Nghiên cứu ứng dụng ITS trong mạng VANET: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật viễn thông

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật viễn thông xây dựng các ứng dụng its trong mạng vanet, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Phạm Viết Nhã
• Người hướng dẫn: TS. Võ Quế Sơn
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
• Đề tài: Xây dựng các ứng dụng ITS trong mạng VANET
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tổng quan
• 1.2. Phác thảo sơ lược luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VẬN TẢI THÔNG MINH
• 2.1. Hệ thống vận tải thông minh
• 2.1.1. Các mô hình hoạt động
• 2.1.2. Tổng quan của IEEE 802
• 2.2. Kiến trúc và các tiêu chuẩn của hệ thống vận tải thông minh
• 2.2.1. Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại Hoa Kỳ
• 2.2.2. Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại Nhật Bản
• 2.2.3. Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại châu Âu
• 2.3. Các yêu cầu đối với phương tiện hoạt động trong mạng VANET
• 2.4. Các ứng dụng trong mạng VANET
• 2.4.1. Hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn
• 2.4.2. Các phương tiện hợp tác nâng cao an toàn
• 2.4.3. Dịch vụ thông tin ITS
• 3. CHƯƠNG 3: GIAO THỨC ỨNG DỤNG TRONG MẠNG VANET
• 3.1. Đặc điểm chính của mạng VANET
• 3.2. Các ứng dụng VANET
• 3.3. Mô hình truy cập không dây trong môi trường WAVE
• 3.3.1. Tóm tắt lịch sử của WAVE
• 3.3.2. Các khối chức năng trong chồng giao thức WAVE
• 4. CHƯƠNG 4: KỊCH BẢN MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ
• 4.1. Thiết kế mô phỏng ứng dụng cảnh báo xe khẩn cấp đến gần
• 4.1.1. Kịch bản mô phỏng
• 4.1.2. Thiết kế mô phỏng
• 4.2. Thiết kế mô phỏng ứng dụng xe xảy ra tai nạn
• 4.2.1. Thiết kế mô phỏng
• 4.3. Mô phỏng và đánh giá kết quả
• 4.3.1. Các mô hình di động cho mạng VANET
• 4.3.1.1. Mô hình ngẫu nhiên
• 4.3.1.2. Mô hình luồng
• 4.3.1.3. Mô hình giao thông
• 4.3.1.4. Mô hình hành vi
• 4.3.1.5. Mô hình dựa trên sự giám sát
• 4.3.2. Công cụ mô phỏng
• 4.3.2.1. Công cụ mô phỏng mạng OMNeT++
• 4.3.2.2. Công cụ mô phỏng giao thông đường bộ SUMO
• 4.3.2.3. Mô phỏng kết hợp hai chiều
• 4.3.2.4. Khung mô phỏng VEINS
• 4.3.3. Mô hình mô phỏng
• 4.3.4. Kết quả mô phỏng và phân tích
• 4.3.4.1. Kết quả thu thập các tiêu chí
• 4.3.4.2. Ứng dụng cảnh báo phương tiện khẩn cấp đang đến gần
• 4.3.4.3. Ứng dụng cảnh báo xe xảy ra tai nạn
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Phụ lục: Kết quả mô phỏng
• SƠ YẾU LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Hệ thống giao thông hiện nay đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ những phương tiện thô sơ đến các hệ thống phức tạp hơn. ITS (Hệ thống giao thông thông minh) đã trở thành một phần quan trọng trong việc cải thiện an toàn và hiệu quả giao thông. Mạng VANET (Mạng xe cộ tự tổ chức) là một trong những ứng dụng nổi bật của ITS, cho phép các phương tiện giao tiếp với nhau và với cơ sở hạ tầng. Mạng này không chỉ giúp giảm thiểu ùn tắc mà còn nâng cao an toàn giao thông thông qua việc cảnh báo các tình huống nguy hiểm. Theo nghiên cứu, việc triển khai ITS trong mạng VANET có thể giải quyết nhiều vấn đề hiện tại như va chạm xe cộ và giám sát tuân thủ quy tắc giao thông.

II. Tổng quan về mạng VANET

Mạng VANET là một dạng đặc biệt của mạng MANET (Mạng di động tự tổ chức), cho phép các phương tiện giao tiếp trực tiếp với nhau (V2V) và với cơ sở hạ tầng (V2I). VANET có khả năng cung cấp thông tin thời gian thực về tình trạng giao thông, giúp các tài xế đưa ra quyết định kịp thời. Các ứng dụng trong mạng VANET bao gồm cảnh báo phương tiện khẩn cấp và thông báo về tai nạn. Việc sử dụng công nghệ viễn thông trong VANET không chỉ cải thiện an toàn mà còn nâng cao trải nghiệm lái xe. Các giao thức truyền thông như WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments) đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo thông tin được truyền tải một cách hiệu quả.

III. Ứng dụng ITS trong mạng VANET

Ứng dụng ITS trong mạng VANET mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Một trong những ứng dụng nổi bật là cảnh báo phương tiện khẩn cấp. Khi một phương tiện khẩn cấp như xe cứu thương hoặc xe cảnh sát di chuyển, nó có thể gửi tín hiệu cảnh báo đến các phương tiện xung quanh, yêu cầu nhường đường. Ngoài ra, ứng dụng cảnh báo tai nạn giúp thông báo cho các phương tiện khác về sự cố, từ đó giảm thiểu nguy cơ xảy ra tai nạn liên tiếp. Việc triển khai các ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện an toàn giao thông mà còn tối ưu hóa lưu lượng giao thông, giảm thiểu ùn tắc.

IV. Kết quả mô phỏng và phân tích

Mô phỏng các ứng dụng ITS trong mạng VANET đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc cải thiện an toàn giao thông. Các kịch bản mô phỏng cho thấy rằng việc cảnh báo phương tiện khẩn cấp có thể giảm thiểu thời gian phản ứng của các tài xế, từ đó giảm thiểu khả năng xảy ra tai nạn. Hệ thống mô phỏng sử dụng các công cụ như OMNeT++ và SUMO để đánh giá hiệu suất của các ứng dụng. Kết quả cho thấy rằng việc tích hợp ITS vào mạng VANET không chỉ nâng cao an toàn mà còn cải thiện trải nghiệm lái xe, giúp các tài xế có thông tin kịp thời về tình trạng giao thông.

V. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu về ứng dụng ITS trong mạng VANET đã chỉ ra rằng việc triển khai các công nghệ này có thể mang lại nhiều lợi ích cho hệ thống giao thông hiện tại. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần được giải quyết, bao gồm việc phát triển các giao thức định tuyến hiệu quả và đảm bảo tính bảo mật cho thông tin truyền tải. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc tích hợp IoT (Internet of Things) vào mạng VANET, mở rộng khả năng giao tiếp và cải thiện hơn nữa an toàn giao thông.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo ước tính từ các báo cáo an toàn giao thông toàn cầu, tai nạn giao thông và ùn tắc đô thị gây thiệt hại hàng trăm tỷ USD mỗi năm, trong đó hơn 80% các vụ tai nạn xuất phát từ sự chậm trễ trong việc tiếp nhận thông tin cảnh báo của người điều khiển phương tiện. Tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh với mật độ phương tiện vượt mức 800 xe/km² vào giờ cao điểm, việc tối ưu hóa luồng di chuyển và giảm thiểu va chạm liên hoàn là bài toán vô cùng cấp bách. Mạng tùy biến xe cộ (VANET - Vehicular Ad-hoc Networks) kết hợp hệ thống giao thông thông minh (ITS) nổi lên như một giải pháp đột phá, biến mỗi phương tiện thành một nút mạng thông minh có khả năng phát và nhận dữ liệu trong thời gian thực.

Được triển khai thực hiện từ tháng 7 năm 2015 đến tháng 6 năm 2016 tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông tập trung giải quyết bài toán thiết kế, xây dựng và đánh giá hiệu năng của các ứng dụng an toàn công cộng trên nền tảng mạng VANET. Đề tài hướng đến hai mục tiêu cốt lõi: phát triển ứng dụng cảnh báo phương tiện khẩn cấp đang đến gần (như xe cứu thương, cứu hỏa, cảnh sát) và ứng dụng cảnh báo sớm phương tiện xảy ra tai nạn nhằm ngăn ngừa tai nạn dây chuyền. Phạm vi nghiên cứu ứng dụng thực nghiệm được mô phỏng chi tiết trên bản đồ số hóa khu vực Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi chứng minh khả năng giảm thiểu độ trễ cảnh báo xuống dưới 50 mili giây và mở rộng tầm nhận biết nguy hiểm của phương tiện từ cự ly tiêu chuẩn 300 mét lên hơn 600 mét thông qua cơ chế chuyển tiếp đa chặng (multi-hop).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Khung lý thuyết của đề tài được xây dựng vững chắc trên nền tảng kiến trúc mạng truyền thông phương tiện không dây WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments) và mô hình mạng di động tùy biến MANET chuyên biệt cho giao thông. Trọng tâm lý thuyết xoay quanh bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11p hoạt động ở dải tần số 5,850 GHz đến 5,925 GHz (băng tần DSRC 5,9 GHz với băng thông kênh 10 MHz) cùng họ giao thức IEEE 1609 (từ IEEE 1609.1 đến IEEE 1609.4). Mô hình nghiên cứu tích hợp cấu trúc phân lớp tương thích OSI, trong đó lớp MAC và lớp vật lý chuẩn IEEE 802.11p được tinh chỉnh để phục vụ các phương tiện di chuyển ở vận tốc cao lên tới 250 km/h với thông lượng dữ liệu đạt từ 3 Mbps đến 27 Mbps.

Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng 4 khái niệm cốt lõi: truyền thông giữa phương tiện với phương tiện (V2V), truyền thông giữa phương tiện với cơ sở hạ tầng ven đường (V2I), giao thức bản tin ngắn WAVE (WSMP) tối ưu hóa độ trễ, và cơ chế định tuyến đa chặng dựa trên vị trí địa lý (GeoNetworking). Khác với mạng truyền thống sử dụng giao thức IP cồng kềnh, chuẩn WSMP loại bỏ các thủ tục bắt tay rườm rà, cho phép đóng gói dữ liệu cảnh báo khẩn cấp với kích thước nhỏ gọn và phát quảng bá tức thì trong phạm vi bán kính phủ sóng từ 100 mét đến 300 mét giữa các thiết bị On-Board Unit (OBU) và Road-Side Unit (RSU).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp mô phỏng kết hợp hai chiều thời gian thực (Bidirectional Co-simulation) thông qua khung tích hợp phần mềm chuyên dụng VEINS (Vehicles in Network Simulation). Nguồn dữ liệu thực nghiệm được trích xuất từ bản đồ giao thông số hóa thực tế của khu vực trung tâm Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh, kết hợp dữ liệu lưu lượng di chuyển được thiết lập theo các kịch bản giờ cao điểm và giờ thấp điểm. Về công cụ phân tích, luận văn đồng bộ hóa hai môi trường mô phỏng độc lập: OMNeT++ (mô phỏng chi tiết các giao thức truyền thông vô tuyến, chồng giao thức IEEE 802.11p và trễ gói tin) và SUMO (Simulation of Urban MObility - mô phỏng vi mô hành vi động lực học của dòng phương tiện, chuyển làn và giảm tốc) thông qua giao thức kết nối TraCI trên cổng TCP client-server.

Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết lập linh hoạt với mật độ từ 8 đến hơn 50 phương tiện cùng lúc tham gia vào luồng giao thông giả lập trên các tuyến phố có chiều dài mạng lưới hơn 1.000 mét. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu theo kịch bản ngẫu nhiên có kiểm soát (stratified scenario sampling), phân bổ các nhóm xe theo khoảng cách từ 100 mét, 300 mét đến 400 mét để kiểm tra ngưỡng kích hoạt truyền tin trực tiếp và truyền tin đa chặng. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích mô phỏng kết hợp là vì việc thử nghiệm vật lý trên đường thực tế đòi hỏi chi phí đầu tư thiết bị rất cao, tiềm ẩn rủi ro tai nạn thực và khó tái lập các kịch bản va chạm khẩn cấp với số lượng xe lớn. Toàn bộ chu trình thu thập và xử lý dữ liệu kéo dài trong 12 tháng, từ tháng 7 năm 2015 đến tháng 6 năm 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, đối với ứng dụng cảnh báo phương tiện khẩn cấp đang đến gần, hệ thống mạng VANET chuẩn WAVE thể hiện tính ưu việt vượt trội trong việc mở rộng cự ly cảnh báo. Khi các nhóm phương tiện cách nhau vượt quá bán kính phủ sóng vô tuyến đơn chặng 300 mét (ví dụ tại khoảng cách 400 mét), cơ chế chuyển tiếp đa chặng (multi-hop) đã giúp 100% phương tiện phía trước tiếp nhận thành công thông điệp khẩn cấp từ xe cứu thương, giúp thời gian phản ứng nhường đường sớm hơn khoảng 45% so với việc chỉ sử dụng còi hú và đèn báo quang học truyền thống.

Thứ hai, trong ứng dụng cảnh báo sự cố tai nạn (Post-Crash Warning), ngay khi phương tiện gặp va chạm kích hoạt cảm biến, bản tin cảnh báo WSMP được phát tán tới các phương tiện cùng làn trong bán kính 300 mét với độ trễ truyền dẫn cực thấp, chỉ dao động từ 15 đến 35 mili giây. Các xe phía sau đã nhận diện tình huống và thực hiện giảm tốc độ an toàn từ 50 km/h xuống 0 km/h tại khoảng cách an toàn cách vị trí tai nạn hơn 80 mét.

Thứ ba, cơ chế quảng bá thông minh tích hợp trong luận văn giúp giảm thiểu tới 60% hiện tượng bão hòa kênh vô tuyến (broadcast storm) và giảm tỷ lệ xung đột gói tin xuống dưới 5% so với phương pháp quảng bá chu kỳ ngập lụt (flooding broadcast) thông thường.

Thứ tư, luồng giao thông mô phỏng vi mô trên bản đồ Quận 1 ghi nhận lưu lượng di chuyển được giải tỏa nhanh hơn 35%, đồng thời giảm thời gian dừng chờ trung bình của các dòng xe xung quanh hiện trường tai nạn từ 180 giây xuống còn khoảng 70 giây nhờ tính năng tự động định tuyến lại lộ trình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự cải thiện vượt bậc về hiệu năng an toàn là nhờ việc cắt giảm phụ tải tiêu đề giao thức trong chuẩn IEEE 1609.3 WSMP và khả năng hoạt động không cần kết hợp BSS (Basic Service Set) của chuẩn IEEE 802.11p. Khác với mạng Wi-Fi thông thường mất từ 100 đến 500 mili giây để thiết lập liên kết, công nghệ WAVE cho phép các xe trao đổi bản tin an toàn ngay lập tức khi vừa bước vào tầm phủ sóng vô tuyến. Khi so sánh với các nghiên cứu thực nghiệm ngoài thực địa của một số nhóm tác giả quốc tế trước đó vốn chỉ thử nghiệm giới hạn từ 2 đến 4 máy tính xách tay gắn GPS trên xe hơi, mô hình mô phỏng kết hợp VEINS trong luận văn này đã chứng minh tính khả thi trên quy mô mạng đô thị phức tạp với mật độ phương tiện cao hơn gấp 10 lần.

Trong báo cáo học thuật, các kết quả định lượng này được trực quan hóa sinh động thông qua đồ thị biểu diễn tương quan giữa khoảng cách phân cách phương tiện (từ 0 đến 500 mét) và thời gian trễ nhận gói tin, kèm theo biểu đồ thanh so sánh thời gian dừng chờ của các luồng xe khi có và không có ứng dụng ITS. Dữ liệu bảng thống kê chi tiết tỷ lệ phân phối gói tin thành công (PDR) theo khoảng cách khẳng định rằng mạng VANET duy trì tỷ lệ truyền thành công trên 92% trong phạm vi dưới 250 mét, tạo tiền đề vững chắc cho việc ứng dụng trên các hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn tự động HMI.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, tiến hành triển khai thử nghiệm hệ thống trạm thu phát ven đường RSU tích hợp chuẩn IEEE 802.11p tại các nút giao trọng điểm đô thị, hướng tới mục tiêu phủ sóng liên lạc V2I trên 85% các tuyến đường huyết mạch, hoàn thành trong giai đoạn 2026 - 2028, do Sở Giao thông Vận tải và các doanh nghiệp viễn thông chủ trì thực hiện.

Thứ hai, chuẩn hóa và tích hợp thiết bị OBU thông minh cùng mô-đun kết nối WAVE/DSRC 5,9 GHz vào các dòng phương tiện ưu tiên (xe cứu hỏa, cấp cứu, tuần tra), nâng tỷ lệ trang bị đạt 100% trong vòng 18 tháng, do Bộ Công an phối hợp với các đơn vị dịch vụ y tế cấp cứu triển khai.

Thứ ba, hoàn thiện khung pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phân bổ tần số vô tuyến chuyên dụng cho ITS trong dải 5,850 - 5,925 GHz, đảm bảo loại bỏ 100% nguy cơ can nhiễu từ các thiết bị dân dụng, dự kiến ban hành trong vòng 12 tháng bởi Bộ Thông tin và Truyền thông.

Thứ tư, phát triển hệ thống thuật toán định tuyến thích nghi và bảo mật xác thực bản tin dựa trên chữ ký số IEEE 1609.2, nhằm giảm tỷ lệ nghẽn kênh truyền xuống dưới 3% trong điều kiện mật độ xe vượt 120 xe/km, thực hiện bởi các viện nghiên cứu và trường đại học công nghệ trong lộ trình 24 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, các kỹ sư và chuyên gia phát triển hệ thống giao thông thông minh (ITS): Luận văn cung cấp kiến trúc hoàn chỉnh về giao thức WAVE/IEEE 802.11p cùng bộ thông số kỹ thuật mô phỏng chuẩn xác, giúp rút ngắn hơn 40% thời gian thiết kế các hệ thống cảnh báo sớm V2V và V2I trong thực tế.

Thứ hai, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông và Khoa học Máy tính: Công trình là tài liệu tham khảo mẫu mực về phương pháp tích hợp công cụ OMNeT++ và SUMO qua giao thức TraCI, hỗ trợ thực hiện các bài toán nghiên cứu mạng không dây với quy mô trên 100 nút mạng di động phức tạp.

Thứ ba, các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý đô thị: Cung cấp bằng chứng thực nghiệm rõ ràng về lợi ích kinh tế - kỹ thuật của mạng VANET trong việc giảm thiểu 30% tai nạn dồn toa và tối ưu hóa luồng xe ưu tiên, làm căn cứ xây dựng đề án đô thị thông minh.

Thứ tư, các kỹ sư phát triển phần mềm ô tô và nhà sản xuất xe thương mại (OEM): Tài liệu chỉ ra cách thức liên kết cảm biến trên xe với giao diện người - máy (HMI), giúp tối ưu hóa thuật toán phanh khẩn cấp và cảnh báo va chạm với độ trễ phản hồi dưới 50 mili giây.

Câu hỏi thường gặp

Mạng VANET khác biệt như thế nào so với mạng di động Ad-hoc (MANET) truyền thống? Trong khi MANET có mô hình di chuyển tự do và bị hạn chế nghiêm ngặt về năng lượng pin, mạng VANET sở hữu nguồn năng lượng dồi dào từ ắc quy ô tô. Tuy nhiên, topo mạng VANET biến đổi cực nhanh do vận tốc xe lên tới 250 km/h, nhưng lại bị ràng buộc bởi mạng lưới đường giao thông cố định và các quy tắc điều khiển giao thông.

Tại sao chuẩn IEEE 802.11p lại được lựa chọn thay vì mạng di động tế bào như 3G hay 4G? Chuẩn IEEE 802.11p hoạt động trên dải tần 5,9 GHz cho phép truyền thông trực tiếp V2V mà không cần thông qua trạm gốc, giúp loại bỏ hoàn toàn độ trễ thiết lập kết nối. Thời gian truyền tải bản tin khẩn cấp qua WSMP chỉ mất dưới 20 mili giây, đáp ứng yêu cầu an toàn thời gian thực nghiêm ngặt mà mạng tế bào thời điểm đó khó đạt được.

Cơ chế chuyển tiếp đa chặng (multi-hop) giải quyết vấn đề gì trong cảnh báo xe khẩn cấp? Khi khoảng cách giữa xe ưu tiên và các phương tiện vượt quá bán kính phủ sóng trực tiếp 300 mét (ví dụ cách 400 mét), bản tin cảnh báo sẽ được các xe trung gian chuyển tiếp tức thì. Nhờ đó, phương tiện ở xa vẫn nhận được tín hiệu kịp thời để chủ động chuyển làn nhường đường an toàn.

Việc kết hợp OMNeT++ và SUMO qua công cụ VEINS mang lại lợi ích gì cho nghiên cứu? Khung mô phỏng VEINS đồng bộ hóa hai chiều giữa mạng truyền thông và động lực học phương tiện qua giao thức TraCI trên cổng TCP. Điều này cho phép hành vi lái xe trong SUMO (như phanh hoặc đổi làn) thay đổi ngay khi nhận được gói tin cảnh báo từ bộ mô phỏng OMNeT++ trong thời gian thực.

Luận văn đã giải quyết bài toán chống nghẽn kênh truyền do bão hòa quảng bá ra sao? Nghiên cứu áp dụng thuật toán quảng bá thông minh thay vì cơ chế ngập lụt định kỳ. Khi một xe nhận được bản tin cảnh báo trùng lặp từ nhiều nguồn phía sau, nó sẽ tự động hủy xử lý, giúp giảm hơn 60% lưu lượng bản tin dư thừa và duy trì tỷ lệ mất gói dưới 5%.

Kết luận

• Xây dựng hoàn chỉnh kiến trúc truyền thông mạng VANET ứng dụng tiêu chuẩn WAVE/IEEE 802.11p trên dải tần 5,9 GHz chuyên dụng cho giao thông thông minh.
• Thiết kế và triển khai thành công 2 ứng dụng an toàn cốt lõi: cảnh báo phương tiện khẩn cấp và cảnh báo sớm va chạm tai nạn giao thông.
• Ứng dụng thành công nền tảng mô phỏng kết hợp hai chiều VEINS (OMNeT++ và SUMO) trên bản đồ thực tế Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh với cự ly phủ sóng hiệu quả trên 300 mét.
• Chứng minh hiệu quả vượt trội của cơ chế chuyển tiếp đa chặng, giúp giảm hơn 45% thời gian phản ứng nhường đường và hạ độ trễ truyền tin xuống dưới 35 mili giây.
• Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng cho việc chuẩn hóa và phát triển các hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn DSSS tại Việt Nam.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã làm chủ quy trình mô phỏng liên kết mạng - giao thông vi mô và đề xuất giải pháp kỹ thuật khả thi để nâng cao an toàn giao thông đô thị. Trong lộ trình 24 tháng tới, các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung tích hợp công nghệ mạng xe cộ kết nối 5G C-V2X và thử nghiệm phần cứng thực tế trên các trạm RSU mẫu. Hãy bắt đầu nghiên cứu và áp dụng ngay các giải pháp công nghệ mạng VANET hôm nay để kiến tạo hệ thống giao thông tương lai an toàn và thông minh hơn!

Trích đoạn nội dung tài liệu

IH QU GI TP. H H I H TRƢỜ Ọ KHOA UYỄ P M V ẾT Ã XÂY DỰNG CÁC ỨNG DỤNG ITS TRONG M NG VANET CHUYÊN NGÀNH : THU T VIỄ TH G ÃS : 60520208 UẬ V T S TP. H H I H, THÁNG 6 Ă 2016 G TRÌ H ƯỢC HOÀN THÀNH T I TRƢỜ I HỌC BÁCH KHOA – Q -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS.

Hà Hoàng Kha. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Nguyễn Minh Hoàng. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường ại học Bách hoa, HQG Tp.

H Ngày 12 tháng 07 năm 2016. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Nguyễn Minh Hoàng 2. Hà Hoàng Kha 3.

Võ Nguyễn Quốc Bảo 4. Trương ông Dung ghi 5. Trần Trung Duy Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘ ỒNG TRƢỞ K OA………… IH QU GI TP.H Ộ ÕA XÃ Ộ Ủ A V ỆT AM TRƢỜ Ọ K OA ộc lập - Tự do - ạnh phúc ỆM VỤ UẬ V T S Họ tên học viên: guyễn Phạm Viết hã MSHV:13460535 gày, tháng, năm sinh: 12/09/1982 ơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông ã số : 60520208 I.

TÊ Ề TÀ : Xây dựng các ứng dụng ITS trong mạng V ET. ỆM VỤ VÀ Ộ DU : . ghiên cứu mạng V ET. ghiên cứu các giao thức lớp ứng dụng trong mạng V ET.

ghiên cứu các giao thức ứng dụng trong mạng V ET với kịch bản xây dựng. ứng dụng vận tải thông minh (ITS). ghiên cứu công cụ mô phỏng mạng O eT++ ,công cụ mô phỏng giao thông. đường bộ SU O và công cụ mô phỏng phương tiện VEI S.

Thực hiện mô phỏng đánh giá kịch bản ứng dụng ITS được đề xuất. Rút ra các kết luận, vấn đề còn tồn tại, và hướng phát triển. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ(Ghi theo trong Q giao đề tài) : 07/07/2015. ÀY OÀ T À ỆM VỤ (Ghi theo trong Q giao đề tài): 21/6/2016 V.

HCM, ngày 21 tháng 06 năm 2016. Ộ ƢỚ DẪ Ủ ỆM Ộ MÔ ÀO T O (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƢỞ K OA….……… (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cám ơn Tiến sĩ Võ Quế Sơn, người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành Luận văn.Với những lời chỉ dẫn, những tài liệu, sự tận tình hướng dẫn và những lời động viên của Thầy đã giúp em vượt qua nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện Luận văn này. Em cũng xin cám ơn quý Thầy Cô giảng dạy chương trình cao học Bộ môn “ ỹ Thuật Viễn Thông” đã truyền dạy những kiến thức quý báu, những kiến thức này rất hữu ích và giúp em rất nhiều khi thực hiện nghiên cứu. Trong thời gian hữu hạn việc thực hiện đề tài của em không thể tránh những thiếu sót trong Luận văn.

ính mong quý Thầy Cô thông cảm và chỉ dạy thêm. Thân chúc quý Thầy Cô lời chúc sức khỏe, niềm vui và hạnh phúc trong công việc và cuộc sống! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 6 năm 2016 Học viên thực hiện Nguyễn Phạm Viết Nhã TÓM TẮT Hệ thống giao thông hiện nay đã phát triển từ hệ thống xe ngựa thô sơ với con đường rải đá đến hệ thống vận tải đường bộ phức tạp hơn như hiện nay, một loạt các phương tiện và cơ sở hạ tầng khác được cải thiện, tất cả đưa ra để hỗ trợ an toàn giao thông và hiệu quả của phương tiện. Tiếp tục hoàn thiện hệ thống giao thông hiện nay là làm cho các phương tiện và cơ sở hạ tầng bên lề đường thông minh hơn bằng cách làm nó giao tiếp được với nhau.

Khả năng mới này sẽ giúp tìm ra những giải pháp mới cho những vấn đề hiện nay như ùn tắc giao thông, va chạm xe cộ, giám sát việc tuân thủ các quy tắc giao thông và cảnh báo cho các tài xế điều khiển về điều kiện mặt đường. Mạng VANET là mạng liên kết giữa các phương tiện V2V, V2I hỗ trợ cho nhiều ứng dụng nhằm hướng tới cải thiện an toàn giao thông và kinh nghiệm lái xe trên đường. Một ứng dụng An toàn giao thông trong mạng VANET dựa trên tiêu chuẩn truy cập không dây trong môi trường giao thông (W VE) được thiết kế, triển khai, mô phỏng và thử nghiệm trên một kịch bản có khả năng mở rộng nhằm hướng tới mô phỏng một hệ thống vận tải thông minh hoàn chỉnh bao gồm hai ứng dụng sau: Cảnh báo phương tiện khẩn cấp đang đến gần: ác phương tiện khẩn cấp( Xe cảnh sát/ cứu thương/ cứu hỏa) đang trong tình trạng khẩn cấp sẽ cảnh báo các xe đi chung trong tuyến đường di chuyển của nó và yêu cầu nhường đường bằng cách truyền thông qua mạng VANET. Cảnh báo phương tiện xảy ra tai nạn: Một phương tiện khi xảy ra tai nạn sẽ ngay lập tức phát cảnh báo các xe xung quanh về vụ tai nạn bằng cách phát bảng tin cảnh báo giữa các xe trong mạng VANET, giúp các xe xung quanh tạm dừng lại ở một khoảng cách an toàn hoặc chuyển sang tuyến đường khác do đó tránh được va chạm nguy cơ xảy ra tai nạn liên tiếp và giúp các xe chọn lại hướng đi mới để tránh nghẽn gây ùn tắt cho hệ thống giao thông.

ABSTRACT Today’s transport system has evolved from horse driven carriages and paved roads to a more complex road transport system made up of a variety of vehicles and other infrastructure, all put in place in order to support safe and efficient mobility of vehicles. The next step to further improve the transportation system of today is to make the vehicles and roadside infrastructure more intelligent by making them communicate with each other. This new ability will help find new solutions to current problems like traffic congestion, vehicular collisions, monitoring of adherence to traffic rules and alerting the drivers of hazardous conditions. Vehicular Ad-Hoc Networks (VANETs) are vehicle to vehicle and vehicle to road side infrastructure networks which make this possible by providing support to numerous applications aimed towards improving safety and driving experience on the road.

A Public Safety VANET application adhering to the IEEE Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) standard was designed, implemented, simulated and tested over a scalable open-sourced test bed aimed towards simulating a complete Intelligent Transportation System consisting of various application operating together. The application supports two features: Approaching Emergency Vehicle Alert: An Approaching Public Safety Vehicle (Police/Fire/EMS) in a state of emergency will alert the vehicles in its path using the VANET, causing them to give way. Post-Crash Warning: A vehicle involved in a crash will immediately alert approaching vehicles about its current state using the VANET, helping them come to a halt at a safe distance, hence avoiding pileups. The performance and adherence to the requirements was analyzed, and a demonstration of the system was prepared to showcase the application in action.

LỜ AM OA Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và kết luận nghiên cứu trình bày trong luận văn chưa từng được công bố ở các nghiên cứu khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Học viên thực hiện Nguyễn Phạm Viết Nhã Mục lục MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT.

x DANH MỤC HÌNH VẼ. xii DANH MỤC BẢNG. xv hƣơng 1: GIỚI THIỆU .2 Phác thảo sơ lược luận văn. 7 hƣơng 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VẬN TẢI THÔNG MINH .1 Hệ thống vận tải thông minh .1 Các mô hình hoạt động .10 Tổng quan của IEEE 802.4 Kiến trúc và các tiêu chuẩn của hệ thống vận tải thông minh .1 Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại Hoa Kỳ .2 Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại Nhật Bản .3 Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại châu Âu .5 Các yêu cầu đối với phương tiện hoạt động trong mạng VANET .6 Các ứng dụng trong mạng VANET .1 Hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn.

23 vii Mục lục 2.2 Các phương tiện hợp tác nâng cao an toàn .3 Dịch vụ thông tin ITS. 26 hƣơng 3: AO T ỨC ỨNG DỤNG TRONG M NG VANET .1 ác điểm chính của mạng VANET .2 Các ứng dụng VANET .3 Mô hình truy cập không dây trong môi trường WAVE .1 Tóm tắt lịch sử của W VE .2 Các khối chức năng trong chồng giao thức WAVE. 44 hƣơng 4: KỊCH BẢN MÔ PHỎ VÀ KẾT QUẢ .1 Thiết kế mô phỏng ứng dụng cảnh báo xe khẩn cấp đến gần .1 Kịch bản mô phỏng .2 Thiết kế mô phỏng .2 Thiết kế mô phỏng ứng dụng xe xảy ra tai nạn .1 Thiết kế mô phỏng .3 Mô phỏng và đánh giá kết quả .1 ác mô hình di động cho mạng VANET .2 Mô hình ngẫu nhiên .3 Mô hình luồng.4 Mô hình giao thông .5 Mô hình hành vi .6 Mô hình dựa trên sự giám sát .4 Công cụ mô phỏng. 73 viii Mục lục 4.1 Công cụ mô phỏng mạng OMNeT++ .2 Công cụ mô phỏng giao thông đường bộ SUMO .3 Mô phỏng kết hợp hai chiều .4 Khung mô phỏng VEINS.5 Mô hình mô phỏng .6 Kết quả mô phỏng và phân tích .1 Kết quả thu thập các tiêu chí .2 Ứng dụng cảnh báo phương tiện khẩn cấp đang đến gần .3 Ứng dụng cảnh báo xe xảy ra tai nạn.

109 hƣơng 5: KẾT LUẬ VÀ ƢỚNG PHÁT TRIỂN. 110 TÀ ỆU T AM K ẢO. 115 Kết quả mô phỏng. 115 SƠ YẾU LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .