Đặt vấn đề Năm 2016, Cục Quản lý an toàn Giao thông Đường cao tốc Quốc gia (NHTSA) công bố có 37.461 người thiệt mạng trong 34.436 vụ va chạm xe cộ, trung bình 102 vụ mỗi ngày. Công nghệ tự lái là một chiến lược hứa hẹn sẽ cứu sống nhiều người. Lĩnh vực ô tô đã tập trung vào các công nghệ cho phép xe tự lái trong nhiều năm. Hiện tại, các công nghệ tự lái đang tập trung vào các cảm biến phụ trợ như công nghệ Phát hiện ánh sáng và đo phạm vi (LiDAR) và camera quan sát.
Thật không may, hầu hết các cảm biến đang phải đối mặt với những hạn chế. Ví dụ: các thiết bị LIDAR có bán trên thị trường đắt tới 75.000 USD, thậm chí còn cao hơn giá của một chiếc xe thông thường. Công nghệ camera tầm nhìn thường cần một môi trường tầm nhìn. Ngược lại, công nghệ truyền thông không dây không bị hạn chế nghiêm ngặt bởi môi trường truyền dẫn và do giá thành thấp nên nó đã được áp dụng rộng rãi trên nhiều loại thiết bị di động như điện thoại và máy tính xách tay.
Trong nhiều năm qua, mạng và truyền thông không dây đã trở nên quan trọng trên nhiều lĩnh vực, bao gồm cả lĩnh vực ô tô. Kể từ khi hệ thống truyền thông analog thế hệ đầu tiên ra đời vào năm 1970 cho đến các mạng kỹ thuật số tốc độ cao mà chúng ta sử dụng hàng ngày, mạng không dây đã được cải thiện đáng kể. Do đó, lĩnh vực ô tô đã bắt đầu tận dụng mạng truyền thông không dây để nâng cao mức độ nhận thức tình huống của ô tô tự lái cũng như độ tin cậy của thông tin chúng thu thập được từ môi trường xung quanh. Những phương tiện này sử dụng công nghệ liên lạc không dây cho phép chúng liên lạc với nhau bằng thông tin di chuyển và an toàn chung; những phương tiện này được gọi là phương tiện được kết nối.
Khả năng kết nối hứa hẹn nhận thức tình huống tốt hơn, do đó đạt được khả năng cứu sống những phương tiện này. Mạng phương tiện đã được nghiên cứu rộng rãi trong hai thập kỷ qua. Do tính chất phức tạp của môi trường vận hành, bao gồm cấu trúc liên kết mạng thay đổi nhanh chóng, các đặc tính vật lý thay đổi theo thời gian của môi trường truyền sóng và nhu cầu kiểm soát truy cập môi trường mạnh mẽ (MAC) giao thức, mạng xe cộ là một lĩnh vực nghiên cứu đầy thách thức đang được cả giới học thuật và ngành công nghiệp giải quyết. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Trang Người hướng dẫn: ThS.
Ngô Thị Minh Hương 5 Nghiên cứu ứng dụng mạng Vanet trong mô phỏng mạng xe cộ kết hợp với các hoạt động đa kênh Hình 1.1 Mạng VANET Mạng Ad-hoc Xe cộ (VANET) là một loại Mạng Ad-hoc Di động (MANET) được thiết kế đặc biệt để di chuyển ô tô. VANET hỗ trợ hai loại giao tiếp: giao tiếp giữa xe với xe (V2V) và xe với cơ sở hạ tầng (V2I), như trong Hình 1. Đối với liên lạc V2V, các phương tiện được trang bị Bộ phận trên xe (OBU). Giao tiếp V2V được triển khai giữa các OBU phương tiện nhằm mục đích ứng dụng quản lý giao thông và an toàn đường bộ.
Các phép đo cho V2V DSRC được trình bày trong. Đối với liên lạc V2I, Đơn vị bên đường (RSU) được lắp đặt vào cơ sở hạ tầng giao thông, chẳng hạn như đèn giao thông. Giao tiếp V2I được thực hiện giữa RSU và OBU. Một trong những ứng dụng do VANET cung cấp là an toàn đường bộ, đây là một trong những động lực chính để triển khai thông tin liên lạc trên phương tiện giao thông.
Cơ quan Quản lý an toàn Giao thông Đường cao tốc Quốc gia (NHTSA) đã xác định một số tình huống của DSRC trong DOT-HS-821-014. Độ trễ tối đa để các phương tiện nhận được các thông báo khẩn cấp này ảnh hưởng đến khả năng xử lý các hành động nhằm tránh tai nạn. Tài liệu tham khảo cho biết mạng lưới xe cộ có khả năng tiết kiệm thời gian và cứu mạng sống. Do đó, các ứng dụng mạng xe cộ có thể được phân thành hai loại: ứng dụng liên quan đến an toàn và ứng dụng hiệu quả (ứng dụng không an toàn).
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Trang Người hướng dẫn: ThS. Ngô Thị Minh Hương 6 Nghiên cứu ứng dụng mạng Vanet trong mô phỏng mạng xe cộ kết hợp với các hoạt động đa kênh Năm 2011, tổ chức Ứng dụng Truyền thông an toàn Phương tiện (VSC-A) đã tóm tắt 8 tình huống va chạm dựa trên số liệu thống kê về các vụ tai nạn xe cộ thu được từ chính phủ Hoa Kỳ về tần suất, chi phí và thương vong. Để giải quyết các tình huống va chạm này, VSC-A đã đề xuất một số ứng dụng an toàn như Đèn phanh điện tử khẩn cấp (EEBL), Cảnh báo điểm mù (BSW)/Cảnh báo chuyển làn đường (LCW) và Hỗ trợ di chuyển khi giao nhau (IMA). Những ứng dụng an toàn này thường được đánh giá trong các mô hình di chuyển của phương tiện giao thông.
Để đảm bảo các ứng dụng an toàn sẽ hoạt động như mô tả trong các tiêu chuẩn, cần tạo ra các mô phỏng mạng lưới xe cộ chính xác.2 Giải pháp công nghệ Mô phỏng mạng xe cộ có thể được phân loại thành mô phỏng phần cứng và mô phỏng phần mềm. Một ví dụ về mô phỏng phần cứng là dự án Mcity của Đại học Michigan, nơi sở hữu một thành phố mô phỏng rộng 32 mẫu Anh và 1.500 phương tiện. Chi phí của Mcity năm 2015 là 10 triệu đô la và đầu tư thêm 15 triệu đô la vào năm 2018. Mặt khác, mô phỏng phần mềm là một lựa chọn khác để cung cấp môi trường đánh giá hiệu suất mạng xe cộ với chi phí thấp và độ chính xác khá.
Phần mềm mô phỏng mạng xe cộ thường phức tạp vì nó phải xem xét đồng thời mạng di động và mạng truyền thông xe cộ. Vị trí và tốc độ của phương tiện có thể ảnh hưởng đến chất lượng liên lạc không dây và thông tin được chia sẻ qua mạng liên lạc phương tiện có thể ảnh hưởng đến các quyết định về đường đi và di chuyển của phương tiện. Sự tương tác mạnh mẽ này đòi hỏi các trình mô phỏng di chuyển giao thông phải phối hợp chặt chẽ với các trình mô phỏng mạng xe cộ. Thật không may, vấn đề tương thích đã trở thành một thách thức đáng kể vì cả hai loại trình mô phỏng đều được thiết kế để kiểm soát riêng biệt.
Sự tương tác này hầu như chưa bao giờ được coi là mục tiêu chính khi thiết kế trình mô phỏng. Trong vài năm qua, các nhà nghiên cứu mạng lưới xe cộ đã làm việc chăm chỉ để tạo ra một giao diện giữa hai trường mô phỏng và một số thành tựu đã được đề xuất. Dựa trên mức độ tương tác, chúng tôi phân loại trình mô phỏng thành trình mô phỏng chung và trình mô phỏng tích hợp. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Trang Người hướng dẫn: ThS.
Ngô Thị Minh Hương 7 Nghiên cứu ứng dụng mạng Vanet trong mô phỏng mạng xe cộ kết hợp với các hoạt động đa kênh Hình 1.2 Tương tác trong Mạng chung và Trình mô phỏng lưu lượng truy cập. Các luồng giao thông xe cộ được tạo bởi trình mô phỏng giao thông xe cộ và được chuyển đến trình mô phỏng mạng thông qua giao diện liên lạc của bên thứ 3. Đối với các trình mô phỏng chung được hiển thị trong Hình 1.2, một giao diện được tạo để liên kết các trình mô phỏng di động giao thông và trình mô phỏng mạng hiện có. Một ví dụ là dự án iTetris, liên kết trình mô phỏng lưu lượng SUMO với trình mô phỏng mạng NS-2, NS-3 hoặc OMNET.
Một ví dụ khác là sử dụng TraCI để kết nối SUMO với trình mô phỏng khác như OMNet++ hoặc MATLAB. Giao diện ở đây đóng vai trò chuyển tiếp tin nhắn giữa các trình mô phỏng. Các luồng lưu lượng được trích xuất từ SUMO và gửi đến trình mô phỏng mạng thông qua giao diện, đồng thời các hướng dẫn từ trình mô phỏng mạng được gửi đến SUMO để thay đổi lưu lượng. Ưu điểm của cách tiếp cận chung nhiều lớp này là tận dụng được lợi ích của cả hai trình mô phỏng được phát triển tốt.
Tuy nhiên, có một hạn chế là sự phức tạp trong thiết kế của giao diện vì nó cần để cả hai trình mô phỏng chạy đồng thời. Một hạn chế khác là độ phức tạp của cấu hình, vì người dùng thường cần điều chỉnh một số lượng lớn các tham số trên cả hai trình mô phỏng để mô phỏng hoạt động chính xác. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Trang Người hướng dẫn: ThS. Ngô Thị Minh Hương 8 Nghiên cứu ứng dụng mạng Vanet trong mô phỏng mạng xe cộ kết hợp với các hoạt động đa kênh Hình 1.3 Tương tác trong Mạng tích hợp và Trình mô phỏng lưu lượng truy cập.
Thông tin theo dõi phương tiện được chuyển trực tiếp đến trình mô phỏng mạng, tại đó trình mô phỏng mạng thực hiện mô phỏng mạng và trả về kết quả. Một giải pháp khác là kết hợp các trình mô phỏng mạng và lưu lượng vào một trình mô phỏng duy nhất nhằm mục đích tương tác đầy đủ. Loại trình mô phỏng này được gọi là trình mô phỏng tích hợp như trong Hình 1.3, có khả năng để cả hai trình mô phỏng hoạt động và tương tác hoàn hảo. Một số ví dụ là MoVes, trình mô phỏng NCTUns và VISSIM.
Những hạn chế chủ yếu đến từ mạng lưới đơn giản hóa quá mức hoặc các mô hình di động. Ví dụ: một số trình mô phỏng chỉ có mô hình truyền sóng vô tuyến cơ bản với CSMA/CA là lớp MAC. Mô hình lớp PHY trong NS-3 tích hợp một số thành phần đặc trưng của VANET ở cấp độ gói. Một điểm khác biệt giữa nền tảng MATLAB và NS-3 trong mô phỏng VANET là cách triển khai lớp PHY.
Trình mô phỏng VANET dựa trên MATLAB được đề xuất trong luận án này thực hiện tất cả quá trình xử lý tín hiệu ở mức bit và truyền tín hiệu không dây bằng cách sử dụng Hộp công cụ hệ thống MATLAB WLAN như trong MATLAB, giúp tăng độ chính xác khi so sánh với NS3 về tỷ lệ lỗi bit mô hình ở đầu thu. Hơn nữa, trong mô hình MATLAB/Simulink, việc thay thế kênh không dây mô phỏng bằng phần cứng vô tuyến thực như USRP là khả thi. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Trang Người hướng dẫn: ThS. Ngô Thị Minh Hương 9 Nghiên cứu ứng dụng mạng Vanet trong mô phỏng mạng xe cộ kết hợp với các hoạt động đa kênh 1.