mô hình của VANET Mặc dù VANETs là một phần của MANETs, tuy nhiên không có kiến trúc hoặc kiểu topology cố định cho VANETs.
VANET bao gồm các xe chuyển động giao tiếp với nhau hoặc giao tiếp với các RSU gần đó, chính vì thế, các nút trong VANETs không cố định nhƣ MANETs. Kiến trúc mạng là yếu tố rất quan trọng để đánh giá hiệu năng truyền thông của xe. Tùy thuộc vào kịch bản truyền thông mà kiến trúc mạng có thể khác nhau. Phần lớn các nhà nghiên cứu chia kịch bản VANET theo ba dạng [1]: 6 - Một là, tất cả các phƣơng tiện giao tiếp với nhau thông qua một số RSU.
Khi đó, kiến trúc mạng có thể giống với mạng cục bộ không dây (WLAN). - Hai là, các phƣơng tiện giao tiếp trực tiếp với nhau và không cần bất kỳ RSU nào. Trƣờng hợp này, kiến trúc mạng có thể đƣợc phân loại là kiến trúc mạng Ad-hoc. - Ba là, một số xe có thể liên lạc trực tiếp với nhau, trong khi những xe khác có thể cần một số RSU để liên lạc.
Khi đó mạng đƣợc gọi là mạng lai Hình 2.1 – Mô hình mạng VANETs Mỗi kịch bản có những thách thức riêng, tuy nhiên để đảm bảo hiệu năng của mạng thì ngữ cảnh cuối cùng đƣợc chọn sẽ bao gồm nhu cầu liên lạc cho toàn bộ môi trƣờng xe cộ. Một trong những thuộc tính quan trọng nhất của mạng tùy biến di động không dây là tính di động của các nút. Tính di động của các phƣơng tiện càng cao làm cho mô hình viễn thông càng phức tạp. Không những thế, mô hình di động cho môi trƣờng VANET còn phụ thuộc vào sự di động của các xe nhƣ sự tăng tốc, giảm tốc, thay đổi làn đƣờng và cách thức lái xe của ngƣời điều khiển.
Do đó, mô hình di 7 động của VANET phải bao gồm hành vi di chuyển các phƣơng tiện riêng lẻ và trong nhóm để truyền tải gói tin không hiệu quả [1]. Các mô hình di động trong VANET có thể đƣợc phân loại thành ba loại: i) Lập mô hình ngẫu nhiên hoặc ngẫu nhiên, ii) Mô hình hoá lƣu lƣợng truy cập hoặc lƣu lƣợng truy cập, iii) Mô phỏng dựa trên dấu vết. Mặt khác, mô hình di động cũng có thể dựa trên mức độ ngẫu nhiên trong mô hình mà bạn muốn. Mô hình mạng cụ thể hơn cho các mạng ad-hoc có thể đƣợc thực hiện bằng các công cụ toán học và thống kê thích hợp [1].
Trong cách tiếp cận này, một mạng vô tuyến đặc biệt – mạng vô tuyến nhận thức - có thể đƣợc nghiên cứu nhƣ là một giải pháp khi nghiên cứu về mô hình truyền thông xe cộ. MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 2. Lý do ra đời của mạng vô tuyến nhận thức Các mạng thông tin vô tuyến hiện tại đang ứng dụng nhiều công nghệ hiện đại để tối ƣu chất lƣợng dịch vụ cũng nhƣ khai thác một cách hiệu quả băng tần đƣợc cấp phép [15]. Tuy nhiên, phổ tần của các mạng vô tuyến hiện nay vẫn chƣa đƣợc khai thác một cách triệt để, vẫn còn những hố phổ.2 là ví dụ minh họa.2 - Minh họa hố phổ Công nghệ vô tuyến nhận thức đƣợc thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần, các ngƣời dùng phụ có khả năng sử dụng phổ chia sẻ mà không gây 8 nhiễu tới các ngƣời dùng chính đƣợc cấp phép.
Vô tuyến nhận thức cho phép sử dụng những vùng phổ trống theo từng thời điểm, phổ này ám chỉ hố phổ hay khoảng trắng (Hình 2. Nếu băng tần này đƣợc ngƣời dùng chính (ngƣời dùng cấp phép) sử dụng tiếp thì các ngƣời dùng vô tuyến nhận thức phải chuyển đến hố phổ khác hoặc nếu vẫn ở trong cùng một băng tần thì phải thay đổi mức công suất phát hoặc sơ đồ điều chế để tránh gây nhiễu đến ngƣời dùng chính. Khái niệm vô tuyến nhận thức Theo giáo sƣ Simon Haykin [16] – cha đẻ của vô tuyến nhận thức đã khái quát về vô tuyến nhận thức nhƣ sau: “Cognitive radio is an intelligent wireless communication system that aware of its surrounding enviroment and use the methodology of understanding by building to learn from the environment and adapt its internal states to statistical variations in the incoming radio frequence (RF) stimuli by making corresponding changes in certain operating parameters (eg: transmit power, carrier frequency, modulation strategy) in real time, with two primary objectives in mind: highly reliable communications whenever and wherever needed, and efficient utilization of the radio spectrum. Tức là, “Vô tuyến nhận thức là một hệ thống truyền thông không dây thông minh có khả năng nhận biết đƣợc môi trƣờng xung quanh và từ môi trƣờng nó sẽ thích nghi với sự thay đổi của môi trƣờng bằng cách thay đổi các thông số tƣơng ứng (công suất truyền, tần số sóng mang, phƣơng pháp điều chế) trong thời gian thực với hai vấn đề chính: truyền thông với độ tin cậy cao bất cứ khi nào và bất cứ nơi đâu và sử dụng hiệu quả phổ vô tuyến.
Chức năng của mạng vô tuyến nhận thức Vô tuyến nhận thức có 4 chức năng chính [15] Một là, cảm biến phổ (Spectrum sensing): Cảm nhận phổ tần đƣợc xác định nếu ngƣời sử dụng chính có mặt trong dải tần. Vô tuyến nhận thức có thể chia sẻ kết quả phát hiện của nó với các mạng vô tuyến khác sau khi cảm nhận. Mục tiêu của cảm nhận phổ là xác định tình trạng phổ tần và hoạt động của ngƣời dùng chính 9 bằng cách phát hiện chu kỳ của băng tần gốc để việc truyền tín hiệu không ảnh hƣởng đến băng tần gốc. Hai là, quản lý phổ (Spectrum Managenment): Trong mạng vô tuyến nhận thức, các phổ tần chƣa sử dụng sẽ đƣợc trải ra trên một vùng tần số rộng bao gồm cả phổ tần cấp phép và không cấp phép.
Các phổ tần chƣa sử dụng này đƣợc phát hiện thông qua cảm biến phổ cho thấy các đặc điểm khác nhau không chỉ thay đổi theo thời gian mà còn theo các thông tin phổ tần nhƣ tần số và băng thông hoạt động. Do mạng vô tuyến nhận thức phải quyết định đƣợc phổ tần tốt nhất để đáp ứng các yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ trên toàn bộ băng tần có sẵn, nên chức năng quản lý phổ rất quan trong trong mạng vô tuyến. Quản lý phổ bao gồm có hai nhiệm vụ chính là phân tích phổ và quyết định phổ. Phân tích phổ: Trong mạng vô tuyến nhận thức các hố phổ có sẵn biểu thị các đặc tính khác nhau của phổ biến đổi theo thời gian.
Phân tích phổ cho phép phân loại các phổ tần khác nhau, từ đó có thể lựa chọn đƣợc băng tần phù hợp với yêu cầu của ngƣời dùng. Để thấy đƣợc chất lƣợng của các phổ tần cụ thể cần phải phân tích các thông số nhƣ mức nhiễu, tỷ lệ lỗi kênh, suy hao đƣờng truyền, lỗi liên kết vô tuyến, trễ lớp liên kết và thời gian nắm giữ. Quyết định phổ: Khi tất cả các phổ tần đã đƣợc tìm ra, cần phải lựa chọn đƣợc phổ tần phù hợp nhất với các yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ (QoS) và các đặc tính của phổ. Do vậy, quản lý phổ cần phải biết đƣợc các yêu cầu về QoS của ngƣời dùng.
Dựa trên đó mà tốc độ dữ liệu, tỷ lệ lỗi chấp nhận đƣợc, mô hình truyền dẫn và phổ tần truyền sẽ đƣợc xác định. Sau đó dựa vào các quy tắc quyết định mà sẽ chọn lựa các phổ tần phù hợp. Các quy tắc chọn lựa dựa trên tính công bằng và giá trị truyền thông. Ba là, sử dụng phổ linh hoạt (Spectrum mobility): Tính linh hoạt của phổ là chức năng liên quan đến sự biến thiên của dải tần số hoạt động của ngƣời dùng phụ.
Khi ngƣời dùng chính bắt đầu truy cập băng tần hiện đang đƣợc sử dụng bởi ngƣời dùng phụ, ngƣời dùng phụ này có thể thay đổi khoảng trắng phổ tần nhàn rỗi thành 10 dải phổ hoạt động. Sự thay đổi trong dải tần số hoạt động này đƣợc gọi là chuyển giao phổ tần. Các tham số giao thức ở các lớp khác nhau phải đƣợc điều chỉnh để phù hợp với dải tần số hoạt động mới trong thời gian chuyển giao phổ tần. Tuy nhiên, việc trao đổi phổ tần vẫn phải đảm bảo rằng ngƣời dùng phụ có thể tiếp tục truyền dữ liệu trong băng tần mới.
Bốn là, chia sẻ phổ (Spectrum Sharing): Trong một mạng vô tuyến có rất nhiều CR cùng hoạt động.