Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Viễn Thông: Nghiên Cứu Giao Thức Định Tuyến Cho Mạng VANET

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật viễn thông nghiên cứu giao thức định tuyến dựa trên hướng di chuyển phương tiện cho mạng VANET, ứng dụng hiệu quả trong giao thông thông minh.

• Tác giả: Nguyễn Hồ Bá Hải
• Người hướng dẫn: Tiến sĩ Võ Quế Sơn
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
• Đề tài: Nghiên cứu giao thức định tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện cho mạng VANET
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tổng quan
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VẬN TẢI THÔNG MINH
• 2.1. Hệ thống vận tải thông minh
• 2.2. Các mô hình hoạt động
• 2.3. Tổng quan của IEEE 802.4 Kiến trúc và các tiêu chuẩn của hệ thống vận tải thông minh
• 2.3.1. Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại Hoa Kỳ
• 2.3.2. Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại Nhật Bản
• 2.3.3. Kiến trúc và các tiêu chuẩn tại châu Âu
• 2.4. Các yêu cầu đối với phương tiện hoạt động trong mạng VANET
• 2.5. Các ứng dụng trong mạng VANET
• 2.5.1. Hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn
• 2.5.2. Các phương tiện hợp tác nâng cao an toàn
• 2.5.3. Dịch vụ thông tin ITS
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET
• 3.1. Các giao thức phản ứng
• 3.1.1. Giao thức định tuyến AODV
• 3.2. Các giao thức chủ động
• 3.2.1. Giao thức DSDV
• 3.3. Các giao thức lai (Hybrid)
• 3.3.1. Giao thức ZRP
• 3.4. Một số giao thức thi hành trong mạng VANET
• 3.4.1. Giao thức CarNet
• 3.4.2. Định tuyến dựa trên dự đoán sự di chuyển MOPR
• 4. CHƯƠNG 4: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN HƯỚNG DI CHUYỂN CỦA PHƯƠNG TIỆN
• 4.1. Giao thức định tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện
• 4.1.1. Cơ chế phân nhóm phương tiện dựa trên hướng di chuyển
• 4.1.2. Cơ chế định tuyến dựa trên sự phân nhóm phương tiện
• 4.2. Ứng dụng cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển vào giao thức định tuyến DSDV
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ
• 5.1. Các mô hình di động cho mạng VANET
• 5.1.1. Mô hình ngẫu nhiên
• 5.1.2. Mô hình luồng
• 5.1.3. Mô hình giao thông
• 5.1.4. Mô hình hành vi
• 5.1.5. Mô hình dựa trên sự giám sát
• 5.2. Công cụ mô phỏng
• 5.2.1. Công cụ mô phỏng mạng OMNeT++
• 5.2.2. Công cụ mô phỏng giao thông đường bộ SUMO
• 5.2.3. Mô phỏng kết hợp hai chiều
• 5.2.4. Khung mô phỏng INET
• 5.3. Mô hình mô phỏng
• 5.4. Kết quả mô phỏng
• 5.4.1. Kết quả mô phỏng mô hình 1
• 5.4.2. Kết quả mô phỏng mô hình 2
• 5.4.3. Một số kết quả mô phỏng khác
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG

Tóm tắt

I. Giới thiệu về giao thức định tuyến và mạng VANET

Giao thức định tuyến và mạng VANET là hai khái niệm trọng tâm trong nghiên cứu này. Mạng VANET (Vehicular Ad-hoc Networks) là một dạng mạng di động đặc biệt, nơi các phương tiện giao thông có thể kết nối và trao đổi thông tin với nhau hoặc với các thiết bị cố định trên đường. Giao thức định tuyến đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo thông tin được truyền tải hiệu quả giữa các nút mạng. Nghiên cứu này tập trung vào việc cải tiến giao thức định tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện, nhằm tối ưu hóa hiệu suất mạng trong môi trường di động cao.

1.1. Tổng quan về mạng VANET

Mạng VANET là một phần của hệ thống vận tải thông minh (ITS), được thiết kế để hỗ trợ các ứng dụng liên quan đến an toàn giao thông, hiệu quả vận tải và giải trí. Khác với mạng MANET, mạng VANET có cấu trúc mạng biến đổi nhanh do tốc độ di chuyển cao của các phương tiện. Các thách thức chính bao gồm việc thiết kế giao thức định tuyến có khả năng mở rộng và ổn định trước sự gián đoạn thường xuyên của các đường truyền.

1.2. Vai trò của giao thức định tuyến trong VANET

Giao thức định tuyến trong mạng VANET cần phải thích ứng với sự thay đổi liên tục của cấu trúc mạng. Các giao thức truyền thống như AODV và DSDV không phù hợp với đặc điểm di động cao của mạng VANET. Nghiên cứu này đề xuất sử dụng thông tin về hướng di chuyển của phương tiện để dự đoán và giảm thiểu sự gián đoạn liên kết, từ đó cải thiện hiệu suất mạng.

II. Cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển

Cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển là trọng tâm của nghiên cứu này. Cơ chế này sử dụng thông tin về vector vận tốc của các phương tiện để nhóm chúng thành các nhóm có hướng di chuyển tương tự. Việc phân nhóm này giúp tăng khả năng thiết lập các đường truyền ổn định giữa các phương tiện trong cùng nhóm. Cơ chế định tuyến này cũng giảm tần suất yêu cầu làm tràn ngập mạng, từ đó tối ưu hóa hiệu suất mạng.

2.1. Phân nhóm phương tiện dựa trên vector vận tốc

Các phương tiện được phân nhóm dựa trên vector vận tốc, bao gồm hướng và tốc độ di chuyển. Việc phân nhóm này đảm bảo rằng các phương tiện trong cùng nhóm có khả năng duy trì liên kết ổn định hơn khi di chuyển cùng hướng. Cơ chế phân nhóm này giúp giảm thiểu sự gián đoạn liên kết và tăng hiệu quả truyền thông trong mạng VANET.

2.2. Ứng dụng cơ chế định tuyến vào giao thức DSDV

Nghiên cứu này áp dụng cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển vào giao thức DSDV. Kết quả mô phỏng cho thấy sự cải thiện đáng kể trong việc giảm tỷ lệ mất gói tin và tăng thông lượng mạng. Giao thức DSDV được cải tiến này phù hợp hơn với đặc điểm di động cao của mạng VANET, mang lại hiệu quả truyền thông tốt hơn.

III. Mô phỏng và đánh giá hiệu suất

Nghiên cứu sử dụng các công cụ mô phỏng như OMNeT++ và SUMO để đánh giá hiệu suất của cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển. Các kết quả mô phỏng cho thấy sự cải thiện đáng kể trong việc giảm tỷ lệ mất gói tin và tăng thông lượng mạng. Cơ chế định tuyến này cũng giúp giảm độ trễ và tăng tính ổn định của mạng trong các tình huống di động cao.

3.1. Mô hình mô phỏng và công cụ sử dụng

Nghiên cứu sử dụng OMNeT++ để mô phỏng mạng và SUMO để mô phỏng giao thông. Sự kết hợp giữa hai công cụ này cho phép mô phỏng chính xác các tình huống di động trong mạng VANET. Các mô hình mô phỏng bao gồm các kịch bản khác nhau về tốc độ di chuyển và mật độ phương tiện, giúp đánh giá toàn diện hiệu suất của cơ chế định tuyến.

3.2. Kết quả mô phỏng và phân tích

Kết quả mô phỏng cho thấy cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển giúp giảm tỷ lệ mất gói tin và tăng thông lượng mạng so với các giao thức truyền thống. Độ trễ cũng được cải thiện đáng kể, đặc biệt trong các tình huống di động cao. Những kết quả này khẳng định tính hiệu quả của cơ chế định tuyến được đề xuất trong mạng VANET.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu này đã đề xuất và đánh giá cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển cho mạng VANET. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể trong hiệu suất mạng, bao gồm giảm tỷ lệ mất gói tin, tăng thông lượng và giảm độ trễ. Cơ chế định tuyến này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống giao thông thông minh, đặc biệt là trong các tình huống di động cao.

4.1. Những đóng góp chính của nghiên cứu

Nghiên cứu đã đề xuất một cơ chế định tuyến mới dựa trên hướng di chuyển của phương tiện, giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng trong mạng VANET. Các kết quả mô phỏng khẳng định tính hiệu quả của cơ chế này trong việc giảm tỷ lệ mất gói tin và tăng thông lượng mạng.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, nghiên cứu có thể mở rộng bằng cách tích hợp thêm các yếu tố như điều kiện thời tiết, tình trạng đường xá và các yếu tố môi trường khác vào cơ chế định tuyến. Ngoài ra, việc thử nghiệm thực tế trên các hệ thống giao thông thông minh cũng là một hướng phát triển quan trọng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Mạng VANET (Vehicular Ad-hoc Networks) là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong kỹ thuật viễn thông, với tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong an toàn giao thông, hiệu quả vận tải và dịch vụ giải trí trên xe. Theo ước tính, sự gia tăng số lượng phương tiện giao thông tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh đã thúc đẩy nhu cầu phát triển các giải pháp truyền thông không dây hiệu quả, đặc biệt là trong mạng VANET. Một trong những thách thức lớn nhất là thiết kế các giao thức định tuyến có khả năng mở rộng, ổn định và thích ứng với sự di chuyển nhanh và liên tục của các phương tiện.

Luận văn tập trung nghiên cứu cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện nhằm dự đoán và giảm thiểu sự gián đoạn liên kết trong mạng VANET. Phương pháp này nhóm các phương tiện theo vector vận tốc, từ đó duy trì các tuyến truyền thông ổn định hơn giữa các phương tiện cùng nhóm. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi mô phỏng mạng VANET tại khu vực Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh, trong khoảng thời gian từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2014. Mục tiêu chính là đánh giá hiệu quả của giao thức định tuyến mới so với các giao thức truyền thống như DSDV, thông qua các chỉ số như tỉ lệ mất gói tin và thông lượng mạng.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng truyền thông trong mạng VANET, góp phần cải thiện an toàn giao thông và hiệu quả vận tải đô thị. Kết quả mô phỏng cho thấy cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển giúp giảm tỉ lệ mất gói tin và tăng thông lượng mạng, mở ra hướng phát triển mới cho các giao thức định tuyến trong mạng VANET.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mạng VANET và các đặc tính di động: Mạng VANET là một dạng đặc biệt của mạng MANET, với đặc điểm di động cao, tốc độ phương tiện nhanh và bị ràng buộc bởi các tuyến đường cố định. Các phương tiện trong mạng VANET được trang bị thiết bị OBU (On-Board Unit) hỗ trợ truyền thông V2V và V2I.

• Giao thức định tuyến DSDV (Destination-Sequenced Distance Vector): Là giao thức định tuyến chủ động, sử dụng số tuần tự để tránh vòng lặp định tuyến và duy trì bảng định tuyến cập nhật liên tục. DSDV có ưu điểm về độ ổn định nhưng phát sinh lưu lượng điều khiển lớn trong môi trường di động cao.

• Cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển (Vehicle-Heading based Routing Protocol - VHRP): Phương pháp nhóm các phương tiện theo vector vận tốc, duy trì các tuyến truyền thông giữa các phương tiện cùng nhóm để tăng độ ổn định liên kết và giảm tần suất yêu cầu định tuyến làm tràn mạng.

• Mô hình mô phỏng mạng OMNeT++ và mô phỏng giao thông SUMO: Kết hợp hai công cụ này để mô phỏng đồng thời mạng truyền thông và mô hình di chuyển thực tế của các phương tiện, giúp đánh giá chính xác hiệu quả của giao thức định tuyến đề xuất.

Các khái niệm chính bao gồm: vector vận tốc, nhóm phương tiện, tỉ lệ mất gói tin, thông lượng mạng, và độ trễ truyền thông.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng máy tính kết hợp mô hình di động thực tế:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu mô phỏng được thu thập từ các mô hình di chuyển phương tiện tại khu vực Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh, với các luồng xe được thiết lập dựa trên dữ liệu giao thông thực tế.

• Phương pháp chọn mẫu: Mô hình di động được xây dựng dựa trên mô hình luồng và mô hình giao thông, phản ánh chính xác hành vi di chuyển của phương tiện trong đô thị. Các phương tiện được nhóm theo vector vận tốc để áp dụng cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển.

• Phương pháp phân tích: So sánh hiệu suất của giao thức định tuyến MDRP (Moving Direction based Routing Protocol) với giao thức DSDV truyền thống qua các chỉ số: tỉ lệ mất gói tin, thông lượng mạng và độ trễ truyền thông. Các kết quả được phân tích thống kê và trình bày qua biểu đồ tỉ lệ mất gói và thông lượng.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong 6 tháng, từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2014, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm tỉ lệ mất gói tin: Giao thức MDRP giảm tỉ lệ mất gói tin trung bình khoảng 15-20% so với giao thức DSDV trong các mô hình mô phỏng với một nguồn phát dữ liệu. Khi tăng lên ba nguồn phát dữ liệu, tỉ lệ mất gói của MDRP vẫn thấp hơn DSDV khoảng 12-18%.

2. Tăng thông lượng mạng: Thông lượng mạng của MDRP tăng trung bình 10-15% so với DSDV trong các mô hình mô phỏng. Điều này thể hiện qua các biểu đồ thông lượng trong mô hình một và ba nguồn phát dữ liệu.

3. Giảm độ trễ truyền thông: Độ trễ trung bình của MDRP thấp hơn DSDV khoảng 5-8% trong các kịch bản mô phỏng, giúp cải thiện thời gian phản hồi của mạng VANET.

4. Ổn định liên kết cao hơn: Việc nhóm phương tiện theo hướng di chuyển giúp kéo dài thời gian tồn tại của các liên kết trong mạng, giảm tần suất yêu cầu định tuyến làm tràn mạng, từ đó giảm tải cho mạng và tăng hiệu quả truyền thông.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện hiệu suất là do cơ chế phân nhóm phương tiện dựa trên vector vận tốc, giúp duy trì các tuyến truyền thông ổn định hơn giữa các phương tiện cùng nhóm di chuyển cùng hướng. Điều này làm giảm sự gián đoạn liên kết thường gặp trong mạng VANET do sự thay đổi hướng di chuyển đột ngột của các phương tiện.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng của luận văn cho thấy sự ưu việt của việc tích hợp thông tin hướng di chuyển vào giao thức định tuyến chủ động DSDV, tạo ra giao thức MDRP với hiệu suất vượt trội về tỉ lệ mất gói và thông lượng mạng.

Các biểu đồ tỉ lệ mất gói và thông lượng được trình bày rõ ràng trong luận văn, minh họa sự khác biệt hiệu quả giữa MDRP và DSDV qua các kịch bản mô phỏng khác nhau. Kết quả này có ý nghĩa thực tiễn trong việc phát triển các giao thức định tuyến phù hợp cho mạng VANET tại các đô thị lớn, nơi mật độ phương tiện cao và sự di chuyển phức tạp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai giao thức MDRP trong các hệ thống VANET thực tế: Khuyến nghị các nhà phát triển và các cơ quan quản lý giao thông nghiên cứu áp dụng giao thức định tuyến dựa trên hướng di chuyển để nâng cao hiệu quả truyền thông trong mạng VANET, đặc biệt tại các đô thị lớn với mật độ giao thông cao. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 1-2 năm.

2. Phát triển công cụ mô phỏng tích hợp hơn: Đề xuất nâng cấp và tích hợp sâu hơn giữa các công cụ mô phỏng mạng OMNeT++ và mô phỏng giao thông SUMO để mô phỏng chính xác hơn các kịch bản giao thông thực tế, hỗ trợ đánh giá hiệu quả các giao thức định tuyến mới. Chủ thể thực hiện là các nhóm nghiên cứu và trung tâm phát triển phần mềm mô phỏng.

3. Nghiên cứu mở rộng cơ chế phân nhóm phương tiện: Khuyến nghị nghiên cứu thêm các yếu tố khác ngoài vector vận tốc như vị trí địa lý, tốc độ thay đổi, và loại phương tiện để tối ưu hóa việc phân nhóm và nâng cao độ ổn định của các tuyến truyền thông. Thời gian nghiên cứu dự kiến 2-3 năm.

4. Tăng cường hợp tác quốc tế trong chuẩn hóa giao thức VANET: Đề xuất các tổ chức tiêu chuẩn hóa và các nhà nghiên cứu phối hợp để phát triển các chuẩn giao thức định tuyến dựa trên hướng di chuyển, nhằm thúc đẩy việc triển khai rộng rãi mạng VANET trên toàn cầu. Chủ thể thực hiện là các tổ chức tiêu chuẩn và cộng đồng nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật viễn thông: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về mạng VANET, các giao thức định tuyến và phương pháp mô phỏng, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực truyền thông không dây.

2. Các nhà phát triển phần mềm mô phỏng mạng và giao thông: Thông tin chi tiết về tích hợp công cụ OMNeT++ và SUMO giúp cải tiến các mô hình mô phỏng thực tế, phục vụ phát triển các giải pháp giao thông thông minh.

3. Cơ quan quản lý giao thông và đô thị: Các kết quả nghiên cứu về cải thiện hiệu quả truyền thông trong mạng VANET có thể hỗ trợ hoạch định chính sách và triển khai các hệ thống giao thông thông minh tại các thành phố lớn.

4. Doanh nghiệp công nghệ và sản xuất thiết bị giao thông: Thông tin về giao thức định tuyến mới và các yêu cầu kỹ thuật của mạng VANET giúp phát triển các sản phẩm thiết bị OBU, RSU và các giải pháp truyền thông cho xe hơi hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. Giao thức MDRP khác gì so với DSDV truyền thống?
   MDRP bổ sung cơ chế phân nhóm phương tiện dựa trên hướng di chuyển, giúp duy trì các tuyến truyền thông ổn định hơn giữa các phương tiện cùng nhóm, giảm tỉ lệ mất gói và tăng thông lượng so với DSDV.

2. Tại sao việc dự đoán hướng di chuyển của phương tiện lại quan trọng trong VANET?
   Dự đoán hướng di chuyển giúp tránh các liên kết bị phá vỡ đột ngột, từ đó giảm gián đoạn truyền thông và cải thiện hiệu suất mạng, đặc biệt trong môi trường di động cao như VANET.

3. Công cụ mô phỏng OMNeT++ và SUMO được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   OMNeT++ mô phỏng mạng truyền thông, SUMO mô phỏng giao thông đường bộ; kết hợp hai công cụ này giúp mô phỏng đồng thời cả mạng và hành vi di chuyển phương tiện, đánh giá chính xác hiệu quả giao thức định tuyến.

4. MDRP có thể áp dụng cho các thành phố khác ngoài Thành phố Hồ Chí Minh không?
   Có thể áp dụng, tuy nhiên cần điều chỉnh mô hình di chuyển và tham số mô phỏng phù hợp với đặc điểm giao thông và hạ tầng của từng địa phương để đảm bảo hiệu quả.

5. Những thách thức còn tồn tại trong việc triển khai mạng VANET thực tế là gì?
   Bao gồm sự biến động cao của mạng, yêu cầu băng thông lớn, bảo mật và riêng tư thông tin, cũng như chi phí triển khai thiết bị và hạ tầng phù hợp.

Kết luận

• Luận văn đã phát triển và đánh giá thành công giao thức định tuyến MDRP dựa trên hướng di chuyển của phương tiện, cải thiện hiệu suất mạng VANET so với giao thức DSDV truyền thống.
• Kết quả mô phỏng cho thấy MDRP giảm tỉ lệ mất gói tin khoảng 15-20% và tăng thông lượng mạng 10-15%, đồng thời giảm độ trễ truyền thông.
• Cơ chế phân nhóm phương tiện theo vector vận tốc giúp duy trì các tuyến truyền thông ổn định, giảm tần suất yêu cầu định tuyến làm tràn mạng.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả truyền thông trong mạng VANET, hỗ trợ phát triển các ứng dụng giao thông thông minh tại các đô thị lớn.
• Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo bao gồm mở rộng cơ chế phân nhóm, nâng cấp công cụ mô phỏng và hợp tác chuẩn hóa giao thức VANET trên phạm vi quốc tế.

Để tiếp tục phát triển, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên tập trung vào việc triển khai thực tế giao thức MDRP, đồng thời mở rộng nghiên cứu để thích ứng với các điều kiện giao thông đa dạng. Hành động ngay hôm nay sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển của mạng VANET và hệ thống giao thông thông minh trong tương lai gần.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu mạnh để thích ứng với sự gián đoạn thường xuyên của các đường truyền gây ra bởi sự di chuyển của các phương tiện. Chương 4: Mô tả chi tiết về cơ chế định tuyến dựa trên hướng di chuyển của phương tiện. Trong cơ chế này, các phương tiện được nhóm thành các tập hợp dựa theo hướng di chuyển của chúng. Các đường truyền thông được duy trì giữa các phương tiện thuộc về cùng một nhóm.

Trong nội dung của chương này đã đưa ra một sự sửa đổi đối với giao thức DSDV với việc bổ sung cơ chế định tuyến được đề xuất để đưa ra một giao thức định tuyến mới được gọi là MDRP (Moving Direction based Routing Protocol). Chương 5: Đưa ra các mô hình và công cụ mô phỏng để thực hiện việc đánh giá giao thức định tuyến MDRP được đề xuất. Đưa ra các kết quả mô phỏng và sự đánh giá khả năng thi hành của giao thức định tuyến MDRP khi so sánh với giao thức DSDV, qua đó, đưa ra các kết luận về những sự cải tiến của cơ chế định tuyến được đề xuất khi áp dụng vào trong những giao thức định tuyến của VANET. Chương 6: Tổng kết các công việc đã thực hiện trong Luận văn, những vấn đề đã giải quyết, và những vấn đề vẫn còn tồn tại cũng như hướng phát triển để giải quyết chúng.

4 Chương 2: Tổng quan hệ thống vận tải thông minh Chương 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG VẬN TẢI THÔNG MINH 2.1 Hệ thống vận tải thông minh Sự kết nối mạng các phương tiện giao thông phục vụ như một trong những công nghệ khả dụng quan trọng nhất được yêu cầu để thi hành vô số các ứng dụng liên quan đến các phương tiện giao thông, tài xế, hành khách, và người đi bộ. Các ứng dụng này mới lạ và là các mục tiêu lâu dài của các nhóm nghiên cứu và các công ty. Hệ thống giao thông vận tải thông minh (ITS) nhằm mục đích để sắp xếp các hoạt động của các phương tiện giao thông, quản lý giao thông, hỗ trợ các tài xế với sự an toàn và thông tin khác, cùng với việc cung cấp các ứng dụng thuận tiện cho các hành khách đã không còn giới hạn trong các phòng thí nghiệm và các cơ sở kiểm thử của các công ty. Các ví dụ chính của các dịch vụ như vậy bao gồm các hệ thống thu phí tự động, các hệ thống hỗ trợ tài xế và các hệ thống cung cấp thông tin khác.

Hoạt động cơ sở này cũng đã được hỗ trợ bởi những nỗ lực phối hợp để chuẩn hóa và hình thành của các tập đoàn, và cơ quan chính phủ và công nghiệp khác nhằm mục đích để thiết lập các nguyên tắc hướng dẫn, các yêu cầu, và các kết quả đầu tiên trên các giải pháp cho các hệ thống truyền thông mà chủ yếu bao gồm các phương tiện và những người sử dụng bên trong các phương tiện đó. Sự cuốn hút xung quanh việc kết nối mạng các phương tiện giao thông không chỉ vì các ứng dụng và các lợi ích tiềm năng của chúng, mà còn vì các thách thức và quy mô của các giải pháp. Trong số những thách thức kỹ thuật cần được khắc phục, tính di động cao của các phương tiện, phạm vi rộng của các tốc độ tương đối giữa các nút, tính chất thời gian thực của các ứng dụng, và vô số các yêu cầu liên quan đến hệ thống và ứng dụng có thể được liệt kê ra. Ngoài ra, sự xem xét các ứng dụng ITS đòi hỏi thông tin phải được chuyển tiếp qua nhiều bước giữa các ô tô.

Các mạng phương tiện giao thông đang sẵn sàng để trở thành các mạng ad-hoc được phân phối rộng rãi nhất và qui mô rộng lớn nhất. Những thách thức và cơ hội đó phục vụ như là nền tảng của sự quan tâm rộng rãi trong việc kết nối mạng phương tiện giao thông của các cơ quan chính phủ, giáo dục, và công nghiệp như Toyota, BMW, và Daimler-Chrysler. Hệ thống hỗ trợ điều khiển tiên tiến ADASE2 (Advanced Driver Assistance Systems), Hợp tác theo luật phòng tránh tai nạn CAMP (Crash Avoidance Metrics Partnership), Lái xe tại châu Âu (Chauffeur in EU), CarTALK2000, FleetNet, California PATH (California Partners for Advanced Transit and Highways), DEMO 2000 bởi Viện Nghiên cứu ô tô Nhật Bản JSK (Japan Automobile Research Institute) [20] là các dự án quan trọng, một bước tiến lớn trong việc thực hiện các dịch vụ giao thông thông minh ITS. 5 Chương 2: Tổng quan hệ thống vận tải thông minh 2.2 Các chuẩn IEEE 802 Các giao thức WLAN IEEE 802.11 là một phần của dòng IEEE 802 là dòng chuẩn hóa mạng cục bộ (LAN) và mạng đô thị (WAN).

Dòng IEEE 802 có một lớp điều khiển liên kết lôgic LLC (Logical Link Control) chung, được chuẩn hóa trong IEEE 802. Lớp trên của LLC là lớp mạng (Network) thông thường là IP (Internet Protocol) với các giao thức định tuyến của nó như AODV hay DSDV cho mạng Ad-hoc. Application Presentation Các giao thức định Session tuyến IP Transport LLC IEEE802.2 Network MAC Data Link PHY Physical Hình 2-1: Mô hình phân lớp OSI. Bên dưới LLC, lớp MAC (Media Access Control) và lớp vật lý tương ứng (PHY) được đóng gói với nhau trong cùng một nhóm chuẩn con.

Có nhiều nhóm chuẩn con tồn tại cho Ethernet và mạng LAN không dây được đặc trưng trong 802.2 Logical Link Control (LLC) IEEE802.11 … MAC MAC MAC MAC IEEE802.11 … PHY PHY PHY PHY CSMA/CD Token Bus Token Ring WLAN Hình 2-2: 802 LLC, MAC và PHY.11 đặc trưng cho cả lớp vật lý và lớp điều khiển môi trường truy cập. Nhiều sự mở rộng đã được thêm vào IEEE 802.11 nhằm cải tiến lớp MAC hoặc lớp vật lý. Những sự mở rộng lớp MAC chủ yếu nhằm cải tiến sự bảo mật hoặc chất lượng dịch vụ (QoS). Những sự mở rộng lớp vật lý chủ yếu định nghĩa lại cách thức lớp vật lý 6 Chương 2: Tổng quan hệ thống vận tải thông minh hoạt động.

Trong thực tế, chúng là một sự thay thế hơn là một sự mở rộng. Tổng quan cấu trúc của IEEE 802.11 được cho như trong hình bên dưới: 802.11 Medium Access Control (MAC) SME/MLME Sự phân đoạn Ghép đoạn Môdun Điều Khiển Thủ tục chuyển gói MAC (Sync, Beacon) Chức năng điều tiết (PCF, DCF) SIFS, PIFS, DIFS, EIFS, CSMA/CD IEEE 802.11i – Cơ chế bảo mật IEEE 802.11e – Cơ chế QoS Hình 2-3: Lớp MAC và lớp Vật lý [35]. Một danh sách đầy đủ của tất cả sự mở rộng IEEE 802.11 có thể được tìm thấy như sau: Chuẩn Mô tả IEEE 802.11 a 5GHz OFDM PHY – 54 Mbps IEEE 802.4 GHz CCK PHY – 11 Mbps IEEE 802.11 c Cài đặt cầu nối 802.11 d Chuyển vùng quốc tế IEEE 802.11 e Sự cải tiến QoS IEEE 802.11 f Giao thức liên AP IEEE 802.4 GHz OFDM PHY – 54 Mbps IEEE 802.11 h Sự mở rộng qui định 5 GHz IEEE 802.11 i Sự cải tiến bảo mật IEEE 802.11 j Sự mở rộng băng tầng 5 GHz Nhật Bản IEEE 802.11 k Sự đo lường tài nguyên vô tuyến 7 Chương 2: Tổng quan hệ thống vận tải thông minh IEEE 802.11 m Sự bảo trì IEEE 802.11 n PHY thông lượng cao IEEE 802.11 p Truy cập vô tuyến trong môi trường giao thông IEEE 802.11r Chuyển tiếp BSS nhanh (FT) IEEE 802.11s Tập dịch vụ mở rộng IEEE 802.11u Những cải tiến liên quan đến HotSpot IEEE 802.11v Quản lý mạng vô tuyến IEEE 802.11w Các khung quản lý được bảo vệ IEEE 802.11y Vận hành 3650 – 3700 MHz tại Hoa Kỳ IEEE 802.11z Sự mở rộng thiết lập kết nối trực tiếp DLS IEEE 802.11aa Tạo luồng mạnh cho luồng vận chuyển video và âm thanh IEEE 802.11ac Cải tiến dựa trên 802.11n, thông lượng cao IEEE 802.11ad Thông lượng cao 60 GHz IEEE 802.11ae Độ ưu tiên của các khung quản lý IEEE 802.11af TV Whitespace Bảng 2-1: Tổng quan của các chuẩn IEEE 802.1 Các mô hình hoạt động Các chuẩn IEEE 802.11, đặc trưng hai cách thức khác nhau để cấu hình một mạng: ad-hoc và cơ sở hạ tầng. Mô hình cơ sở hạ tầng thông thường các điểm truy cập mạng được cố định đối với các nút di động có thể thông tin.

Các điểm truy cập mạng đó thông thường được kết nối đến các đường truyền mặt đất để mở rộng dung lượng của mạng LAN bởi việc bắt cầu giữa các nút không dây đến các nút có dây khác. Nếu phạm vi phục vụ của các điểm truy cập chồng lấn lên nhau, các nút di động có thể được chuyển giao giữa chúng. Cấu trúc này tương tự với mạng di động ngày nay trên thế giới. 8 Chương 2: Tổng quan hệ thống vận tải thông minh Hình 2-4: Mô hình mạng vô tuyến có hạ tầng cố định [32].

Trong một mạng ad-hoc, các máy tính được kết nối với nhau thành dạng của một mạng “tức thời”. Như biểu diễn trong Hình 2-5, không có một cấu trúc cố định cho mạng, không có các điểm cố định và thông thường mỗi nút có khả năng truyền thông với từng nút khác trong phạm vi thông tin của nó. Chẳng hạn như các mạng MANET. Hình 2-5: Mô hình mạng WLAN ad-hoc.

Người ta có thể nghĩ về một sự kết hợp hai mô hình đó thành một cấu trúc mạng lai. Như vậy nó có thể bổ trợ việc truy cập Internet với một số lượng lớn các nút di động với chỉ một vài trạm gốc. Hiện tại có một vài đề xuất về chuẩn cho một mạng lai như vậy sẽ được đề cập chi tiết trong chương kế tiếp của Luận văn.11 - 1997 Phiên bản đầu tiên của chuẩn IEEE 802.11 được phát hành vào năm 1997 và được làm rõ vào năm 1999, nhưng hiện tại đã bị dỡ bỏ. Nó đặc trưng hai tốc độ mạng là 1 9 Chương 2: Tổng quan hệ thống vận tải thông minh Mbps và 2 Mbps được phát qua tín hiệu hồng ngoại hoặc trong băng tần công nghiệp, khoa học, và y tế ISM (Industrial, Scientific and Medical) tại tần số 2.

Mã hóa được sử dụng là DPSK (Differential Phase Shift Keying) cho 1 Mbps và DQPSK (Differential Quaternary Phase Shift Keying) cho 2 Mbps.11 ban đầu nhanh chóng được nối tiếp bởi IEEE 802.11a sử dụng băng tần 5 GHz, hoạt động tại tốc độ 54 Mbps, và tốc độ thực tế vào khoảng 20 Mbps. Tốc độ được giảm đến 48, 36, 34, 18, 12, 9 và 6 Mbps nếu được yêu cầu.11a có 12 kênh không chồng lấn, 8 kênh được dùng cho trong nhà và 4 kênh được sử dụng cho truyền thông điểm – điểm.11a có thể không được chấp nhận rộng rãi bởi vì việc sử dụng của chuẩn IEEE 802.11b, và việc liên quan đến việc sử dụng băng tần 5 GHz.11b có phạm vi hoạt động đến vài trăm mét với các ăng ten đẳng hướng độ lợi thấp được sử dụng trong các thiết bị IEEE 802.11b có tốc độ dữ liệu tối đa là 11Mbps.