(Luận án tiến sĩ) nâng cao hiệu năng trong mạng vanet bằng việc cải tiến phương pháp điều khiển truy cập

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGUYỄN HOÀNG CHIẾN NÂNG CAO HIỆU NĂNG TRONG MẠNG VANET BẰNG VIỆC CẢI TIẾN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬP LUẬN ÁN TIẾN SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGUYỄN HOÀNG CHIẾN NÂNG CAO HIỆU NĂNG TRONG MẠNG VANET BẰNG VIỆC CẢI TIẾN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬP LUẬN ÁN TIẾN SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN Mã số: 48 01 04 Người hướng dẫn Xác nhận Học viện Khoa học Công nghệ Hà Nội – 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sĩ với tiêu đề "Nâng cao hiệu mạng VANET việc cải tiến phương pháp điều khiển truy cập" cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn PGS.TS Phạm Thanh Giang Các kết quả, số liệu trình bày luận án trung thực, phần công bố Tạp chí Kỷ yếu Hội thảo khoa học chuyên ngành nước quốc tế Luận án có tham khảo sử dụng số thông tin từ nguồn sách, tạp chí luận án liệt kê danh mục tài liệu tham khảo Hà Nội, ngày tháng năm 2023 NGHIÊN CỨU SINH Nguyễn Hoàng Chiến ii LỜI CẢM ƠN Nội dung luận án thực Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Nghiên cứu sinh xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Thanh Giang, người tận tình hướng dẫn, định hướng cho trình nghiên cứu thực luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp quý báu qua buổi seminar định kỳ hàng tháng quý Thầy Cơ, chun gia, NCS nhóm nghiên cứu Công nghệ mạng Truyền thông Viện Công nghệ thông tin Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Cơng nghệ thơng tin, Phịng Tin học Viễn thông tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu thực luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp, Bộ Công Thương đồng nghiệp Khoa Công nghệ thông tin tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành luận án nghiên cứu Cuối biết ơn sâu sắc tới gia đình ln chia sẻ, cảm thơng, khích lệ tinh thần để tơi hồn thành luận án NGHIÊN CỨU SINH Nguyễn Hoàng Chiến iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .xiii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xv MỞ ĐẦU CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET .8 1.1 Giới thiệu mạng không dây Ad hoc 1.2 Giới thiệu mạng VANET 10 1.2.1 Kiến trúc VANET 12 1.2.2 Các mơ hình truyền thơng VANET 13 1.2.3 Đặc điểm mạng VANET 14 1.2.4 Các ứng dụng mạng VANET 15 1.2.5 Yêu cầu VANET .17 1.2.6 Thách thức mạng VANET 18 1.3 Các thành phần giao thức VANET 18 1.3.1 Lớp vật lý IEEE 802.11p 20 1.3.2 Lớp MAC IEEE 802.11p 21 1.3.3 Giao thức IEEE 1609.4 28 1.4 Hiệu mạng VANET 30 1.4.1 Khái niệm hiệu 30 1.4.2 Các độ đo hiệu mạng .30 1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu .31 1.4.4 Phương pháp đánh giá hiệu mạng VANET 35 1.5 Kết luận Chương 38 CHƯƠNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG VANET 39 iv 2.1 Điều khiển tắc nghẽn mạng VANET 39 2.1.1 Nguyên lý điều khiển tắc nghẽn 39 2.1.2 Kiến trúc điều khiển tắc nghẽn xuyên lớp 40 2.1.3 Phương pháp phát tắc nghẽn 41 2.1.4 Phương pháp điều khiển tắc nghẽn 42 2.2 Một số vấn đề điều khiển tắc nghẽn tồn chế truyền quảng bá mạng VANET 2.3 44 Hướng tiếp cận giải vấn đề điều khiển tắc nghẽn 46 2.3.1 Hướng tiếp cận theo phương pháp dựa tốc độ truyền 46 2.3.2 Hướng tiếp cận theo phương pháp dựa công suất 48 2.3.3 Hướng tiếp cận theo phương pháp dựa CSMA/CA 50 2.3.4 Hướng tiếp cận theo phương pháp dựa độ ưu tiên lập lịch 51 2.3.5 Hướng tiếp cận theo phương pháp lai 53 2.3.6 Một số phân tích đánh giá 56 2.4 Hướng tiếp cận định hướng nghiên cứu luận án 58 2.5 Kết luận Chương 60 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN CỬA SỔ TƯƠNG TRANH THÍCH ỨNG ĐỂ CẢI THIỆN TỶ LỆ NHẬN THÀNH CÔNG CÁC THÔNG BÁO AN TOÀN TRONG MẠNG VANET 3.1 3.2 Đặt vấn đề 61 Một số nghiên cứu liên quan 63 3.3 Giải pháp điều khiển cửa sổ tương tranh thích ứng ACWC 67 3.3.1 Phương pháp giám sát lưu lượng quảng bá mạng 67 3.3.2 Cấu trúc liệu ghi nhận lưu lượng quảng bá mạng 70 3.3.3 Phương pháp tính tỷ lệ nhận 71 3.3.4 Thuật toán điều khiển cửa sổ tương tranh thích ứng 72 3.4 3.5 61 Mô kết 75 3.4.1 Thiết lập mơ hình mạng tham số mơ 75 3.4.2 Các độ đo hiệu 78 3.4.3 Phân tích đánh giá kết mơ 80 Kết luận Chương 83 v CHƯƠNG THIẾT KẾ CỬA SỔ TƯƠNG TRANH TRƯỢT THÍCH ỨNG ĐỂ GIẢM THIỂU TỶ LỆ XUNG ĐỘT THÔNG BÁO AN TOÀN TRONG MẠNG VANET 84 4.1 Đặt vấn đề 84 4.2 Một số nghiên cứu liên quan 85 4.3 Giải pháp điều khiển cửa sổ tương tranh trượt thích ứng ASCWC 90 4.3.1 Cơ chế điều khiển truy cập ưu tiên 91 4.3.2 Thuật toán điều khiển cửa sổ tương tranh trượt thích ứng 93 4.4 Đánh giá kết bằng mô 95 4.4.1 Các tham số mô 95 4.4.2 Các độ đo hiệu 98 4.4.3 Kết mô 99 4.4.4 Phân tích kết mơ 107 4.5 Kết luận Chương 108 KẾT LUẬN 110 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 PHỤ LỤC 124 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu AC Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt Access Category Danh mục truy cập ACK ACKnowledgement Xác nhận ACS Awareness Control Strategy Phương pháp điều khiển nhận thức Adaptive Contention Window Điều khiển cửa sổ tương tranh thích Control ứng ACWC AIFS AIFSN AMRC AN Arbitration InterFrame Space Khoảng thời gian khung tin liệu Arbitration InterFrame Space Số khoảng thời gian khung Number tin trọng tài Adaptive Message Rate Control Điều khiển tốc độ thơng báo thích ứng Actual Number Số thực tế Adaptive Sliding Contention Điều khiển cửa sổ tương tranh trượt Window Control thích ứng Adaptable Offset Slot Khe dịch chuyển thích ứng AP Access Point Điểm truy nhập AT ATtenuation Sự suy giảm Adaptive Traffic Beacon Tín hiệu giao thơng thích ứng A Vehicle Oriented Congestion Thuật tốn điều khiển tắc nghẽn Control Algorithm hướng phương tiện Average Waiting Time Thời gian chờ trung bình ASCWC AOS ATB AVOCA AWT Nỗ lực tối đa, ký hiệu kiểu BE Best Effort liệu đa phương tiện IEEE 802.11e BEB Binary Exponential Backoff Thủ tục quay lui hàm mũ nhị phân BK BPSK BacKground Binary Phase Shift Keying nền, ký hiệu kiểu liệu đa phương tiện IEEE 802.11e Điều chế pha nhị phân vii BRR Beacon Reception Rate Tỷ lệ tiếp nhận tín hiệu BSS Basic Service Set Bộ dịch vụ sở Basic Service Set Identifier Định danh dịch vụ sở BSSID CABS Context Aware Beacon Scheduling Lập lịch tín hiệu theo ngữ cảnh CBR Channel Busy Ratio Tỷ lệ kênh truyền bận CCA Clear Channel Assessment Xác định kênh rỗi CCH Control Channel Kênh điều khiển CDMA Code Division Multiple Access Truy nhập kênh phân chia theo mã C2C-CC Car to Car Communication Hiệp hội truyền thông xe với xe Carrier Sense Multiple Access Điều khiển đa truy nhập cảm nhận with Collision Avoidance sóng mang có tránh xung đột Channel Monitoring and Khoảng thời gian định Decision Interval giám sát kênh truyền CS Channel State Trạng thái kênh CR Collision Rate Tỷ lệ xung đột CTS Clear To Send CW Contention Window Cửa sổ tương tranh DA Destination Address Địa chỉ đích DBM- Density Based Method for Phương pháp dựa mật độ để ACW Adjusting the CW size điều chỉnh kích thước CW CSMA/CA CMDI DCF DIFS DITRAC Distributed Coordination Function DCF InterFrame Space Dynamic Integrated TRAnsmission Control Gói tin thơng báo sẵn sàng để truyền Chức cộng tác phân tán Khe trống thời gian DCF Điều khiển truyền tích hợp động