Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong mạng VANET

Trang 1

hệ thống giao thông là rất thực tế và hữu dụng Nhờ công nghệ này, tình trạng tắcđường, tai nạn giao thông sẽ được kiểm soát Việc thu phí đường cũng trở nên nhanhgọn và dễ kiểm soát hơn mà không cần tốn nhân lực.

Với đồ án 9, em chọn đề tài “Mạng VANET và các giao thức định tuyến trong

mạng VANET” để có cái nhìn tổng quát về mạng VANET và các giao thức định

tuyến trong mạng Em cũng có sự so sánh giữa các giao thức trong mạng để có thểchọn giao thức thích hợp cho từng kịch bản mô hình mạng

Đồ án 9 gồm 3 chương

• Chương I: Tổng quan mạng về mạng không dây

• Chương II: Mạng VANET

• Chương III: Giao thức định tuyến trong mạng VANET

CHƯƠNG I

Trang 2

Tổng quan về mạng không dây

1.1. Các mô hình mạng không dây

1.1.1. Giới thiệu về mạng không dây

Trong hơn 25 năm qua, sự phát triển của Internet cũng như các công nghệ khôngdây đã có ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống của con người trên toàn thế giới Hai nhân

tố này đã làm thay đổi cách con người liên lạc với nhau, cách họ làm việc, cách họhưởng thụ cuộc sống thông qua các loại hình giải trí mới

Với sự ra đời của mạng thông tin di động tế bào, chúng ta đã chứng kiến sự tăngvọt về nhu cầu dịch vụ không dây và di động Chúng ta đã và đang chứng kiến sự pháttriển đến chóng mặt của mạng không dây Năm 2002 đánh dấu thời điểm lịch sử củamạng viễn thông với số thuê bao di động vượt qua số thuê bao cố định Theo ITU,tháng 9 năm 2005, số thuê bao di động trên thế giới đã vượt con số 2 tỷ Theo thống

kê của GSA (Global mobile Suppliers Association) gần đây, con số này đã vượt 3 tỷ.Tuy nhiên, lịch sử của mạng tế bào còn rất ngắn ngủi Nó mới trải qua 3 thế hệ và ởnhiều quốc gia nó vẫn còn đang ở thế hệ thứ 2

Trong mạng thông tin di động tế bào, mỗi một thập kỷ chứng kiến một thế hệmạng mới Thế hệ đầu tiên (1G) khởi đầu từ những năm 1980 Đó là thế hệ điện thoại

di động analog Thế hệ thứ hai (2G) bắt đầu nổi lên từ những năm đầu của thập kỷ 90.Thế hệ thứ 2 là công nghệ di động kỹ thuật số, cung cấp dịch vụ voice và cả data Thế

hệ thứ 3 (3G) bắt đầu từ năm 2001 ở Nhật, đặc trung bởi dịch vụ thoại, dữ liệu và đaphương tiện với tốc độ cao Hệ thống tiền 4G, những viên đá tảng cho thế hệ 4G, hyvọng sẽ được thương mại hóa vào thời gian tới tại Việt Nam

Trang 3

Hình 1.1 Con đường phát triển của các công nghệ mạng tế bào

Trong 10 năm qua, công nghệ mạng không dây (vô tuyến) đã phát triển với tốc độchóng mặt Có rất nhiều loại hình mạng, nhiều công nghệ, nhiều chuẩn vô tuyến đã vàđang được chuẩn hóa

Ở Việt Nam, công nghệ mạng không dây gần gũi nhất với nhiều người đó là côngnghệ mạng thông tin di động tế bào Tên thông dụng mà chúng ta thường gọi đó làmạng GSM/CDMA hay UMTS/WCDMA/CDMA2000… Bên cạnh đó là mạng cục

bộ không dây WLAN sử dụng công nghệ Wifi 802.11 và các chuẩn khác nhau củaWifi a/b/g/k/m… Hiện nay những chiếc điện thoại di động cũng được trang bị côngnghệ Bluetooth để truyền tải thông tin giữa các điện thoại di động hay giữa điện thoại

di động và máy tính với nhau

1.1.2. Phân loại mạng không dây

Về cơ bản, mạng không dây có thể chia làm hai loại chính: thứ nhất là mạng hạtầng có các cổng kết nối hữu tuyến và cố định thường được gọi là các điểm truy cập.Các thiết bị di động trong mạng kết nối và liên lạc với điểm truy cập gần nhất nằm

Trang 4

trong bán kính truyền thông của nó; thứ hai là mạng Adhoc, là một tập hợp các nútmạng di động không dây nằm phân tán về mặt địa lý tạo thành một mạng tạm thời màkhông sử dụng bất cứ cấu trúc hạ tầng mạng có sẵn hay sự quản lý tập trung nào Cácnút mạng liên hết với nhau qua môi trường vô tuyến mà không cần các bộ định tuyến

cố định vì vậy mỗi nút mạng phải đóng vai trò như một bộ định tuyến di động cótrang bị bộ thu phát không dây Các bộ định tuyến tự do di chuyển một cách ngẫunhiên và tự tổ chức một cách tùy tiện vì vậy cấu hình không dây của mạng thay đổinhanh chóng và không thể đoán trước được Mạng như vậy có thể hoạt động độc lậphoặc kết nối với các mạng hạ tầng tạo thành mạng toàn cầu

1.2. Mạng cơ sở hạ tầng

1.2.1. Giới thiệu chung về mạng cơ sở hạ tầng

Mạng cơ sở hạ tầng là mô hình mạng của mạng WLAN đã có bằng cách sử dụngcác Access Point, các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao tiếpvới các điểm truy cập Điểm truy cập AP đóng vai trò vừa là cầu nối của WLAN vớicác mạng khác, vừa là trung tâm điều khiển sự trao đổi thông tin trong mạng Điểmtruy cập giúp truyền và nhận dữ liệu giữa các thiết bị trong một vùng lớn Phạm vi và

số thiết bị trong mạng cơ sở hạ tầng tùy thuộc vào chuẩn sử dụng và sản phẩm của cácnhà sản xuất Trong mô hình mạng cơ sở hạ tầng có thể có nhiều AP để tạo ra mộtmạng hoạt động trên phạm vi rộng hay chỉ có duy nhất một Access Point cho phạm vinhỏ như một căn nhà, một tòa nhà

Trang 5

Hình 1.2 Mô hình mạng cơ sở hạ tầng

1.2.2. Đặc điểm của mạng cơ sở hạ tầng

• Tính cơ động: Đặc điểm khác biệt ràng và cũng là ưu điểm của mạng cơ sở hạ

tầng đó chính là tính cơ động Các máy trạm (PDA, Laptop, PC,…) trong mạng

có thể di chuyển linh hoạt trong phạm vi vùng phủ sóng Hơn thế nữa, nếu cónhiều mạng, các máy trạm sẽ tự động chuyển kết nối khi đi từ mạng này sangmạng khác Điều này rất thuận tiện khi đi du lịch, công tác, hay khi di chuyểntới sân bay vẫn có thể gửi nhận email hay bất cứ lúc nào khác trong khi ngồichờ tại sân bay, thuận lợi cho các doanh nghiệp là những người hay di chuyển

mà luôn cần có kết nối mạng

• Cài đặt đơn giản và giá rẻ: Chi phí triển khai mạng cơ sở hạ tầng rẻ vì WLAN

không dùng cáp Việc cài đặt cũng dễ dàng hơn, không bị ảnh hưởng bởi cácchướng ngại vật Nhiều quốc gia đã khuyến nghị khi mở rộng hay nâng cấpmạng nên tránh dùng cáp trong các tòa nhà Với mạng WLAN người sử dụng

có thể di chuyển trong mạng với khoảng cách cho phép, nếu người sử dụng rakhỏi phạm vi mạng, hệ thống của người sử dụng sẽ nhận biết mạng khác để đápứng yêu cầu

• Nhiễu: Do truyền thông qua môi trường sóng vì vậy sẽ có rủi ro nhiễu từ các

sản phẩm khác sử dụng chung một tần số

• Bảo mật: Việc vô tình truyền dữ liệu ra khỏi mạng của công ty mà không thông

qua lớp vật lý điều khiển khiến người khác có thể nhận tín hiệu và truy cậpmạng trái phép Tuy nhiên mạng WLAN có thể dùng mã truy cập mạng đểngăn cản truy cập, việc sử dụng mã tùy thuộc vào mức độ bảo mật mà ngườidùng yêu cầu Ngoài ta người ta có thể sử dụng việc mã hóa dữ liệu cho vấn đềbảo mật

1.3. Mạng ADHOC

1.3.1. Giới thiệu chung về mạng Adhoc

Mạng Adhoc là một tập hợp các nút mạng di động không dây, nằm phân tán vềmặt địa lý tạo thành một mạng tạm thời mà không sử dụng bất cứ cấu trúc hạ tầngmạng có sẵn hay quản lý tập trung nào Mối thiết bị kết nối trực tiếp với các thiết bị

Trang 6

khác trong mạng, các nút di động trao đổi trực tiếp với nhau thông qua một bộ biếnđổi vô tuyến Về cơ bản, hai máy tính được thêm Card adapter vô tuyến có thể hìnhthành một mạng độc lập khi chúng ở trong dải tần của nhau Mô hình này thích hợpcho việc kết nối một nhóm nhỏ các thiết bị và không cần giao tiếp với các hệ thốngmạng khác, như trong các hội nghị thương mại hoặc trong các nhóm làm việc tạmthời Các mạng hình thành theo nhu cầu như vậy không nhất thiết phải quản lý haythiết lập cấu hình từ trước Nút di động có thể truy cập vào các tài nguyên của máykhác mà không trải qua một máy trung tâm Tuy nhiên, chúng có thể có những nhượcđiểm vùng phủ sóng bị giới hạn, mọi người sử dụng đều nghe được lẫn nhau.

Trang 7

• Tính di động: có thể truy cập dữ liệu khi đang di chuyển, nâng cao hiệu quả

truy suất dữ liệu

• Tốc độ triển khai nhanh và dễ dàng: không gặp phải những vấn đề về lắp đặt

cáp mạng

• Tính mềm dẻo: có thể thiết lập những nhóm mạng nhỏ một cách nhanh chóng,

việc mở rộng mạng là dễ dàng vì môi trường mạng sẵn có ở mọi nơi

• Chi phí: chi phí có thể giảm khi sử dụng kỹ thuật không dây, thiết bị hoạt động

theo chuẩn 802.11 có thể dùng để tạo cầu nối không dây giữa hai tòa nhà; đểthiết lập một cầu nối không dây càn những chi phí ban đầu như thiết bị ngoàitrời, các điểm truy cập và những giao tiếp không dây

• Mạng Adhoc bị giới hạn về khả năng của CPU, bộ nhớ, dung lượng pin vàbăng thông Khi năng lượng sử dụng bị giới hạn kéo theo thời gian về khả năngtruyền dẫn

1.3.3. Ứng dụng của mạng Adhoc

Adhoc được ứng dụng cho hội thảo, ứng dụng trong quân sự Nó cũng được sửdụng trong trường hợp triển khai cơ sở hạ tầng mạng là khó khăn Ví dụ như: kháchhàng có thể chia sẻ tệp tin dữ liệu ở sân bay, sinh viên trao đổi thông tin với nhautrong tiết học,… Khi máy tính di động giao tiếp thông qua giao diện mạng LAN vôtuyến, thì nhóm các máy tính đó hình thành mạng Adhoc, khi đó máy tính có thể truycập Internet, tài nguyên trên mạng như máy in, máy scan…

• Dịch vụ khẩn cấp: Bất kỳ đâu có trường hợp khẩn cấp xảy ra đều cần có sự kết

hợp các nhân viên cứu hộ Giải pháp thông thường là dùng thiết bị không dây.Tuy nhiên, khi cơ sở hạ tầng bị hỏng hoặc không còn hoạt động thì giải pháp làgì? Adhoc chính là câu trả lời nhanh nhất và phù hợp nhất Điều này có thểkhông có ý nghĩa với khu vực tổn thất nhỏ, tuy nhiên với thảm họa thiên nhiên

có khu vực ảnh hưởng tàn phá rộng lớn, việc liên lạc rất quan trọng nên Adhoctrở thành giải pháp hữu ích

• Hội nghị: Trong hội nghị, hội thảo cần trao đổi thông tin giữa các đại biểu hoặc

với các hội nghị khác Đây là một nhu cầu lớn trong thời đại phát triển nhanh

Trang 8

về thông tin như hiện nay, khi mà giải pháp home network chưa thật sự sẵnsàng.

• Mạng gia đình: Việc sử dụng kỹ thuật của mạng Adhoc cho phép chúng tự cấu

hình và hình thành mạng, hơn nữa, nếu ta có nhu cầu sử dụng máy tính ở công

sở, trường học thì khối lượng thông tin quản lý mạng giảm xuống rõ rệt

• Mạng cá nhân: Ở thời đại thông tin thì một ngời cần mang theo nhiều công cụ

hỗ trợ cho công việc (điện thoại, máy tính,…) khi chúng được liên kết với nhauhình thành mạng cá nhân PAN thì rõ ràng mang lại nhiều tiện ích hơn chongười sử dụng PAN là mạng di động do con người không thể ngồi yên một chỗ,tuy nhiên khi kết nối với mạng PAN khác cần trợ giúp cả Adhoc

• Hệ thống nhúng: Ngày càng có nhiều máy móc cần kết nối với những vật xung

quanh kéo theo nhu cầu của mạng Adhoc Nó có thể là đồ chơi có khả năng kếtnối mạng, tương tác được với home network để tìm kiếm dữ liệu trên internethoặc có thể kết nối với điện thoại, có thể điều chỉnh volume của TV khi cócuộc gọi đến… đáp ứng nhiều nhu cầu của người sử dụng

• Mạng cảm biến: Mạng cảm biến không dây là một ứng dụng điển hình của

Adhoc Hiện nay đã có những quan tâm đáng kể cho sự phát triển kiểu mạngnày, chủ yếu là trong quân sự, công an, tình báo, khảo cổ học, nghiên cứu địalý… Các bộ cảm biến có kích thước nhỏ nhưng khả năng truyền thông và lưutrữ tương đối tốt Trong quân sự đa số dùng những máy móc hiện đại nhưngkích cỡ gần như hạt bụi nên đối phương rất khó phát hiện và phá hủy chúng.Trong lĩnh vực y tế, các bộ cảm biến cho phép giám sát liên tục thông tin tiêuchuẩn về sự sống Trong công nghệ thực phẩm, kỹ thuật nhịp cảm biến được ápdụng để giám sát chất lượng có thể giúp ngăn ngừa các sản phẩm không đạt yêucầu nên tăng mức thỏa mãn cho khách hàng Trong nông nghiệp, các bộ cảmbiến có thể giúp xác định chất lượng đất trồng và độ ẩm, chúng cũng có thểphát hiện các hợp chất khác

Trang 9

CHƯƠNG II Mạng VANET

2.1. Tổng quan về mạng VANET

Mạng VANET (Vehicular Ad Hoc Network) là một công nghệ sử dụng các xe dichuyển như các nút trong một mạng để tạo nên một mạng di động VANET biến mỗi

xe tham gia giao thông thành một router hay một nút không dây, cho phép các xe này

có thể kết nối với các xe khác trong phạm vi bán kính từ 100 đến 300 mét, từ đó tạonên một mạng với vùng phủ sóng rộng Do các xe có thể đi ra khỏi vùng phủ sóng vàthoát khỏi mạng, trong khi những xe khác có thể tham gia, kết nối với các phương tiệnkhác trên một mạng Internet di động được tạo nên Trong thực tế, hệ thống đầu tiênđược tích hợp công nghệ này là các xe của cảnh sát và lính cứu hỏa nhằm liên lạc traođổi thông tin với nhau phục vụ cho công tác cứu hộ, đảm bảo an ninh trật tự

Trang 10

Hình 2.1 Mô hình mạng VANET

Thông tin trao đổi trong mạng VANET bao gồm thông tin về lưu lượng xe cộ, tìnhtrạng kẹt xe, thông tin về tai nạn giao thông, các tình huống nguy hiểm cần tránh và cảnhững dịch vụ thông thường như đa phương tiện, Internet,… Các xe sẽ liên lạc vớinhau (Car-to-Car Communication hay M2M (Machine-to-Machiner Comnunication)

để chia sẻ thông tin lẫn nhau

Mục đích chính của VANET là cung cấp sự an toàn và thoải mái cho hành khách.Các thiết bị điện tử đặc biệt được đặt bên trong các phương tiện giao thông sẽ cungcấp kết nối mạng Adhoc cho các hành khách Mạng này hướng đến hoạt động màkhông cần cấu trúc hạ tầng cho phép các liên lạc đơn giản Mỗi thiết bị hoạt độngtrong mạng VANET sẽ là một nút mạng có thể trực tiếp gửi nhận hoặc làm trung giantrong các phiên kết nối thông qua mạng không dây Xét trường hợp xảy ra ca trạmgiữa các phương tiện trên đường, các tín hiệu cảnh báo sễ được gửi đi thông qua mạngVANET tới các phương tiện tham gia giao thông, cùng với các công cụ tiện ích đểgiúp đỡ việc giải quyết sự cố, đảm bảo an toàn cho các phương tiện khác Người thamgia giao thông cũng có thể kết nối Internet thông qua mạng VANET, thậm chí có thể

sử dụng các dịch vụ đa phương tiện như trao đổi thông tin hình ảnh, video, gọi điệnvideo Ngoài ra, thông qua mạng VANET, các phương tiện tham gia giao thông có thể

tự động thanh toán các cước phí như phí gửi xe, phí cầu đường,…

Đặc điểm của mạng VANET cũng giống với công nghệ hoạt động của mạngMANET đó là: quá trình tự tổ chức, tự quản lý, băng thông thấp và chia sẻ đườngtruyền vô tuyến

Tuy nhiên điểm khác biệt chính của VANET và MANET là ở chỗ: các node mạng(xe cộ) di chuyển với tốc độ cao và không xác định khi truyền tín hiệu cho nhau.Vấn đề đặt ra là chúng ta cần tìm hiểu, đánh giá giao thức định tuyến cho mạngVANET dựa trên kiến trúc mạng MANET để phù hợp với tính di động của các nodemạng trong mạng VANET

VANET là một mạng có những đặc tính riêng, cơ bản nhất là nó không yêu cầu cơ

sở hạ tầng như các hệ thống vô tuyến khác: không cần Base Station như những hệthống di động khác nhau (GSM CDMA, 3G); không cần bộ Access Point để hỗ trợcho Wifi và Wimax Về yếu tố khoảng cách, VANET có thể khắc phục được giới hạn

Trang 11

của truyền dẫn sóng vô tuyến nhờ vào các nút trung gian Tuy nhiên, do giao tiếp màkhông cần cơ sở hạ tầng, lại dùng biến đổi định tuyến qua nhiều tầng nên rất nhiềukhả năng bị “nghe trộm” hoặc là thông tin truyền đi có thể bị sai lệch Trong mạngviệc truyền tin tức giao thông giữa các xe với nhau là rất quan trọng, điều đó có thể cótác dụng tốt (nếu như thông tin được truyền đi phản ánh đứng tình hình giao thônghoặc các sự cô trên giao lộ) nhưng cũng có thể gây ra những tác động nguy hiểm khônlường (nếu như thông tin do một xe truyền đi là không chính xác hoặc sai lệch) Sở dĩnhư vậy vì khi thiết kế mạng này, thường thì các thông tin sẽ được phát quảng bá vàđược trung chuyển qua nhiều nút điều đó gây ra ảnh hưởng như “phản ứng dâytruyền”.

Hình 2.2 Hệ thống VANETCác đặc điểm của mạng VANET

• Các node mạng di chuyển với tốc độ cao: Nếu hai xe di chuyển ngược chiều

với tốc độ 25m/s (90km/h) và phạm vi truyền dẫn khoảng 250m thì kết nối giữahai xe chỉ kéo dài khoảng 5s

• Thường xuyên ngắt kết nối mạng: Như giả thiết nêu trên thì sau 5s hai chiếc xe

đã ngắt kết nối với nhau, để đảm bảo kết nối thông suốt thì chúng ta phải thiếtlập liên kết khác với xe gần đó Trong các trường hợp ngắt kết nối như vậy, đặc

Trang 12

biệt trong khu vực mật độ xe thấp thì thường xuyên xảy ra việc ngắt kết nốimạng, giải pháp là phải có các node mạng chuyển tiếp.

• Mô hình chuyển động và dự đoán: Chúng ta cần các thông tin về vị trí các node

và sự chuyển động của chúng, rất khó để đoán chuyển động của các xe Để kiếntrúc mạng hoạt động hiệu quả chúng ta cần phải nghiên cứu mô hình chuyểnđộng và dự đoán chuyển động từ trước

• Môi trường truyền thông tin: Mô hình các node (xe) chuyển động trên hệ thống

đường cao tốc, chuyển động một chiều điều này là dễ dự đoán được nhưng cấutrúc đường phố, mật độ xe, tòa nhà, cây cối lại gây ra cản trở quá trình truyềnthông tin

• Hạn chế trễ cứng: Các vấn đề an toàn (tai nạn, phanh xe,…) của node mạng

phải thông báo đến các node mạng liên quan Điều này đơn giản không thể thỏahiệp với trễ dữ liệu cứng trong vấn đề này Do đó tốc độ dữ liệu cao không làvấn đề quan trọng cho VANET như việc khắc phục các vấn đề về hạn chế sựchậm của trễ cứng

• Tương tác với onboard cảm biến: Cảm biến này sẽ giúp cung cấp các vị trí nút

và chuyển động của các node để sử dụng cho liên kết truyền thông hiệu quả vàmục đích định tuyến

2.2. Các thách thức của mạng VANET

VANET là một ví dụ cụ thể của mạng MANET, MANET có cơ sở hạ tầng cố định

và dựa trên các nút ban đầu để hình thành định tuyến và các chức năng quản lý mạng.Tuy nhiên, mạng xe cộ hoạt động khác hơn sơ với mạng MANET thông thường Cáchạn chế về di động, tốc độ cao tạo nên điểm đặc biệt của VANET Những đặc điểmnày có ý nghĩa quan trọng trong thông tin liên lạc giữa các xe

• Vận tốc nút

Một trong những khía cạnh quan trọng nhất của tính di động trong VANET là vậntốc nút thay đổi liên tục Trong trường hợp này, các nút biểu thị cho các xe hoặc cácthiết bị bên đường (RSU) Vận tốc nút có thể biến đổi từ 0 (cho các RSU đặt cố định,hoặc các xe đang đứng yên, tắc đường) cho đến mức xe chuyển đông 200 km/h Đặcbiệt, điều này gây ra thách thức lớn cho thông tin liên lạc Trong trường hợp vận tốc

Trang 13

nút cao, cửa sổ liên lạc wireless sẽ rất ngắn do phạm vi truyền tương đối nhỏ (khoảngvài trăm mét) Ví dụ, hai ô tô chuyển động ngược chiều nhau với vận tốc90km/h=25m/s, giả định khả năng truyền của mỗi nút là 300m thì chúng có thể chỉgiao tiếp trong 2s.

Hơn nữa, các máy thu phát còn gặp phải các hiện tượng như hiệu ứng Droppler.Trong việc xem xét các vấn đề liên quan đến phương tiện truyền thông, việc sử dụngcác giao thức định tuyến dự trên topo mạng không phù hợp (do cấu trúc mạng thayđổi nhanh và khi xe chuyển động với tốc độ cao thì có thể thất bại), ngay cả khi cóđầy đủ các thiết lập Tuy nhiên, khi các nút chuyển động chậm, nghĩa là topo mạng ổnđịnh, nhưng mật độ xe cộ lại cao, các kết quả khả thi hơn

• Mô hình chuyển động

VANET được đặc trưng bởi số nút di động (tức là theo tốc độ xe ô tô) Tính diđộng có thể ảnh hưởng ít hay nhiều dựa vào cấu trúc đường phố (đường phố nhỏ,đường cao tốc) Các xe không chuyển động lộn xộn, mà nó được xác định trước,thường theo hai hướng Thông thường có 3 loại đường:

- Đường thành phố: Trong thành phố, mật độ xe cao, có nhiều đường nhỏ, nhưng

cũng có nhiều đường lớn Nút giao thông phân cách thành nhiều phần Thôngthường có nhiều tòa nhà bên đường nên truyền Adhoc có thể bị hạn chế

- Đường nông thôn: Những đường ở nông thôn thông thường lớn hơn ở thành

phố, ít các nút giao thông, ít các nhà cao tầng hơn thành phố Điều kiện giaothông thường không cho phép hình thành một mạng lưới vì ít xe trên đường

- Đường cao tốc: Đường cao tốc hình thành một con đường nhiều làn xe, trong

đó có phân đoạn rất lớn xác định lối ra của đường Ở đây lưu lượng truy cập tốc

độ cao Một nút có thể nhanh chóng vào hoặc thoát ra khỏi mạng trong khoảngthời gian rất ngắn nên dẫn đến mạng phân vùng và thay đổi liên kết

• Mật độ nút cao

Ngoài tốc độ và mô hình di chuyển, mật độ nút cũng là một phần quan trọng củamạng xe cộ Trong một mạng, số lượng các xe trong khoảng hàng chục, thậm chí hàngtrăm Nếu chúng ta bị kẹt xe trên đường cao tốc với 4 làn xe, mỗi xê cách nhau

Trang 14

khoảng 20 mét và khoảng vô tuyến là 300 mét, về mặt lý thuyết mỗi xe sẽ có 120 xetrong phạm vi truyền dẫn của mình.

Trong trường hợp mật độ rất thấp, không thể ngay lập tức mà có thể truyền tảiđược các bản tin Trong trường hợp này, có thể lưu trữ, chuyển tiếp thông tin khi xegặp nhau

2.3. Cấu trúc hệ thống mạng VANET

Hình 2.3 Cấu trúc hệ thống mạng VANET

Một kiến trúc hệ thống mạng VANET bao gồm các domain và nhiều thành phầnriêng rẽ như Hình 2.3 Hình 2.3 cho thấy 3 domain (gồm trong xe, Adhoc, cơ sở hạtầng) và các thành phần riêng rẽ (đơn vị ứng dụng, đơn vị trên xe và đơn vị bênđường)

Trang 15

• Trong xe: Bao gồm một OBU và nhiều AU bên trong một chiếc xe AU thực hiện một

tập hợp các ứng dụng sử dụng khả năng giao tiếp của OBU Một OBU được trang bịmột thiết bị truyền thông (tầm ngắn) cho an toàn, có khả năng lựa chọn các thiết bịliên lạc (giao tiếp an toàn và không an toàn) Sự khác biệt giữa AU và OBU là logic,chúng cũng có thể trong cùng một đơn vị vật lý

• Adhoc: Miền Adhoc bao gồm các loại xe được trang bị OBU và trên đường có các

RSU để hình thành mạng VANET OBU hình thành một mạng lưới cho phép giao tiếpgiữa các nút Nếu tồn tại kết nối không dây OBU trực tiếp giao tiếp, sử dụng đa hop

để chuyển tiếp dữ liệu

• Cơ sở hạ tầng: Cơ sở hạ tầng bao gồm RSU và các điểm nóng không dây (HT), các xe

có thể truy cập cho các ứng dụng an toàn và không an toàn RSU truy cập Internetthường được thiết lập bởi các quản trị viên và các cơ quan khác Hai loại truy nhập cơ

sở hạ tầng, RSU và HT, tương ứng với các loại ứng dụng khác nhau Không phảiRSU, cũng không phải HT truy cập Internet, mà OBU có thể giao tiếp với mạng diđộng (GSM, GPRS, UMTS, HSDPA, WiMax, 4G) được tích hợp ở OBU, đặc biệt làcác ứng dụng an toàn

On – Board Unit (OBU)

OBU được đặt trên xe để đáp ứng giao tiếp V2V và V2I Nó cũng cung cấp dịch

vụ truyền thông AU và chuyển tiếp dữ liệu thay cho OBU khác trong mạng Adhoc.Một OBU được trang bị ít nhất một giao tiếp không dây tầm ngắn dựa trên công nghệ802.11p Thiết bị mạng được sử dụng để gửi, nhận và chuyển tiếp các dữ liệu liênquan trong mạng Adhoc Một OBU có thể trang bị nhiều thiết bị mạng, ví dụ: truyềnkhông an toàn, dựa trên công nghệ vô tuyến khác theo tiêu chuẩn IEEE 802.11a/b/g/n.Các chức năng OBU và thủ tục bao gồm truy cập vô tuyến không dây, định tuyến dựavào vị trí địa lý, điều khiển tắc nghẽn mạng, chuyển dữ liệu an ninh quan trọng…

Road – Side Unit (RSU)

RSU là một thiết bị vật lý có các vị trí cố định trên đường hoặc các vị trí chuyêndụng như trạm xăng, bãi đỗ xe, nhà hàng Một RSU được trang bị ít nhất một thiết bịmạng giao tiếp không dâynm tầm ngắn dựa trên IEEE 802.11p Một RSU cũng có thểđược trang bị các thiết bị mạng khác để cho phép liên lạc với một mạng lưới cơ sở hạtầng Tổng quan về RSU như sau:

Trang 16

o Mở rộng phạm vi giao tiếp của mạng Adhoc có nghĩa là phân phối lại thôngtin để các OBU cùng với RSU có thể chuyển tiếp, phân phối thông tin antoàn.

o Chạy các ứng dụng an toàn, chẳng hạn như cảnh báo cho V2I (cảnh báo cầuthấp, công trường thi công,…) và hoạt động như nguồn và nhận

o Cung cấp kết nối Internet cho OBU

Hình 2.4 RSU mở rộng khoảng giao tiếp

Hình 2.5 RSU như là một nguồn thông tin

Trang 17

Hình 2.6 RSU cung cấp dịch vụ Internet để OBU truy cập

CHƯƠNG III Giao thức định tuyến trong mạng VANET

3.1. Yêu cầu của các giao thức định tuyến trong mạng VANET

Trong mạng VANET, mọi nút mạng đều có khả năng di chuyển nên sẽ không cómột nút mạng nào cố định để điều khiển chức năng mạng trung tâm Do đó, vấn đềđược quan tâm đặc biệt là làm thế nào để các nút mạng “bắt tay nhau” và duy trì đượcquá trình truyền thông mà không lãng phí tài nguyên mạng Đã có nhiều đề xuất vàgiải pháp định tuyến được đưa ra cho mạng VANET Các giao thức đó đều tập trungvào giải quyết những hạn chế đặc biệt của mạng này, đó là vấn đề băng thông thấp, tỷ

lệ lỗi cao, năng lượng và khả năng tính toán của thiết bị thấp

Trang 18

• Hoạt động phân tán: Giao thức cần hoạt động phân tán, không phụ thuộc vào

nút mạng điều khiển tập trung

• Đường định tuyến hở: Để nâng cao chất lượng hoạt động, giao thức định tuyến

cần đảm bảo đường định tuyến cung cấp là đường mở, điều này sẽ làm giảmlãng phí băng thông và năng lượng tiêu thụ CPU

• Hoạt động dựa trên yêu cầu: Mục đích chính để tối thiểu hóa phần thông tin

điều khiển trong mạng, giao thức định tuyến chỉ tìm đường khi cần thiết vàkhông quảng bá liên tục

• Hỗ trợ các liên kết một chiều: Kết hợp với các liên kết hai chiều làm tăng chất

lượng của giao thức định tuyến

• Bảo mật: Sử dụng các phương pháp bảo mật cho mạng không dây để đảm bảo

an toàn cho thông tin trong quá trình truyền dẫn