Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật viễn thông: Ứng dụng Vanet để giảm thời gian di chuyển

Mạng VANET là một trường hợp đặc biệt của MANET, cung cấp sự truyền thông giữa các phương tiện gần kề và giữa các phương tiện với các thiết bị cố định gần nó, thông thường được gọi là th

GIỚI THIỆU

Tổng quan

Ngày nay, một số lượng lớn các loại ô tô tham gia giao thông làm gia tăng sự quan tâm trong việc phát triển các kỹ thuật truyền thông dành cho xe cộ Do đó, hệ thống vận tải thông minh (Intelligent Transport System – ITS) đã trở thành lĩnh vực nghiên cứu đầy cuốn hút trong những năm qua Nhiều công nghệ đã được đề xuất cho ITS nhằm tăng sự an toàn trên các tuyến đường và vận tải hiệu quả, trong đó truyền thông vô tuyến dành cho phương tiện giao thông đã trở thành công nghệ rất quan trọng

Các mạng vô tuyến được chia thành hai dạng là mạng có cơ sở hạ tầng và mạng ad-hoc Hầu hết các mạng thông tin vô tuyến ngày nay là mạng có cơ sở hạ tầng bao gồm các mạng di động và mạng LAN không dây trong đó các trạm gốc sẽ quản lý các thiết bị đầu cuối di chuyển trong vùng phủ sóng của chúng Mặt khác, các mạng di động MANETs (Mobile Ad-hoc Networks) được sử dụng và quản lý mà không cần cơ sở hạ tầng thiết lập trước Các thiết bị đầu cuối trong MANET sẽ liên lạc trực tiếp với các thiết bị khác mà không thông qua một thiết bị quản lý trung tâm

Mạng VANET là một trường hợp đặc biệt của MANET, cung cấp sự truyền thông giữa các phương tiện gần kề và giữa các phương tiện với các thiết bị cố định gần nó, thông thường được gọi là thiết bị bên đường (Road Side Unit – RSU)

VANET giống MANET với mô hình mạng biến đổi nhanh vì sự di chuyển ở tốc độ cao của các phương tiện Tuy nhiên, không giống như MANET, tính di động của các phương tiện trong VANET bị ràng buộc bởi các tuyến đường định trước, vận tốc của phương tiện cũng bị ràng buộc theo giới hạn tốc độ, mức độ tắc nghẽn của tuyến đường và các cơ chế điều khiển lưu lượng (như đèn giao thông) Thêm vào đó, các phương tiện giao thông có thể được trang bị thiết bị phát sóng khoảng cách xa hơn, nguồn năng lượng mạnh hơn và có khả năng phục hồi, khả năng lưu trữ cao hơn Do đó, công suất xử lý và khả năng lưu trữ không phải là vấn đề trong mạng VANET.

Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay tình trạng tắc nghẽn giao thông là một vấn đề đang rất được quan tâm không chỉ ở nước ta mà trên toàn thế giới

Sự gia tăng nhanh chóng của phương tiện giao thông trong khi hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông chưa thể đáp ứng kịp, đặc biệt là tại các khu vực đô thị lớn

Theo một thống kê [1] từ năm 2000 đến nay số lượng ô tô được sản xuất để đáp ứng nhu cầu của con người là từ 40.000.000 đến 60.000.000 xe mỗi năm Nguyên nhân chính của tình trạng này là do tốc độ đô thị hóa tăng nhanh chóng Năm 1950 chỉ có 30% dân số sống tại thành thị thì đến năm 2014 con số này là 54% Theo ước tính đến năm 2050, số lượng người dân sinh sống tại thành thị sẽ tăng lên 66%, gây ra một áp lực rất lớn về cơ sở hạ tầng giao thông cho khu vực này

Tắc nghẽn giao thông không chỉ là vấn đề nghiêm trọng tại các nước phát triển mà ngay tại các nước đang phát triển tài xế cũng phải tiêu tốn rất nhiều thời gian vì tắc đường Mexico là thành phố nắm giữ vị trí đầu bảng về một trong những nơi kẹt xe nghiêm trọng nhất trên thế giới trong năm 2016[2] Với 22 triệu dân cư, các con đường phải tải thêm 59% lượng xe cộ vào giờ cao điểm Trung bình các tài xế phải bỏ ra 219 tiếng trong một năm, tương đương với gần 10 ngày đêm vì tắc đường

Tắc nghẽn giao thông còn gây ra tác hại đáng kể cho vấn đề ô nhiễm không khí, 23% lượng khí thải CO2 vào không khí là từ xe cộ, thông qua đó còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người Một nghiên cứu chỉ ra rằng trẻ em sống tại khu vực có lưu lượng giao thông cao thì khả năng bị bệnh ung thư cao gấp 6 lần Tiếng ồn cũng ảnh hưởng lớn đến huyết áp của trẻ em, tắc nghẽn giao thông gây căng thẳng thần kinh, khói bụi tại nơi tắc đường cao gấp 10 lần so với bình thường [3]

Trước thực trạng trên, hệ thống ITS đã được triển khai thử nghiệm tại nhiều nơi trên thế giới Người Mỹ đã bắt đầu nghiên cứu hệ thống ITS từ những đầu những năm 1970, sau đó Châu Âu và Nhật Bản cũng bắt tay vào nghiên cứu và hình thành 3 luồng nghiên cứu ITS chính trên thế giới Ngoài ra, một số nước cũng quan tâm và nghiên cứu có thể kể đến như Hàn Quốc, Trung Quốc, Singapore…Hội nghị ITS thế giới được tổ chức thường niên luân phiên tại 3 vùng châu Âu, châu Á và Mỹ [4]

ITS sử dụng các tiến bộ của công nghệ thông tin và viễn thông để liên kết giữa con người, hệ thống đường giao thông và phương tiện giao thông lưu thông trên đường thành một mạng lưới thông tin và viễn thông phục vụ cho việc lưu thông tối ưu trong đô thị cũng như đường cao tốc

ITS bao gồm: Con người, phương tiện tham gia giao thông, cơ sở hạ tầng giao thông là các thành phần chính của hệ thống, được liên kết chặt chẽ với nhau nhằm bảo đảm cho hệ thống giao thông đạt các mục tiêu sau:

 Giúp hoàn thiện kết cấu hạ tầng đường bộ và xử lý khẩn cấp các sự cố giao thông

 Hiện đại hoá các trạm thu phí tự động và trạm cân điện tử

 Giảm tai nạn, ùn tắc giao thông và giảm ô nhiễm môi trường

 Tiết kiệm thời gian, tiền bạc và nhiên liệu, tạo điều kiện thuận lợi tối đa cho việc đi lại và vận chuyển hàng hóa

 Quản lý các đường trục giao thông chính, điều tiết việc đi lại của phương tiện trên đường bằng biển báo điện tử

 Tạo ra hệ thống thông tin cho người đi đường, phổ cập văn hoá giao thông và hỗ trợ quá trình khai thác, điều hành hệ thống giao thông công cộng, chống tắc nghẽn

 Góp phần trong việc sản xuất các phương tiện thông minh, hạn chế ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả của thiết bị an toàn giao thông

Một số nhóm ứng dụng và dịch vụ của VANET được đề cập trong Hình 1.1 Căn cứ theo Tiêu chuẩn ISO 14813-1:2007 và Sổ tay ITS 2006 của Hiệp hội Đường bộ Thế giới [5]

Hình 1.1 - Các nhóm dịch vụ hệ thống ITS cung cấp.

Một số phương pháp giảm ùn tắc giao thông

Tình trạng ùn tắc giao thông không chỉ là vấn đề của riêng vài quốc gia mà đã mang tính toàn cầu Mỗi nước với những đặc thù về kinh tế, văn hóa, phân bố dân cư khác nhau nên hiện trạng giao thông cũng khác nhau Sau đây là một số chính sách và giải pháp đã được áp dụng tại các quốc gia và đã mang lại thành công nhất định

Một chính sách đơn giản để làm giảm ùn tắc giao thông đó là hạn chế việc gia tăng của các phương tiện giao thông, cũng như hạn chế việc lưu hành của phương tiện Một ví dụ điển hình như thành phố Bắc Kinh của Trung Quốc đã áp dụng thành công chính sách được gọi là “Số cuối cùng trên biển số xe” tại thế vận hội

Bắc Kinh 2008 Tất cả các xe được phân làm 5 nhóm theo số cuối cùng của biển số xe như (0;5), (1;6), (2;7), (3;8), (4;9) Mỗi nhóm trên bị cấm lưu thông vào khu vực trung tâm thành phố một ngày trong tuần Ví dụ như xe trong nhóm (0;5) bị cấm ngày thứ Hai, xe thuộc nhóm (1;6) bị cấm vào trung tâm thành phố ngày thứ Ba…Chính sách này đã làm giảm 40% lượng khí thải và 20% lưu lượng xe cộ trong ngày [6].Một chính sách khác được áp dụng ở Trung Quốc kể từ năm 2011 là giảm hạn ngạch cho các xe đăng ký mới, ví dụ trong một lần thực hiện đăng ký xe, có 665 người đăng ký xe mới nhưng chỉ có 1 người được chọn bằng cách lựa chọn ngẫu nhiên Tương tự như vậy là chính sách về giá đường tại thành phố London, thay vì hạn chế các xe lưu thông và xử phạt, chính quyền ở London đã tính phí xe chạy trong khu vực tắc nghẽn

Một phương pháp khác có vẻ cầu kỳ và tốn kém hơn, đó là thiết kế những phương tiện công cộng rất đặc biệt Điển hình như mẫu xe buýt khổng lồ chống tắc đường được thử nghiệm tại Trung Quốc vào giữa năm 2016, chiếc xe mang tên Transit Elevated Bus, chiếc xe này được thiết kế với chiều cao 5m, chiều dài 22m, chiều rộng 7.8m, thiết kế gầm cao cho phép các phương tiện giao thông di chuyển phía dưới Với sức chứa 1200 hành khách, sử dụng năng lượng thân thiện với môi trường, vận tốc tối đa là 60km/h Chiếc xe này mang đến kỳ vọng sẽ giúp cải thiện hơn tình hình giao thông tại Trung Quốc

Hình 1.2 - Xe buýt khổng lồ tại Trung Quốc [7]

Một ý tưởng khác đã được thực hiện tại các thành phố như Rio de Janeiro, Ankara hay New York, đó là những chiếc cáp treo vừa làm biện pháp để chống kẹt xe, vừa thu hút du khách Điển hình nhất là hệ thống MetroCable tại Medellin, Colombia - tuyến cáp treo công cộng đầu tiên trên thế giới

Hình 1.3 - Hệ thống cáp treo công cộng MetroCable tại Colombia [8]

Tuy các chính sách này tỏ ra có phần hiệu quả, phần nào giải quyết được tình trạng ùn tắc giao thông, nhưng ở mỗi quốc gia có hiện trạng giao thông riêng cộng với pháp chế và thực thi pháp luật khác nhau, nên khó có thể áp dụng giống như các chính sách trên để giảm ùn tắc

Một cách khác để làm giảm tắc nghẽn giao thông đó là việc áp dụng kỹ thuật thông tin và truyền thông (Information and Communication Technology - ICT) để tăng cường việc trao đổi thông tin giữa các xe tham gia giao thông, giúp các tài xế nắm được một cách đầy đủ hơn về tình hình giao thông trên đoạn đường mình sẽ di chuyển qua Ví dụ như trong hình 1.4 hệ thống tín hiệu giao thông thích ứng (Adaptive Traffic Signal Control – ATSC) [9] có thể điều chỉnh tín hiệu đèn giao thông để tối ưu lưu lượng xe trên mỗi đoạn đường, cơ sở của hệ thống này dựa trên việc thu thập thông tin thời gian thực dựa trên các vòng cảm ứng (induction loop)

Các vòng cảm ứng thường được đặt dưới lòng đất tại một số vị trí trọng điểm trong đô thị với nhiệm vụ thu thập thông tin về các xe di chuyển vào khu vực kiểm soát của nó, sau đó sẽ gửi dữ liệu về trung tâm điều hành (Traffic Operation Center - TOC) để xử lý và điều chỉnh tín hiệu đèn giao thông

Hình 1.4 - Sơ đồ hệ thống tín hiệu giao thông thích ứng Ứng dụng thứ hai để tránh tắc nghẽn là hệ thống dẫn đường cho xe (Vehicle Navigation System), chẳng hạn như Google Map, TomTom [10]… Người lái xe sử dụng ứng dụng VNS có thể dễ dàng nắm được tình hình giao thông khu vực hiện tại qua đó có kế hoạch tìm cho mình con đường tốt nhất đến nơi mong muốn

Hình 1.5 - Hệ thống dẫn đường cho xe

Tại Việt Nam, chúng ta đã và đang thực hiện nhiều dự án ITS trên đường cao tốc Tiêu biểu là hệ thống ITS trên các tuyến Cầu Giẽ - Ninh Bình, TP.Hồ Chí Minh – Trung Lương Đây là những dự án đầu tiên về ITS trên hệ thống đường cao tốc ở Việt Nam, có vai trò quan trọng trong quá trình xây dựng ITS sau này Hệ thống giao thông thông minh tuyến cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình được đưa vào sử dụng trong năm 2013, hệ thống bao gồm: Hệ thống trung tâm điều khiển giao thông, hệ thống thu phí (Bao gồm cả thu phí điện tử) với 39 làn xe, hệ thống giám sát điều khiển giao thông với 56 camera kỹ thuật số, hệ thống kiểm soát tải trọng xe…Việc khai thác, sử dụng các hệ thống này đã đạt được một số hiệu quả nhất định

Ngoài ra, tại các đô thị lớn ở Việt Nam đã và đang triển khai xây dựng hệ thống giám sát, điều hành giao thông

Hệ thống quản lý giao thông thông minh đang và sẽ áp dụng tại nước ta được thể hiện như trong hình 1.6

Hình 1.6 - Hệ thống quản lý giao thông thông minh

Tại TP.Hồ Chí Minh, trung tâm điều khiển giao thông cũng đã được xây dựng

Hệ thống camera giám sát được lắp đặt Thành phố đang thực hiện chương trình

“Ứng dụng khoa học công nghệ giảm ùn tắc giao thông giai đoạn 2013-2015 tầm nhìn đến 2020” [11] nhằm nghiên cứu thử nghiệm và đưa vào ứng dụng các giải pháp công nghệ cho ITS nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và phát triển hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông hiện hữu trên địa bàn thành phố

Sắp tới, tại Hà Nội và TP.Hồ Chí Minh, một số tuyến đường sắt đô thị sẽ được đưa vào khai thác và dự kiến sẽ sử dụng thẻ thanh toán thông minh theo chuẩn công nghệ Nhật Bản để phục vụ mua vé Ngoài ra, Nhật Bản cũng đang giúp hai thành phố thực hiện dự án “Cải tạo giao thông công cộng” thí điểm sử dụng thẻ xe buýt thông minh

Việc sử dụng hệ thống radio VOV giao thông trong việc thu thập và cung cấp thông tin, điều tiết giao thông mang lại nhiều hiệu quả tích cực tại TP.Hồ Chí Minh

Như vậy, có thể thấy việc ứng dụng ITS tại Việt Nam đang có nhiều điều kiện thuận lợi liên quan đến hệ thống cơ sở hạ tầng, các chính sách, chiến lược và sự ưu tiên đầu tư phát triển.

Nội dung luận văn

Ngày nay tình hình tắc nghẽn giao thông ở đô thị không còn là vấn đề khó giải quyết bởi những kỹ thuật dự đoán giao thông hiện đại Phần lớn các tắc nghẽn giao thông ở đô thị là tắc nghẽn tái diễn, bởi vì nó thường xuất hiện tại những trục đường chính, với mật độ dân cư cao và tại những giờ cao điểm Vì vậy ta có thể dễ dàng dự đoán trước được những tắc nghẽn này để có những biện pháp xử lý thích hợp

Ngược lại, những tắc nghẽn không thường xuyên hay các tắc nghẽn bất ngờ, nguyên nhân bởi các sự cố ngoài ý muốn xảy ra trên đường Chẳng hạn như tai nạn bất ngờ, diễn ra các sự kiện lớn thu hút nhiều người tham dự, các công trình xây dựng, các cuộc diễu hành… có thể làm tình hình giao thông trong khu vực xấu đi một cách nhanh chóng Theo một báo cáo về tình hình giao thông trong đô thị gần đây, thì những sự cố bất ngờ như thế này sẽ làm thời gian di chuyển của phương tiện tăng lên gấp đôi [12] Điểm chính của luận văn

 Luận văn tập trung vào ùn tắc bất ngờ hơn là các tắc nghẽn tái diễn thường xuyên, do đó hệ thống yêu cầu phải đưa ra phản ứng nhanh khi sự cố xảy ra

Thêm nữa, đề tài này quan tâm đến sự kiện khi phải đóng cả tuyến đường hơn là việc yêu cầu hạn chế lưu lượng xe, hay chỉ đóng một làn đường

 Nguyên nhân của tắc nghẽn bất ngờ gây ra chủ yếu do tình trạng thiếu các thông tin cảnh báo cho người lái xe dẫn đến việc mất cân bằng giao thông

Luận văn đề xuất phương pháp tái định tuyến để phân phối lại lưu lượng giao thông dựa trên cơ sở hạ tầng có sẵn Giải thuật tái định tuyến đáp ứng được yêu cầu về thời gian đáp ứng khi xảy ra tắc nghẽn bất ngờ, bởi vì nó chỉ cung cấp cho xe con đường tốt nhất tiếp theo chứ không phải toàn bộ tuyến đường thay thế đến đích mong muốn Sau khi xe đến được con đường tốt nhất tiếp theo, xe sẽ sử dụng ứng dụng VNS có sẵn để tự hoàn thành phần còn lại của hành trình, như vậy sẽ làm giảm đáng kể gánh nặng xử lý cho máy chủ trung tâm (Traffic Operation Center – TOC), đồng thời xử lý tình huống được nhanh chóng Bên cạnh đó giải thuật còn đảm bảo được tính công bằng tương đối giữa các xe, tức là không phải có xe nào có thời gian di chuyển quá lâu so với các xe khác

 Đường đi kế tiếp tốt nhất sẽ được tính toán dựa trên 4 thông số gồm độ chiếm dụng đường, thời gian di chuyển ước lượng, khoảng cách đến đích và độ gần so với nơi tắc nghẽn Bốn thông số này sẽ có những trọng số tương ứng, qua đó ta có thể thay đổi trọng số của từng thông số để tìm được thông số nào là quan trọng nhất Kết quả cho thấy có sự cải tiến lớn của tình hình giao thông khi ta sử dụng giải thuật tái định tuyến này so với trường hợp không tái định tuyến hoặc sử dụng các phương pháp tái định tuyến đơn giản khác

Phác thảo sơ lược luận văn

Chương 2: Tổng quan về đề tài luận văn Cung cấp một số kiến thức về hệ thống giao thông thông minh ITS và mạng VANET Đưa ra cái nhìn tổng quan về kiến trúc và các tiêu chuẩn của hệ thống ITS trên thế giới Giới thiệu một vài ứng dụng nổi bật của mạng VANET đồng thời làm rõ các thách thức cần giải quyết để giúp mạng VANET hiệu quả và an toàn hơn

Chương 3: Giới thiệu về các vấn đề liên quan đến đề tài như nguyên nhân và khái niệm tắc nghẽn bất ngờ, hệ thống điều hướng xe VNS, induction loop, kiến trúc multi-agent trong giao thông Ngoài ra, cũng trong chương này còn giới thiệu phương pháp giúp giải quyết vấn đề tắc nghẽn bất ngờ bằng một cơ chế tái định tuyến theo đường đi kế tiếp (Next Road Rerouting - NRR) cho các phương tiện đi qua khu vực bị ùn tắc, giải thuật này sẽ được giới thiệu tổng quát về kiến trúc và cách thức hoạt động Phần cuối chương 3 dành để giới thiệu về công cụ mô phỏng giao thông đường bộ SUMO (Simulation Urban of Mobility) kết hợp với TraCI để mô phỏng mạng lưới giao thông

Chương 4: Đi sâu vào cách tính toán tái định tuyến, mô phỏng đánh giá hiệu quả của giải thuật NRR so với các phương pháp tái định tuyến khác dựa trên 2 bản đồ, một bản đồ mô phỏng dạng lưới 8x7 và bản đồ thực tế một khu vực của quận 5 – TPHCM Khảo sát sự mở rộng của giải thuật NRR, giải quyết bài toán nên kích hoạt bao nhiêu mức của NRR để đạt hiệu quả Cuối cùng là xem xét và đánh giá việc phân bổ trọng số cho các tham số để việc tính toán Next Road hiệu quả hơn

Chương 5: Tổng kết, nêu lên những vấn đề làm được và những vấn đề còn chưa giải quyết để đưa ra hướng phát triển cho tương lai.

TỔNG QUAN VỀ VANET

Đặc điểm

Mỗi node trong mạng VANET thường là một phương tiện giao thông, chúng có thể di chuyển mọi hướng với các tốc độ khác nhau, do đó có thể thấy rõ một số đặc điểm chính của mạng VANET như sau [13] :

- Cấu trúc mạng thay đổi nhanh:

Các node trong mạng VANET thường di chuyển với tốc độ cao, theo nhiều hướng khác nhau nên mô hình mạng luôn thay đổi

- Thường xuyên bị ngắt kết nối mạng:

Bởi vì tính linh động cả các node mạng, dẫn đến cấu trúc mạng thiếu ổn định và hơn nữa trong các trường hợp số lượng phương tiện thưa thớt không đủ để tiếp tục liên kết sẽ dẫn đến tình trạng ngắt kết nối mạng Lúc này việc thiết lập các cơ sở hạ tầng như RSU (Road Side Unit) là cần thiết để chuyển tiếp các bản tin

- Có thể được hỗ trợ từ cơ sở hạ tầng:

Sử dụng cơ sở hạ tầng bên đường (Road Side Unit - RSU) để lấy thông tin về tình trạng giao thông, tốc độ tối đa, tuyến đường tốt nhất…Bên cạnh đó, các xe cũng có thể được trang bị thiết bị GPS để tự xác định vị trí, khu vực của mình

Các mô hình di chuyển của phương tiện phụ thuộc vào môi trường giao thông, cấu trúc đường giao thông, tốc độ của phương tiện, hành vi của người lái xe…Việc liên hệ giữa các yếu tố này cần được quan tâm

- 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 cấu trúc đường phố, mật độ xe, tòa nhà, cây cối lại gây ra cản trở quá trình truyền thông tin

- Tương tác với bộ cảm biến trong phương tiện:

Vị trí và sự di chuyển của các node có thể dễ dàng được cảm nhận bởi các cảm biến được gắn trên phương tiện, chẳng hạn như thiết bị GPS

- Truyền thông thời gian thực

Các vấn đề an toàn (tai nạn, phanh xe,…) của node mạng phải thông báo đến các node mạng liên quan Vì tính cấp bách của thông tin đòi hỏi các xe phải liên lạc với nhau với tốc độ cao, truyền chính xác với độ trễ thấp

- Năng lượng và khả năng lưu trữ:

Năng lượng không phải là vấn đề vì các thiết bị này thường có tuổi thọ pin cao, bộ nhớ lớn, cho phép thực hiện những tính toán phức tạp làm tăng tính hiệu quả trong truyền thông và định tuyến.

Cấu trúc mạng VANET

Hình 2.1 – Cấu trúc mạng VANET

Một kiến trúc hệ thống mạng VANET bao gồm các domain và nhiều thành phần riêng rẽ như Hình 2.1 Hình 2.1 cho thấy 3 domain (gồm trong xe, Adhoc, cơ sở hạ tầng) và các thành phần riêng rẽ (Application Unit, on-board Unit và Road Side Unit)

OBU được đặt trên xe để đáp ứng giao tiếp vehicle to vehicle (V2V) và Vehicle to Road Infrastructure (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 nghệ 802.11p Một OBU có thể trang bị nhiều thiết bị giao tiếp mạng, ví dụ: Truyền không an toàn, dựa trên công nghệ vô tuyến khác theo tiêu chuẩn IEEE 802.11a/b/g/n Các chức năng OBU bao gồm truy cập vô tuyến không dây, định tuyến dựa vào vị trí địa lý, điều khiển tắc nghẽn mạng, chuyển dữ liệu an ninh quan trọng…

RSU là một thiết bị vật lý có các vị trí cố định trên đường hoặc các vị trí chuyên dụng như trạm xăng, bãi đỗ xe, nhà hàng Một RSU được trang bị ít nhất một thiết bị mạng giao tiếp không dây tầm ngắn dựa trên IEEE 802.11p Một RSU cũng có thể được trang bị các thiết bị mạng khác để cho phép liên lạc với một mạng lưới cơ sở hạ tầng

Bên trong xe bao gồm một OBU và nhiều AU AU là các ứng dụng sử dụng khả năng giao tiếp của OBU Một OBU được trang bị một thiết bị truyền thông (tầm ngắn) cho an toàn, có khả năng lựa chọn các thiết bị liên lạc tùy thuộc vào mục đích sử dụng

 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 tiếp giữa các node Nếu các node cách xa nhau, có thể sử dụng truyền thông multihop.

Kiến trúc truyền thông

Dựa theo phương thức liên lạc và mục đích sử dụng Truyền thông trong VANET được chia thành 4 loại chính [14] được thể hiện như Hình 2.2:

Hình 2.2 – Các phương thức truyền thông VANET

- Truyền thông In vehicle : Đây là kiểu truyền thông rất cần thiết và quan trọng trong VANET, nó đề cập đến những liên lạc giữa các thiết bị có trên xe, xử lý dữ liệu, tính toán công suất, cũng như có thể giúp người lái điều khiển xe, và các ứng dụng lái xe an toàn khác

- Truyền thông Vehicle-to-road infrastructure (V2I) : Giúp liên lạc giữa xe và các cơ sở hạ tầng bên đường như RSU… để lấy về những thông tin cần thiết như điều kiện giao thông, hay những cảnh báo nguy hiểm Đồng thời, xe cũng gửi những dữ liệu thu thập của mình cho RSU để tính toán đường đi hiệu quả

- Truyền thông Vehicle-to-Vehicle (V2V) : Cung cấp nền tảng trao đổi dữ liệu giữa các xe với nhau, giúp xe nắm được tình hình của các xe khác từ đó phần nào hiểu rõ hơn về tình hình giao thông của khu vực

- Truyền thông Vehicle-to-Broadband cloud (V2B) : giúp xe có thể giao tiếp qua các dịch vụ truyền thông băng rộng không dây 3G/4G, giúp xe có được nhiều thông tin hơn về tình hình giao thông, cũng như các thông tin giải trí đa phương tiện, đồng thời hỗ trợ điều khiển và giám sát phương tiện.

Các chuẩn trong VANET

VANET chủ yếu sử dụng các công nghệ truyền thông di động không dây như

WiFi IEEE 802.11, WiMAX IEEE 802.16, Bluetooth, IRA, ZigBee Bên cạnh đó, để phù hợp hơn với những đặc tính của mạng VANET và dễ dàng trong việc trao đổi, sự chính xác hiệu quả về thông tin, các cơ quan chính phủ và nhà nghiên cứu đã đưa ra 2 chuẩn truyền thông đặc thù dành riêng cho hệ thống giao thông thông minh ITS nói chung và VANET nói riêng

WAVE (Wireless Access in Vehicular Environment) [15] là kiến trúc được phát triển bởi IEEE nhằm hướng đến việc liên lạc giữa phương tiện và cơ sở hạ tầng bên đường, được phát triển dựa trên nền tảng của IEEE 802.11a, b, g

Tóm tắt lịch sử của WAVE:

- Năm 1991, Cục Giao Thông Vận Tải Mỹ được trao nhiệm vụ xây dựng chương trình hệ thống xe cộ cao tốc thông minh (Intelligent Vehicle Highway Systems- IVHS) nhằm giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông, ô nhiễm và nhiêu liệu

- Năm 1999, Uỷ Ban Truyền Thông Liên Bang Mỹ cấp 75 Mhz băng thông trong dãy băng tần 5.85-5.925 GHz cho IVHS

- Năm 2004, IEEE Task Group đã bắt đầu phát triển việc sửa đổi tiêu chuẩn 802.11 để hỗ trợ môi trường giao thông - IEEE 802.11p Bên cạnh đó, IEEE cũng phát triển họ tiêu chuẩn 1609.x bao gồm các chuẩn: 1609.1, 1609.2, 1609.3, 1609.4

Sự kết hợp của IEEE 802.11p và IEEE 1609.x tạo nên kiến trúc WAVE như Hình 2.3

Hình 2.3 - Kiến trúc của WAVE

IEEE 802.11p: WAVE PHY and MAC

Lớp vật lý và lớp MAC trong kiến trúc WAVE được định nghĩa theo chuẩn IEEE 802.11p WAVE dựa trên chuẩn 802.11 vì đây là tiêu chuẩn được biết đến rộng rãi trong ngành công nghiệp với nhiều nhà sản xuất đảm bảo khả năng tương tác của nó Sự cải tiến của tiêu chuẩn 802.11p là:

- Thiết lập kết nối nhanh chóng: Cấu trúc mạng VANET có tính linh động rất cao, các xe thường chỉ kết nối với nhau trong thời gian ngắn, trường hợp xấu hơn là khi hai xe di chuyển ngược chiều nhau với vận tốc cao, vì vậy đòi hỏi kết nối phải được thiết lập nhanh hơn để đảm bảo đủ thời gian cho việc truyền nhận dữ liệu giữa các xe

- Kênh điều khiển 10 MHz: WAVE dành 10 MHz trong 75MHz tần số được phân bổ để dành cho kênh điều khiển và dịch vụ Kênh này được sử dụng dành cho thông điệp điều khiển hoặc các thông báo về dịch vụ Tại Mỹ, WAVE được bổ sung thêm 2 kênh, kênh Critical Safety of Life sử dụng trong trường hợp khẩn cấp SOS, và kênh High Power Public Safety được sử dụng cho những ứng dụng cộng đồng

Hình 2.4 - Các kênh truyền trong IEEE 802.11p

- Địa chỉ MAC ngẫu nhiên (Random MAC Address): Để ẩn danh cho mỗi xe và ngăn cản sự truy dấu hoặc theo dõi từ các đối tượng không mong muốn

- Điều khiển quyền ưu tiên truy cập: Cung cấp chất lượng dịch vụ QoS trong VANET, những ứng dụng khác nhau sẽ được gán mức ưu tiên khác nhau để truy cập vào kênh truyền

- Điều khiển công suất: Tính năng này cho phép xác định công suất phát sử dụng để truyền gói tin qua kênh truyền Điều này hữu ích cho việc quản lý công suất một cách hiệu quả

- Tốc độ dữ liệu giảm xuống một nửa: Tốc độ giảm xuống còn một nửa so với chuẩn 802.1a Điều này giúp cho việc giảm thiếu lỗi xảy ra trong việc truyền dữ liệu ở môi trường có tính di động cao

Chuẩn IEEE 1609.4 giúp hỗ trợ cho tính năng hoạt động đa kênh truyền Các kênh vật lý ghép kênh phân chia theo thời gian được sử dụng như là kênh điều khiển và kênh dịch vụ Các tiêu chuẩn được thêm vào để hỗ trợ cho tính năng này:

- Giám sát kênh điều khiển: Tất cả các thiết bị WAVE phải giám sát kênh điều khiển trong khoảng thời gian cụ thể được gọi là khoảng “thời gian giám sát kênh truyền”, để các thông điệp khẩn cấp và các dịch vụ cá nhân được truyền đúng trong kênh dịch vụ Ngoài ra, IEEE 1609.4 giúp xử lý việc chuyển đổi giữa kênh dịch vụ và kênh điều khiển

- Đồng bộ chuyển mạch: Những thiết bị chỉ có một kênh duy nhất không thể truyền thông điệp của kênh điều khiển và kênh dịch vụ cùng một lúc Vì vậy, để việc truyền thông tin một cách hiệu quả, các thiết bị WAVE phải được đồng bộ để theo dõi việc truyền nhận kênh điều khiển trong cùng một thời gian, và chuyển sang kênh dịch vụ ngay sau đó Tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn để đạt được sự đồng bộ hóa thông qua một thiết bị bên ngoài, thường là hệ thống GPS

- Kênh định tuyến: Định tuyến dữ liệu nhận từ lớp trên và lớp dưới tới đúng kênh cần thiết

IEEE 1609.3: Wave Short Message Protocol (WSMP) [17]

Kiến trúc WAVE hỗ trợ TCP/UDP ở lớp Transport và IPv6 ở lớp mạng tương ứng Ngoài ra, WAVE còn cung cấp một giao thức mới là WSMP để hướng tới những ứng dụng dành cho VANET Các tiêu chuẩn 1609.3 định nghĩa cho WSMP

Giao thức này cung cấp một dịch vụ chấp nhận dữ liệu từ lớp cao hơn để truyền đi và nhận chuyển dữ liệu tới những lớp trên

Định tuyến trong VANET

Giao thức định tuyến trong mạng VANET được chia thành 5 loại như trong Hình 2.7:

Hình 2.7- Các giao thức định tuyến trong mạng VANET

2.5.1.Định tuyến dựa trên topo mạng Định tuyến dựa trên topo mạng [21] trong đó các gói dữ liệu được định tuyến bằng cách sử dụng thông tin topo mạng Dựa trên thông tin về topo mạng, ta chia thành 3 loại:

 Giao thức định tuyến theo bảng định tuyến (Proactive)

Giao thức định tuyến Proactive là giao thức hoạt động dựa trên bảng định tuyến, trong đó các nút mạng sẽ duy trì một bảng định tuyến để nhận biết thông tin của các nút còn lại, do đó các nút sẽ biết được kiến trúc tổng thể của mạng Các giao thức định tuyến proactive sử dụng phương pháp tràn lụt (flooding) để quảng bá thông tin tới các thiết bị Phương pháp này cho phép thời gian thiết lập đường nhanh dựa trên các tham số gửi tới thiết bị sẵn sàng cho kết nối Tuy nhiên, việc lưu lượng thông tin tiêu đề tăng lên chính là nhược điểm của phương pháp này Ví dụ giao thức DSDV, OSPF, OLSR

 Giao thức định tuyến theo yêu cầu (Reactive)

Giao thức định tuyến Reactive là giao thức định tuyến dựa theo yêu cầu, tức là đường đi được xác định khi các nút có nhu cầu truyền gói tin Phương pháp này hạn chế số lượng gói tin, nhưng nhược điểm cơ bản là gây trễ lớn cũng như thời gian chọn đường đi chậm Ví dụ như giao thức DSR, AODV

 Giao thức định tuyến Hybrid

Giao thức Hybrid là giao thức lai giữa hai loại giao thức trên, tiêu biểu là giao thức ZRP (Zone Routing Protocol) và TORA (Temporally Ordered Routing Alogrithm) Vì giao thức lai giữa hai loại giao thức trên nên những giao thức thuộc loại Hybrid có thể khắc phục những nhược điểm của hai loại giao thức trên Ví dụ như giao thức ZRP

2.5.2 Giao thức định tuyến dựa trên vị trí

Khi sử dụng các giao thức định tuyến dựa trên topo, chi phí truyền thông phụ thuộc vào tốc độ thay đổi cấu trúc mạng Trong một mạng VANET gồm phần lớn các nút mạng di chuyển với tốc độ nhanh, tốc độ thay đổi topo mạng thường cao, dẫn tới chi phí truyền thông lớn để đảm bảo thông tin định tuyến ở các nút mạng luôn được cập nhật Ý tưởng cơ bản của định tuyến dựa trên vị trí [22] là truyền gói dữ liệu tới vị trí đã được biết trước của nút mục tiêu Nếu thông tin vị trí đủ chính xác, nút mục tiêu sẽ nằm trong vị trí của khoảng vô tuyến tại vị trí biết trước đó và nhận được gói dữ liệu, các quyết định định tuyến vị trí dựa trên vị trí của mục tiêu từ chính vị trí của nút chuyển tiếp và định tuyến các nút hàng xóm của nó Một vài ví dụ dựa trên vị trí là giao thức định tuyến GPSR (Greedy Perimeter Stateless Routing) và giao thức định tuyến GPCR (Greedy Perimeter Coordinate Routing)

2.5.3 Giao thức định tuyến dựa trên cluster

Giao thức này gom nhiều xe thành một cluster, mỗi cluster sẽ bầu chọn 1 xe đại diện Xe đại diện có nhiệm vụ thay mặt các xe trong cluster giao tiếp với các xe ở các cluster khác Các xe trong cùng cluster sẽ truyền thông trực tiếp với nhau Khi xe nguồn muốn gửi thông tin đến đích, nó không cần phải khám phá toàn bộ tuyến đường, nó chỉ chuyển tiếp dữ liệu đến cluster tiếp theo Dữ liệu sau đó sẽ được lan truyền đến đích

Giao thức có khả năng mở rộng cao tuy nhiên độ trễ khá lớn và khả năng truyền lại lớn vì tỉ lệ mất gói cao

2.5.4 Giao thức định tuyến Broadcast Định tuyến broadcast [24] là cách định tuyến truyền thống trong VANET, được dùng để trao đổi các thông tin giữa các xe khi có một sự kiện xảy ra Các gói tin được truyền theo kỹ thuật flooding tức là gửi thông điệp đến toàn bộ các node trong tầm phủ sóng, giao thức này được dùng chủ yếu trong giai đoạn ban đầu cần khám phá các đường đi

Việc broadcast như vậy sẽ làm tiêu tốn tài nguyên mạng theo cấp số nhân, dễ gây xung đột trong mạng, tiêu tốn băng thông lớn và làm giảm hiệu suất của hệ thống

Giao thức này sẽ hoạt động hiệu quả hơn khi giới hạn số node tham gia broadcast trong mạng

2.5.5 Giao thức định tuyến Geocast

Giao thức định tuyến Geocast [25] là giao thức định tuyến multicast dựa trên vị trí được sử dụng để gửi thông điệp đến tất cả các node có trong khu vực xác định trước Khu vực được lựa chọn đều truyền thông điệp được gọi là ZoR( Zone of Relevance), cách định tuyến này thu hẹp khu vực truyền dữ liệu nên tốc độ nhanh hơn và hiệu quả hơn, đồng thời làm giảm nguy cơ xung đột trong mạng.

Ứng dụng

Dựa trên loại truyền thông giao tiếp giữa các phương tiện và mục đích sử dụng, các ứng dụng VANET được chia thành 3 nhóm chính sau đây:

2.6.1 Những ứng dụng hỗ trợ lái xe an toàn

Các ứng dụng hỗ trợ an toàn bao gồm việc giám sát tình hình giao thông (lưu lượng xe cộ, tắc nghẽn, chuyển làn…), thông báo trước về tốc độ tối đa, cảnh báo khi có trường hợp khẩn cấp

 Tình hình giao thông theo thời gian thực

Dữ liệu giao thông thời gian thực có thể được lưu trữ trong RSU và luôn luôn khả dụng và sẵn sàng để các phương tiện cần đến Điều này rất quan trọng trong việc giải quyết về tình trạng kẹt xe, tránh tắc nghẽn và các tình huống khẩn cấp

 Hợp tác truyền tải các bản tin

Tốc độ và vị trí của mỗi phương tiện cũng như tình hình giao thông sẽ luôn được trao đổi cho nhau Các phương tiện nhận những thông tin trên, đồng thời lan truyền chúng cho những xe khác

Một phương tiện trong một tai nạn sẽ quảng bá bản tin cảnh báo về vị trí xảy ra tai nạn đến các phương tiện khác một cách trực tiếp hoặc gián tiếp qua RSU, để các phương tiện khác đưa ra quyết định tốt nhất để tránh khu vực này

Hình 2.8 – Cảnh báo trong trường hợp xảy ra tai nạn

 Thông tin về các biển báo điều khiển đường Các xe cộ cảnh báo cho các xe khác về đoạn đường có lở đất hay khúc cua gấp, quanh co, xuống dốc cao…

2.6.2 Các ứng dụng về thương mại: Ứng dụng về thương mại cung cấp cho các tài xế dịch vụ giải trí, đa phương tiện

 Truy cập internet: Các phương tiện có thể truy cập internet thông qua các RSU Hình 2.9

Hình 2.9 – RSU cung cấp dịch vụ internet để phương tiện truy cập

 Tải về bản đồ số: Giúp cho tài xế nắm được bản đồ của khu vực

 Xem video thời gian thực: Giúp người trên xe có thể xem lại nhũng video mình yêu thích ngay trên xe với kết nối tốc độ cao

 Quảng cáo giá trị gia tăng: Cung cấp cho người lái xe thông tin về các trạm xăng, nơi đậu xe, nhà hàng, thư viện, khu vui chơi giải trí… trong vùng mà phương tiện đi qua, dù không có internet

2.6.3.Ứng dụng thuận tiện Ứng dụng này giúp tăng mức độ thuận tiện cho các tài xế giúp nâng cao hiệu quả trong quản lý giao thông Bao gồm:

 Tránh đường: Tính toán tuyến đường di chuyển mới trong trường hợp xảy ra tắc nghẽn giao thông

 Hỗ trợ tìm nơi đỗ xe: Thông báo liên quan đến chỗ trống khả dụng của bãi đậu xe trong thành phố giúp cho lái xe chủ động hơn trong việc tìm bãi đậu xe

 Thu phí tự động: Electronic Toll Collection (ETC), một điểm thu phí có thể đọc được OBU của các phương tiện Như hình 2.10

Hình 2.10 – Hệ thống thu phí tự động

 Dự đoán hành động: Giúp tài xế nắm được tình hình đoạn đường phía trước chuẩn bị đi qua để điều chỉnh tốc độ phù hợp làm giảm khả năng tai nạn cũng như tiết kiệm nhiên liệu tiêu thụ.

Các thách thức trong VANET

Với những đặc điểm của VANET, một số vấn đề trong tương lai cần được xem xét để việc sử dụng VANET trở nên an toàn và hiệu quả hơn

- Quản lý và lưu trữ dữ liệu: Với tốc độ gia tăng về phương tiện giao thông như hiện nay, nếu mỗi xe đóng vai trò là một node trong mạng thì quy mô mạng lưới có thể lên đến hàng triệu xe, việc này sẽ tạo ra một lượng rất lớn dữ liệu truyền thông trong mạng, đặt ra yêu cầu về năng lực xử lý và lưu trữ của các thiết bị trong mạng

- Hệ thống định vị: Những ứng dụng về an toàn trong VANET yêu cầu sự chính xác cao về vị trí Giải pháp thường gặp cho vấn đề này là sử dụng các hệ thống định vị bằng vệ tinh như GPS, mỗi thiết bị sẽ có một bộ định vị GPS trên xe Tuy nhiên, giải pháp này không phải luôn luôn khả dụng, như trường hợp xe di chuyển vào trong hầm đường bộ, tín hiệu GPS sẽ bị vô hiệu hóa

Bên cạnh đó, định vị bằng vệ tinh có độ chính xác chưa cao, sai số 10-30m đồng thời dễ bị một số loại tấn công như giả mạo và ngăn chặn Một số đề xuất khác để xác định vị trí phương tiện di chuyển được đề cập trong [26] như định vị bằng hệ thống di động, bằng xử lý hình ảnh, hệ thống định vị toàn cầu vi sai (DGPS)…Tất cả phương pháp này đều có ưu điểm và khuyết điểm, do đó chưa có phương pháp nào có thể thỏa mãn yêu cầu về tính sẵn sàng, độ chính xác cao, và cập nhật vị trí liên tục

- Tính bảo mật: Trong mạng VANET, việc truyền tin tức giao thông giữa các xe với nhau là rất quan trọng, điều đó có thể có tác dụng tốt (nếu như thông tin được truyền đi phản ánh đúng tình hình giao thông hoặc các sự cố trên giao lộ) nhưng cũng có thể gây ra những tác động nguy hiểm khôn lường (nếu như thông tin do một xe truyền đi là không chính xác hoặc là bị sai lệch) Sở dĩ như vậy vì khi thiết kế mạng này, thường thì các thông tin sẽ được phát quảng bá và được trung chuyển qua nhiều nút, gây ra ảnh hưởng kiểu như phản ứng dây chuyền Ngoài việc truyền tin tức, hệ thống mạng còn phải đối phó với những cuộc tấn công từ bên ngoài vào Những kẻ tấn công có thể giả mạo tin nhắn và thông tin sai lệch gây nhiễu hệ thống và phá hỏng hệ thống

Ngoài ra những kẻ tấn công còn có thể lợi dụng các tin tức thu được từ hệ thống về thông tin của các loại xe khác và vị trí của nó Giả mạo thông tin của các xe khác Đồng thời chúng cũng có thể gian lận với bộ cảm biến làm sai lệch vị trí của xe, tốc độ và hướng di chuyển… Do đó cần đưa ra giải pháp đảm bảo về bảo mật thông tin mà vẫn đảm bảo kích thước gói tin không quá lớn và truyền thông nhanh chóng giữa các node

Một số cách tấn công trong mạng VANET được thể hiện ở hình 2.11

Hình 2.11 – Các kiểu tấn công thường gặp trong VANET

- Chuẩn hóa các giao thức: VANET bao gồm rất nhiều loại phương tiện khác nhau như xe hơi, xe tải, xe bus, xe điện… Do đó cần có một giao thức chung để truyền thông giữa các phương tiện khác nhau Ngoài ra mỗi quốc gia, khu vực lại áp dụng những kiến trúc mạng VANET và những chuẩn truyền thông riêng Vì vậy, cần một nỗ lực liên kết giữa các chính phủ, ngành công nghiệp, cơ quan nghiên cứu để đưa ra một chuẩn truyền thông thống nhất

- Hợp tác với các mạng bên ngoài: Một ứng dụng VANET hướng đến là người lái xe và hành khách trên xe được tương tác, truy cập mạng bên ngoài để cung cấp những dịch vụ tốt hơn cho người dùng như thông tin về thời tiết, địa điểm, giải trí… Thông tin này có thể thu được bằng việc tương tác với mạng cảm biến, mạng di động, internet bên ngoài thông qua VANET

- Sự thay đổi mật độ phương tiện trong mạng: Trong môi trường đô thị, mật độ phương tiện có thể là hàng ngàn xe trên một đoạn đường ngắn, nên cần một cơ chế tránh xung đột và kiểm soát lỗi Tuy nhiên, trong môi trường đường cao tốc, mật độ xe thưa thớt và thường xuyên bị ngắt kết nối, việc thiết lập nhanh kết nối để trao đổi thông tin là cần thiết Do đó khi xe chuyển từ khu vực có mật độ cao đến nơi có mật độ thưa thớt cần có sự thích ứng để thay đổi hành vi phù hợp với môi trường mới.

Phương tiện thông minh trong mạng VANET

Một chiếc xe thông minh là một phương tiện tích hợp toàn diện nhiều bộ cảm biến khác nhau, module điều khiển, thiết bị truyền động… Một chiếc xe thông minh có thể giám sát môi trường lái xe, tránh những rủi ro có thể và những hành động thích hợp để tránh hoặc giảm thiểu rủi ro Hình 2.12 bên dưới cho ta thấy kiến trúc chung của một phương tiện thông minh

Hình 2.12 – Kiến trúc tổng quan của xe thông minh [27]

Giám sát giao thông: Một loạt các công nghệ có thể được sử dụng để xác định khoảng cách, tốc độ, vị trí giữa các xe Môi trường hoạt động của cảm biến trong và ngoài làm tăng khả năng quan sát của phương tiện Radar hoặc phương pháp tiếp cận dựa trên tầm nhìn có thể được sử dụng để cung cấp thông tin định vị Nhiều camera có khả năng loại bỏ điểm mù, nhận ra những trở ngại và ghi lại thông số môi trường xung quanh Bên cạnh đó, xe có thể nhận được thông tin giao thông từ Internet hoặc các xe gần đó

Giám sát lái xe: Xe thông minh có thể hỗ trợ người lái trong việc nâng cao nhận thức tình huống đang hoặc sắp xảy ra làm giảm sai sót Với camera theo dõi ánh mắt và hoạt động của lái xe, cố gắng giữ sự chú ý của tài xế trên con đường phía trước Cảm biến sinh lý giúp kiếm tra tài xế có tình trạng sức khỏe tốt và tỉnh táo hay không

Giám sát xe: Theo dõi tình trạng của chiếc xe, động cơ, ga, phanh… Những dữ liệu này sẽ được chuyển giao đến các trung tâm điều hành giao thông để đánh giá xe có ở trạng thái hoạt động tốt hay không

Human Machine Interface (HMI): Cảnh báo người lái xe các rủi ro tiềm ẩn trong các tình huống khẩn cấp Ví dụ, một người lái xe mệt mỏi sẽ được đánh thức và cảnh báo bằng báo động âm thanh hoặc rung ghế

Thiết bị truyền động: Thực hiện kiểm soát quy định trên xe mà không cần lệnh của lái xe Chiếc xe thông minh sẽ áp dụng các biện pháp tích cực như dừng xe trong trường hợp người lái xe không thể hoạt động đúng cách, hoặc bảo vệ thụ động để giảm tác hại khi xảy ra tai nạn đột ngột như kích hoạt túi khí

Các yêu cầu chính đối với một phương tiện hoạt động trong mạng VANET đó là: Các phương tiện phải có một bộ thiết bị trên xe OBU, một bộ xử lý, một bộ lưu trữ, thiết bị GPS, bộ thu phát, anten, các module truyền thông Hầu hết các thiết bị hiện đại đều được chế tạo để hỗ trợ VANET

- Bộ thu phát không dây giúp việc truyền tải dữ liệu giữa các phương tiện với nhau (V2V) hoặc từ phương tiện đến trạm thu phát RSU (V2I)

- Bộ xử lý trung tâm CPU xử lý các ứng dụng và giao thức giao tiếp

- Thiết bị định vị GPS giúp việc điều hướng và thông tin vị trí của xe

- Bộ lưu trữ ghi lại dữ liệu giống hộp đen

- Thiết bị xuất nhập để giao tiếp giữa con người và hệ thống

- Cảm biến đặt bên trong hoặc bên ngoài xe được sử dụng để đo các thông số cần thiết như gia tốc, tốc độ, khoảng cách với các phương tiện xung quanh

- Anten hoặc trạm vô tuyến để thực hiện giao tiếp giữa xe với các thiết bị xung quanh, vì VANET là một hệ thống động, các bộ thu phát thường xuyên di chuyển nên cần dùng các anten đẳng hướng.

Kết luận

Chương hai đã nêu lên các đặc điểm chính cũng như các vấn đề liên quan đến mạng VANET Mạng VANET tuy rất có tiềm năng trong việc giải quyết bài toán tắc nghẽn giao thông, nhưng những khó khăn và thách thức cũng không ít Để góp phần nào giải quyết tình trạng tắc nghẽn giao thông, những chương sau sẽ đề cập một ý tưởng tái định tuyến khi xảy ra ùn tắc bất ngờ.

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN

Tắc nghẽn bất ngờ

Ngày nay, kinh tế và xã hội của một quốc gia phụ thuộc vào hệ thống giao thông để vận chuyển hàng hóa dịch vụ, kết nối người dân … Tuy nhiên vấn nạn tắc nghẽn giao thông thường ngăn cản hệ thống hoạt động hiệu quả Hiện nay có 2 loại tắc nghẽn giao thông chính là tắc nghẽn tái diễn và tắc nghẽn bất ngờ [28]

Tắc nghẽn tái diễn là kiểu tắc nghẽn xảy ra một cách thường xuyên vào một khung giờ cao điểm, tại những điểm giao thông cố định (thường là những tuyến đường lớn, tập trung nhiều cơ quan xí nghiệp) Giờ cao điểm giao thông thường từ 6 giờ đến 9 giờ sáng và từ 4 giờ đến 7 giờ tối, đây là khung giờ mà số lượng phương tiện tham gia giao thông là cao nhất trong ngày, tại những tuyến đường mà sức chứa của đường không đáp ứng được lượng phương tiện tham gia giao thông thì nơi đó sẽ xảy ra tắc nghẽn

Tắc nghẽn bất ngờ được định nghĩa là sự chậm trễ giao thông bất ngờ xảy ra do tai nạn, va chạm xe cộ, các hoạt động công trình xây dựng, các sự kiện đặc biệt, thời tiết xấu… làm tăng số lượng xe trên đoạn đường đó một cách đột ngột gây ra tắc nghẽn Điểm khác biệt chính giữa 2 loại tắc nghẽn trên đó là trong khi tắc nghẽn tái diễn là do lưu lượng giao thông quá lớn, các tuyến đường xung quanh khu vực tắc nghẽn đều có lưu lượng giao thông cao, còn tắc nghẽn bất ngờ là do sự thiếu thông tin về đoạn đường có sự cố dẫn đến nhiều xe đi vào đoạn đường đó, trong khi những tuyến đường khác xung quanh lại khá thông thoáng

Hình 3.1 – Nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn bất ngờ tại Mỹ

Thông thường sẽ có 2 cách để đối phó với tình trạng tắc nghẽn bất ngờ này

Thứ nhất là sử dụng các biển báo, nhà chức trách sẽ đặt các biển báo để cảnh báo người dân hạn chế đi vào tuyến đường đó Cách thứ hai là sử dụng ứng dụng VNS để cập nhật thông tin định kỳ về giao thông từ nhà chức trách qua các kênh như facebook hay kênh vô tuyến như FM… qua đó người lái xe nắm được thông tin và chủ động tìm cho mình tuyến đường mới để di chuyển

Một điểm đáng lưu ý là thời gian truy cập real time nhanh nhất cho 2 hệ thống ATSC và VNS ít nhất là 2 phút, thông thường sẽ là 5-20 phút Mặc dù chúng hoạt động tốt với tắc nghẽn tái diễn, nhưng với những trường hợp tắc nghẽn bất ngờ thì thời gian đáp ứng là khá quan trọng, bởi vì nếu thông tin đến chậm thì xe sẽ càng gần hơn với nơi xảy ra sự cố, qua đó làm giảm cơ hội để người lái xe tìm đường đi khác Thông thường trong trường hợp lý tưởng thì xe chỉ cần 20-25 giây để đi từ giao lộ này đến giao lộ kế tiếp vậy nên thời gian 2-20 phút để cập nhật thông tin của hệ thống là quá dài

Về mặt lý thuyết, một cách hiệu quả hơn để giải quyết vấn đề trên là sử dụng các giải thuật tái định tuyến để phân bố lại lưu lượng xe mất cân bằng giữa các tuyến đường Một mặt thông báo cho lái xe về tình hình giao thông, mặt khác đưa ra các giải pháp tái định tuyến cho xe

Mấu chốt của giải thuật tái định tuyến là khi phát hiện ùn tắc thì phải xử lý thật nhanh, bởi vì càng lâu thì số lượng xe đi vào đoạn đường có sự cố càng nhiều, gây nên tắc nghẽn càng nghiêm trọng Thứ hai, số lần tái định tuyến càng ít sẽ càng tốt, vì trong hầu hết các trường hợp, người lái xe không muốn thay đổi tuyến đường của mình trừ tường hợp bất khả kháng Cuối cùng, giải thuật tái định tuyến phải đảm bảo được tính công bằng giữa các phương tiện, hạn chế trường hợp một vài xe phải di chuyển đoạn đường dài quá mức, trong khi xe khác lại đi đoạn đường ngắn hơn.

Vòng cảm ứng (Induction Loop)

Vòng cảm ứng (induction loop) [29] là vòng cảm ứng dùng để phát hiện điện từ sử dụng nam châm di chuyển để tạo ra dòng điện trong dây dẫn Được giới thiệu lần đầu vào những năm 60 của thế kỷ trước và dần dần được cải tiến cho phù hợp với mục đích sử dụng Ngày nay các vòng cảm ứng dùng để truyền và nhận các tín hiệu thông tin, dò kim loại hoặc phát hiện sự có mặt của xe cộ trong giao thông

Ngoài ra, induction loop còn được sử dụng trong máy trợ thính

Trong giao thông, induction loop còn được gọi là inductive - loop traffic detector có thể phát hiện các phương tiện đi qua hoặc đến một điểm nhất định Hệ thống trên gồm 3 thành phần chính: vòng loop, dây cáp mở rộng (extension cable) và máy dò (detector) như hình 3.2

Hình 3.2- Thành phần chính của Inductive loop traffic detector

Vòng loop được chôn dưới đường, là một vòng dây khép kín được nối với bộ máy dò thông qua cáp mở rộng Máy dò phát hiện được phương tiện khi có một từ trường ở vòng loop Vòng loop được thiết kế để cộng hưởng tại một tần số không đổi, và một tần số cơ sở được thiết lập khi không có phương tiện nào đi qua Khi có một vật kim loại lớn, như phương tiện giao thông đi qua vòng loop, tần số cộng hưởng tăng lên, bộ cảm biến ở máy dò sẽ phát hiện ra điều này và lập tức đóng rờ le và giữ nguyên trạng thái cho đến khi xe rời khỏi vòng loop, rờ le có thể kết nối với nhiều hệ thống như âm thanh, đèn giao thông…

Thông thường, một chiếc xe nhỏ gọn sẽ tạo ra sự biến động tần số lớn hơn so với một chiếc xe cỡ lớn, bởi vì vòng kim loại ở dưới xe sẽ gần với vòng loop hơn

Hình 3.3 phía dưới thể hiện sự thay đổi của tần số khi một chiếc xe bán tải và một chiếc xe dạng thể thao nhỏ đi qua vòng loop

Các xe có cùng loại và kiểu dáng sẽ tạo ra tần số giống nhau nên hiện nay rất nhiều các induction loop có thể nhận biết được loại xe đang đi qua nó

Có một điều hay nhầm lẫn là vòng loop phát hiện xe dựa trên khối lượng kim loại Điều này hoàn toàn không đúng, induction loop phát hiện xe dựa trên diện tích bề mặt kim loại hay còn gọi là hiệu ứng da Diện tích bề mặt tấm kim loại càng lớn thì tần số càng tăng cao, độ dày mỏng của kim loại không ảnh hưởng đến tần số

Hình 3.3 - Sự biến động tần số khi phương tiện đi qua vòng loop

Một điểm lưu ý khác như ở hình bên dưới, nếu đặt miếng kim loại song song với mặt phẳng vòng loop thì sẽ được phát hiện dễ dàng, nhưng nếu ta đổi sang đặt vuông góc thì induction loop hầu như không phát hiện được

Hình 3.4- Miếng kim loại được đặt ở 2 tư thế khác nhau

Hiện nay với sự phát triển của công nghệ, các induction loop trở nên nhỏ gọn hơn, được tích hợp cảm biến và có khả năng giao tiếp không dây với access point

Các access point này có thể quản lý lên đến 48 induction loop và có nhiệm vụ thu nhận thông tin từ induction loop và gửi về trung tâm quản lý giao thông để xử lý dữ liệu

Hình 3.5- Kiến trúc hệ thống inductive loop ngày nay

Hệ thống induction loop có khả năng:

- Tính toán số phương tiện trên đoạn đường

- Đo lường tốc độ của xe

- Điều khiển đèn giao thông thích ứng

- Kiểm soát lưu lượng phương tiện

- Đo lường các thông số giao thông

- Phát hiện tắc nghẽn giao thông

Với những khả năng trên, việc sử dụng induction loop đã được triển khai rộng rãi trong các ứng dụng ITS Nhưng bên cạnh đó, công nghệ này vẫn chưa đem lại hiệu quả tốt nhất Một số nhược điểm của induction loop như sau:

- Vấn đề lắp đặt và bảo trì: Bởi vì vòng loop được lắp đặt dưới lòng đường nên có thể chịu áp lực khi xe chạy qua, mỗi lần lắp đặt hay bảo trì thì phải đào đường để kiểm tra thiết bị

- Độ tin cậy không cao vì induction loop bị trám kín trên mặt đường, khi cảm biến bị hư hỏng có thể đưa về những dữ liệu sai…

- Không có khả năng đó tốc độ trực tiếp Nếu có yêu cầu về tốc độ, induction loop phải kết hợp thông số từ nhiều loop để tính toán tốc độ phương tiện.

Hệ thống dẫn đường xe (Vehicle Navigation System – VNS)

Hệ thống dẫn đường cho xe [30] gồm một thiết bị được trang bị trên xe có khả năng giao tiếp không dây để trao đổi thông tin từ bên ngoài và hiển thị dạng văn bản hay đồ họa

Hình 3.6 – Các thành phần chính của hệ thống VNS

- Nhận tín hiệu từ vệ tinh và xác định vị trí của xe thông qua bộ thu phát GPS:

- Xác định hướng di chuyển của xe thông qua cảm biến điều hướng ( Direction sensor)

- Xác định tốc độ và quãng đường di chuyển thông qua cảm biến tốc độ (Speed sensor)

- Màn hình hiển thị giúp người lái xe dễ nắm bắt thông tin (Display)

- Cơ sở dữ liệu bản đồ (map database)

- Kiểm tra thông tin thu nhận được từ antenna và cảm biến với dữ liệu bản đồ có sẵn và hiển thị lên màn hình Để xác định tuyến đường đi từ một điểm đến một điểm, VNS xác định tuần tự theo các bước sau:

- Xác định vị trí hiện tại của xe, đồng thời tải dữ liệu về đường xá, giao thông quanh khu vực này

- Xác định địa chỉ đích đến cũng như dữ liệu về địa điểm này

- Sau khi xác nhận đích đến là hợp lệ, thiết bị sẽ tìm các con đường để đi từ vị trí hiện tại đến vị trí đích

- Sẽ có rất nhiều tuyến đường nối 2 vị trí được tìm thấy sau bước phía trên, mỗi tuyến đường có một trọng số riêng dựa trên độ dài đường đi, đường một chiểu hay hai chiều, độ rộng của đường… VNS sẽ chọn tuyến đường tốt nhất

- Hiển thị đầy đủ tuyến đường được chọn lên bản đồ để người lái xe dễ quan sát.

Tái định tuyến theo đường đi kế tiếp (Next Road Rerouting – NRR)

Thông thường những quyết định tái định tuyến được chia thành 2 loại chính là tái định tuyến có lợi cho toàn hệ thống [32] hoặc tái định tuyến cá nhân [33], tức là mỗi phương tiện chỉ cố gắng tối ưu đường đi của bản thân

Tái định tuyến cá nhân thoạt nhìn có thể giúp phương tiện đi đến đích nhanh nhất, nhưng nếu xét trường hợp nhiều xe cùng tái định tuyến, sẽ dẫn đến nhiều xe chọn cùng chọn chung một tuyến đường, vô tình làm cho lưu lượng trên con đường đó lại tăng cao và việc di chuyển sẽ mất thời gian hơn mong đợi Trong khi đó, tái định tuyến chung có thể không giúp phương tiện đi con đường tốt nhất, nhưng nó giúp cân bằng lưu lượng giao thông giữa các tuyến đường, qua đó các tránh tình trạng ùn tắc do các xe đều dồn vào một con đường Điều này tương tự như nghịch lý Braess [31] do nhà toán học người Đức Dietrich Braess đưa ra vào năm 1968 Nghịch lý được phát biểu: “Tại một nút giao thông, một con đường thích hợp cho phương tiện không chỉ phụ thuộc vào chất lượng con đường mà còn phụ thuộc vào lưu lượng giao thông của nó Nếu tất cả lái xe đều đi con đường tốt nhất của họ, thì thời gian di chuyển sẽ cao hơn mong đợi

Hơn nữa, khi mở thêm một con đường, có thể làm tình trạng giao thông tồi tệ hơn, do phân bố lưu lượng lên nó quá cao.”

Với những lý do trên, việc tái định tuyến có lợi cho toàn bộ hệ thống là có hiệu quả nhất nhưng nó thiếu các biện pháp để thực hiện và các vấn đề liên quan đến việc đảm bảo công bằng cho các phương tiện Trong khi đó, kiểu tái định tuyến cho từng phương tiện cá nhân thường được sử dụng hơn dựa trên hệ thống VNS nhưng khi số lượng xe quá nhiều thì kiểu tái định tuyến này lại ít đem lại hiệu quả đồng thời, thời gian đáp ứng của hệ thống VNS là chưa đủ nhanh

Giải pháp đề ra của luận văn này hướng đến việc giải quyết cân bằng lợi ích giữa 2 phương pháp trên và giảm thiểu những hạn chế của chúng Tức là giải pháp này có thể thực hiên được, giúp cân bằng lưu lượng giao thông và có lợi cho mỗi phương tiện tham gia giao thông

Phương pháp tái định tuyến vì lợi ích chung dựa trên giả định rằng việc tắc nghẽn giao thông là do sự phân bố không đồng đều của phương tiện so với cơ ở hạ tầng giao thông hiện có Do đó việc hợp tác trao đổi các thông tin định tuyến có thể đem đến việc tối ưu về mặt hệ thống và làm giảm thời gian di chuyển của mỗi xe

Tuy nhiên trên thực tế gặp phải 2 vấn đề như sau:

- Các lái xe không phải lúc nào cũng sẵn sàng chia sẻ thông tin về đường đi của mình

- Việc phân phối lại tuyến đường cho các xe sao cho tối ưu là khá phức tạp Để giải quyết các vấn đề nói trên, giải thuật tái định tuyến theo đường đi kế tiếp (Next Road Rerouting- NRR) [36] thực hiện tái định tuyến gồm 2 bước:

- Khi hệ thống các induction loop phát hiện đang có tắc nghẽn, các giao lộ sẽ được kích hoạt NRR, các phương tiện sẽ thực hiện chuyển hướng sang những đoạn đường bên cạnh xung quanh đoạn đường xảy ra sự cố Quyết định tái định tuyến sẽ được đưa ra ngay lập tức dựa trên việc xem xét 2 yếu tố cân bằng lưu lượng xe cộ và tối ưu đường đi cho từng xe Mục đích chính của bước này là giúp các xe chuyển hướng sang các tuyến đường khác để tránh đoạn đường xảy ra sự cố một cách nhanh nhất

- Bước tiếp theo là khi xe đã được chuyển hướng sang một đoạn đường khác không bị ảnh hưởng bởi sự cố, xe sẽ sử dụng hệ thống VNS để đưa ra con đường tốt nhất tới đích

Kiến trúc hệ thống quản lý giao thông đa thực thể (Multi-Agent Traffic Management Systems)

Hình 3.7 –Kiến trúc 3 tầng của hệ thống SCATS [36]

- Agent là một thực thể có thể cảm nhận môi trường thông qua các cảm biến hoặc từ việc trao đổi thông tin, đồng thời có thể phản ứng lại môi trường Hệ thống multi-agent rất phù hợp để quản lý giao thông, vì mạng lưới giao thông có thể được xem như một tập hợp các điểm phân bố theo địa lý, tình trạng giao thông lại thay đổi theo từng khu vực Phần này phân chia hệ thống quản lý giao thông thành hai loại: điều khiển tín hiệu giao thông và tối ưu tuyến đường cho phương tiện

- Kiểm soát tín hiệu giao thông được xem như là ứng dụng điển hình nhất của khái niệm multi-agent trong quản lý giao thông đường bộ Hệ thống này được triển khai rộng rãi nhất là tại thành phố Sysney, hệ thống giao thông thích nghi Sysney (Sysney Coordinated Adaptive Traffic System - SCATS) và Split Cycle Offset Optimization Technique (SCOOT) đã thành công rộng rãi khắp thế giới tại 27 quốc gia và hơn 200 thành phố [34] Cả SCATS và SCOOT đều có hệ thống phân cấp 3 tầng Lấy SCATS làm ví dụ, như ở hình 3.7

- Agent cơ bản ở lớp dưới cùng là giao lộ, được kiểm soát và điều khiển bởi một máy tính khu vực, một máy tính khu vực có thể kiểm soát lên đến 250 giao lộ Các máy khu vực này sẽ được điều khiển bởi một máy chủ trung tâm có cấu hình mạnh với khả năng tính toán và tốc độ xử lý cao Máy chủ trung tâm này sẽ điều khiển tín hiệu đèn giao thông một cách hợp lý nhất để tránh tắc nghẽn

Kiến trúc của giải thuật NRR:

Như Hình 3.8, phía bên trái là kiến trúc ATCS đã được thực thi với SCATS, phía bên phải là phần mở rộng thêm cần thiết để chạy giải thuật NRR Thay vì phải trang bị những máy tính với phần cứng mạnh mẽ, giải thuật NRR chỉ cần thêm một một nâng cấp phần mềm cho các máy tính khu vực để tính toán các tham số cho việc tái định tuyến, một module có khả năng truyền thông V2I để cho phép trao đổi thông tin tái định tuyến giữa xe và đèn giao thông thông minh (intelligent Traffic Light)

Trái với truyền thông V2V, truyền thông V2I đáp ứng được về tốc độ truyền và tỉ lệ mất gói thấp, các xe xung quanh giao lộ đều có thể liên lạc với đèn giao thông một các dễ dàng, nhanh chóng

Kiến trúc của giải thuật gồm 3 tầng, người quản lý sẽ ở tầng trung tâm điều hành giao thông (Traffic Operation Center) quản lý 64 máy tính khu vực tại tầng giữa, các máy tính này kiểm soát 250 giao lộ gồm đèn giao thông và các induction loop, các máy tính khu vực có nhiệm vụ điều chỉnh lịch trình và đồng bộ hóa pha giữa các đèn giao thông dựa trên kết quả thu thập được từ induction loop

Hình 3.8 – Kiến trúc của giải thuật NRR dựa trên ATCS

Tiến trình hoạt động của giải thuật NRR

Tiến trình hoạt động của giải thuật NRR diễn ra tuần tự như sau:

Khi hệ thống induction loop phát hiện sự cố xảy ra dựa trên vận tốc và mật độ các phương tiện trên đoạn đường đó, trung tâm điều hành TOC (Traffic Operation Center) sẽ xác minh và thông báo cho iTL (intelligent Traffic Light) ở ngay phía trước đoạn đường có sự cố bằng tin nhắn khẩn cấp Emergency_Message, NRR được kích hoạt cho giao lộ này Tiếp theo, iTL sẽ broadcast gói tin cảnh báo Rerouting_Alarm cho các phương tiện đang tiếp cận giao lộ đó Nếu đoạn đường xảy ra sự cố nằm trên tuyến đường di chuyển của xe, thì xe sẽ gửi gói Rerouting

Công cụ mô phỏng

SUMO (Simalation of Urban MObility)[35] là chương trình mô phỏng giao thông mã nguồn mở và hoàn toàn miễn phí được phát triển chủ yếu bởi các nhân viên của Viện Giao Thông Vận Tải tại Trung tâm không gian vũ trụ Đức Có hai lý do chính để phần mềm này xuất bản dưới dạng mã nguồn mở: đầu tiên là mong muốn hỗ trợ cho cộng đồng mô phỏng giao thông một công cụ miễn phí có thể thực thi những thuật toán riêng của từng cá nhân, lý do thứ hai là mong muốn nhận được sự hỗ trợ từ các tổ chức và cộng đồng

Hình 3.13 – Phần mềm mô phỏng SUMO (Simulation Urban of Mobility)

SUMO cho phép mô hình hóa hệ thống giao thông bao gồm các tuyến đường, các phương tiện giao thông cá nhân và công cộng, cơ sở hạ tầng giao thông…Bên cạnh đó, SUMO còn được tích hợp khá nhiều các công cụ hỗ trợ như tìm kiếm đường đi, thu thập thông tin từ các phương tiện, tính toán lượng khí thải…

Trong SUMO, mỗi phương tiện được mô phỏng một cách rõ ràng, được xác định bằng tên, thời gian bắt đầu hành trình, tuyến đường đi, thời gian kết thúc hành trình Mỗi loại xe đều được định nghĩa sẵn, hoặc người dùng tự định nghĩa như kích thước của xe, vận tốc tối đa, trọng lượng, thông số ô nhiễm…

Sau đây xin giới thiệu một số tính năng của SUMO:

 Gồm nhiều ứng dụng cần thiết để người dùng thực hiện các mô phỏng cá nhân (tích hợp bản đồ, tạo lưu lượng giao thông, tạo các cơ sở hạ tầng giao thông như đèn tín hiệu, vòng cảm ứng từ…)

 Mô phỏng o Chuyển động của xe trong không gian liên tục và các khoảng thời gian rời rạc o Định nghĩa nhiều loại phương tiện khác nhau, hoặc cũng hỗ trợ người dùng tự định nghĩa các phương tiện đặc thù riêng o Tạo ra con đường với nhiều làn xe, các khu vực chuyển làn o Đèn giao thông, biển báo giao thông o Giao diện đồ họa hỗ trợ người dùng dễ nhìn o Quản lý mạng giao thông với hàng chục nghìn con đường o Quản lý số lượng phương tiện lớn với hơn 100.000 phương tiện (cho máy có tốc độ 1GHz) o Có khả năng tương tác với các ứng dụng khác o Tạo các dữ liệu đầu ra, thu thập từ thông tin cá nhân của từng xe đến thông tin của toàn bộ mạng lưới o Hỗ trợ người dùng tự tạo bản đồ, lưu lượng, xe cộ…

 Có khả năng hỗ trợ import các ứng dụng như ISUM, Vissim, Shapefiles, OpenStreetMap, RoboCup, MATsim, OpenDRIVE, và XML

 Tích hợp nhiều công cụ chuyên biệt như định tuyến và tái định tuyến, kiểm soát tín hiệu giao thông, mô phỏng việc thông tin giữa các xe với nhau, dự đoán tình hình giao thông…

 Dễ sử dụng, được viết bằng ngôn ngữ C++, hỗ trợ các nền tảng hệ điều hành Window, Linux và Mac OS

 Khả năng tương tác cao bằng việc sử dụng dữ liệu XML

Các packet chính được tích hợp trong SUMO như sau:

 SUMO-GUI: Giao diện đồ họa hỗ trợ người dùng

 NETCONVERT: Cho phép import hoặc tạo ra các mạng lưới giao thông, đọc và chuyển đổi các định dạng dữ liệu khác sang định dạng của SUMO

 NETEDIT: Chỉnh sửa bản đồ giao thông

 NETGENERATE: Mô hình hóa mạng giao thông

 DUAROUTER: Tính toán đường đi nhanh nhất

 DFROUTER: Tính toán đường đi từ các thông số thu nhận được từ induction loop

 POLYCONVERT: Nhập vào các công trình giao thông như tòa nhà, công viên…và được chuyển sang định dạng của SUMO để hiển thị lên giao diện

 ACTIVITYGEN: Tạo ra lưu lượng giao thông dựa trên mô hình dân số

 EMISSIONMAP: Tạo ra bản đồ về khí thải

 Additional tool: Một số nhiệm vụ đơn giản không cần thiết phải viết một ứng dụng mới được thể hiện trong phần này

TraCI [41] cho phép truy cập vào chương trình mô phỏng SUMO để lấy các giá trị của đối tượng mô phỏng

TraCI sử dụng kiến trúc TCP client/server để kết nối với SUMO Trong đó, SUMO đóng vai trò là server được bắt đầu bằng lệnh remote-port where là port của SUMO dùng để kết nối Các clients kết nối vào SUMO với dòng lệnh num-clients , INT=1 là giá trị mặc định Khi được khởi động với tùy chọn remote-port SUMO sẽ chuẩn bị mô phỏng và chờ các clients kết nối vào, khi này giá trị “end time” trong SUMO sẽ bị lờ đi, SUMO sẽ chạy mô phỏng cho đến khi clients yêu cầu kết thúc

Quá trình kết nối diễn ra như sau:

Ban đầu SUMO khởi động, tải mô hình bản đồ về và bắt đầu lắng nghe các kết nối từ clients Client muốn truy cập vào SUMO sẽ gửi kết nối đến port mà SUMO định sẵn để giao tiếp SUMO hỗ trợ nhiều clients cùng kết nối vào,

SUMO bắt đầu thiết lập kết nối (establishes connection) rồi gửi cho client thông điệp accept, sau đó bằng đầu nhận các lệnh yêu cầu từ client, ứng dụng phía client sẽ gửi các lệnh để kiểm soát và thu thập thông tin từ quá trình mô phỏng

SUMO sẽ nhận và phản hồi từng lệnh theo thứ tự định trước

Hình 3.14 - TraCI thiết lập kết nối đến SUMO

Hình 3.15 – TraCI đóng kết nối với SUMO

Phía client có nhiệm vụ tắt các kết nối bằng cách gửi lệnh close, SUMO sẽ đóng các kết nối lại, mô phỏng kết thúc và giải phóng các tài nguyên

Các thông tin chính mà TraCI thu thập và kiểm soát:

 Thu thập dữ liệu từ induction loop

 Thu thập thông tin và thay đổi trạng thái đèn giao thông

 Tìm kiếm các thông tin về làn đường, đoạn đường

 Thu thập và thay đổi thông tin về các phương tiện

 Thu thập thông tin về con người

 Thông tin và thay đổi các tuyến đường di chuyển

 Thông tin về cơ sở hạ tầng khu vực mong muốn

Một điểm lưu ý nữa là khi sử dụng TraCI sẽ làm chậm tốc độ mô phỏng Tốc độ mô phỏng lúc này sẽ phụ thuộc vào các yếu tố:

 Số lượng các client kết nối vào SUMO

 Loại chức năng mà client yêu cầu

 Mức độ phức tạp của tập lệnh

 Ngôn ngữ mà client sử dụng.

Kết luận

Chương 3 đã đề cập đến những vấn đề liên quan đến việc tái định tuyến cho xe khi xảy ra tắc nghẽn giao thông bất ngờ Các máy tính khu vực sẽ tính toán nhanh Next Road tối ưu cho phương tiện và yêu cầu phương tiện di chuyển sang Next Road đó để tránh đi vào con đường bị ùn tắc, khi đến được Next Road được yêu cầu, phương tiện sẽ tự tìm đường đi bằng hệ thống VNS có trên xe Ưu điểm của giải thuật này là xử lý nhanh chóng, đáp ứng được yêu cầu về thời gian thực của tắc nghẽn bất ngờ Vấn đề đặt ra là máy tính khu vực tính toán các Next Road như thế nào để vừa nhanh chóng lại vừa đảm bảo được tính công bằng giữa các xe.

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ

Các thông số tính toán Next Road

Ý tưởng tái định tuyến theo đường đi tiếp theo gồm 2 bước chính: Đầu tiên, NRR tính toán và đưa ra quyết định chọn Next Road một cách nhanh nhất Bước thứ hai, sau khi đi vào Next Road, phương tiện sẽ sử dụng hệ thống VNS trên xe để tự tính toán tuyến đường còn lại đến đích

Bảng 5.1 gồm các từ viết tắt được sử dụng khi trình bày giải thuật NRR Quá trình sau mô tả bước thứ 5 trong biểu đồ tiến trình tái định tuyến của giải thuật NRR, tức là ngay sau khi xe gửi yêu cầu tái định tuyến Rerouting_Request cho iTL

Cụ thể như sau, sau khi nhận được gói tin Rerouting_Request từ phương tiện, iTL sẽ kiểm tra vị trí hiện tại (ve.curLoc) và vị trí đích muốn đến của xe (ve.destLoc) Tiếp đó iTL sử dụng ve.curLoc (vị trí hiện tại của xe) và bản đồ khu vực để tìm tất cả các đường tiếp theo ve.nrs = {e1,e2,…,eN} trong đó N là tổng số Next Road Nếu N > 1 thì iTL sẽ chọn Next Road thích hợp nhất (ve.nr) cho xe Sau đó, iTL tính toán cost cho từng Next Road dựa trên 4 hệ số sau: Độ chiếm dụng của con đường mới (e.GO), ước tính thời gian di chuyển cho tuyến đường đó (e.TT), khoảng cách đến đích (e.GD), mức độ gần so với đoạn đường sự cố (e.GC)

Ve Xe gửi yêu cầu tái định tuyến đến Itl ve.curLoc Vị trí hiện tại của xe ve.destLoc Vị trí đích muốn đến của xe ve.nrs Tập hợp tấy cả Next Road cho xe ve.nr Next Road được chọn cho xe

E Con đường trong ve.nrs ecls Đường bị đóng

RO Độ chiếm dụng đường (Road Occupancy) TT Thời gian di chuyển ước lượng (Travel time estimate) GD Khoảng cách đến đích (Geographic distance to destination)

GC Độ gần với con đường có sự cố(Geographic Closeness of

Congestion) X Một trong các thông số {RO,TT,GD,GC} e.x Thông số của đường e VD: e.RO là độ chiếm dụng của đường e

CVsum Tổng các CVX wx Trọng số của x VD: wRO là trọng số của độ chiếm dụng đường W Trọng số của các thông số w={wRO, wTT, wGD, wGC} ce Giá trị tất cả thông số của đường e

Ce= (e.RO, e.TT, e.GD, e.GC)

Bảng 4.1 – Bảng các từ viết tắt của giải thuật NRR

4.1.1.Độ chiếm dụng đường (Road Occupancy)

Tỉ lệ chiếm dụng đường được tính bằng phần trăm thời gian mà induction loop bị chiếm bởi xe trên một đơn vị thời gian cho trước Đây là thông số quan trọng cho ta thấy lưu lượng theo thời gian thực của một đoạn đường nhất định Thông số này induction loop có thể cung cấp

4.1.2 Thời gian di chuyển ước lượng (Estimated Travel Time)

Thời gian di chuyển được ước lượng bằng trung bình thời gian di chuyển của các xe trên đoan đường đó, được đo bằng tỉ số của chiều dài đoạn đường (e.len) và tốc độ trung bình (e.u) [38], induction loop có thể cung cấp giá trị này Định nghĩa:

- e.k là mật độ giao thông hiện tại của đoạn đường e (số lượng xe trên km)

- e.kj là mật độ giao thông tại thời điểm xảy tắc nghẽn

Tỉ số của e.k trên e.kj bằng lượng phương tiện hiện tại trên đoạn đường e chia cho số lượng phương tiện tối đa trên đoạn đường đó hay có thể nói cách khác tỉ số e.k và e.kj xấp xỉ bằng độ chiếm dụng của con đường e [39], tức là

f f j e len e len e len e TT e u e u e k e u e RO e k

Với e.uf là tốc độ tối đa cho phép trên đoạn đường e Các giá trị e.len và e.uf thường là cố định, lấy được từ bản đồ khu vực

4.1.3 Khoảng cách đến đích (Geographic distance to Destination)

Khoảng cách đến đích (e.GD) cho chúng ta biết khoảng cách từ đoạn đường e đến điểm muốn đến của xe

Giả thiết rằng kích thước của thành phố không quá lớn, khoảng ít hơn 1000 giao lộ và cơ sở hạ tầng đường sá xem như không đổi, NRR tính trước khoảng cách ngắn nhất từ một điểm nguồn bất kỳ đến điểm đích bất kỳ bằng giải thuật Dijkstra và lưu vào cơ sở dữ liệu Do đó khi cần thì ta có thể tìm kiếm một cách nhanh chóng giá trị e.GD này Một cách khác ta cũng có thể tính toán thông số này một cách nhanh chóng thông qua giải thuật Euclide, tuy nhiên mức độ chính xác không cao như khi sử dụng giải thuật Dijkstra

4.1.4 Độ gần với con đường xảy ra sự cố (Geographic Closeness of Congestion)

Nhìn chung, khi một tuyến đường xảy ra sự cố và bị đóng thì các đoạn đường xung quanh nó sẽ có mật độ giao thông khá cao

Giá trị e.GC được tính là sự đồng dạng của 2 vectơ: v e = (e.sLoc, e.sLoc) là vecto từ vị trí đầu đường tới vị trí cuối của đoạn đường e e cls v = (ecls.sLoc, ecls.eLoc) là vecto từ vị trí đầu đến vị trí cuối của con đường bị đóng

( , ) cls cls cls e e e e e e e GC similarity v v v v v v

Từ 4 giá trị trên NRR xây dựng được vecto các thông số ce = (e.RO, e.TT, e.GD, e.GC) cho mỗi Next Road e Thông qua việc xác định tầm quan trọng của mỗi hệ số trên, hệ thống sẽ đưa ra trọng số thích hợp để tính toán Hệ số mà có trọng số càng lớn thì tầm quan trọng của nó càng cao, vecto trọng số tương ứng cho 4 hệ số trên: w = (w.RO, w.TT, w.GD, w.GC) T Do đó Next Road được chọn là Next Road có giá trị ce.w nhỏ nhất:

Trong đó Ĉe là ce trong đó mỗi giá trị được tỉ lệ trong khoảng [0;1] theo phương trình sau: min max min

Thông qua việc xác định tầm quan trọng của mỗi thông số, hệ thống sẽ cho biết trọng số phù hợp nhất để tính toán tái định tuyến [40] Trong giải thuật NRR, giá trị các tham số được sử dụng tính toán phụ thuộc vào các khoảng thời gian khác nhau (e.RO, e.TT) và vị trí hiện tại/vị trí đích của phương tiện cần được tái định tuyến (e.GD, e.GC) Do đó ta cần phân bố lại các trọng số một cách phù hợp

Trong việc lựa chọn Next Road, ta xét từng giá trị so với tổng các giá trị, sự biến động của giá trị nào càng lớn thì yếu tố đó càng quan trọng trong việc lựa chọn con đường phù hợp nhất

Vì tất cả các thông số đều được tính toán hoàn toàn khác nhau nên hệ số biến thiên CV được dùng để tính toán mức độ thay đổi của các giá trị

Như trình bày ở phương trình dưới iTL tính CV cho mỗi hệ số x {RO, TT, GD, GC}

Trên tổng các Next Road, sau đó lấy tổng của tất cả hệ số này Cuối cùng trọng số của giá trị x là tỉ số của nó trên tổng các hệ số

Ví dụ: Như hình 4.1 Khi một phương tiện tiếp cận giao lộ, nó sẽ có 3 sự lựa chọn đường đi r1, r2, r3

Mô phỏng và đánh giá kết quả

Phần mềm mô phỏng giao thông SUMO (Simulation of Urban Mobility) phiên bản 0.29 kết hợp với TraCI (Traffic Control Interface) được sử dụng để thực hiện mô phỏng đề tài Để đánh giá giải thuật NRR, ta sử dụng hai bản đồ là bản đồ mô phỏng dạng lưới với kích thước 8x7 và bản đồ thực tế (Bản đồ một phần quận 5, Thành phố Hồ Chí Minh)

Hình 4.2 – bản đồ 8x7 trong SUMO

Việc sử dụng bản đồ mô phỏng loại này tuy chưa đánh giá được mức độ triển khai thực tế của giải thuật, tuy nhiên bản đồ dạng này giúp ta dễ dàng đánh giá tác động khi đóng con đường, cũng như mức độ chính xác của giải thuật ở điều kiện tốt nhất

Bản đồ 8x7 gồm 8 giao lộ theo hướng đứng và 7 giao lộ theo hướng ngang

Tất cả các đoạn đường đều có thông số như nhau, mỗi đoạn đường đều là đường 2 chiều, mỗi chiều có một làn đường, dài 120m

Bản đồ này được tạo lưu lượng giao thông đồng đều, trong 30 phút Đoạn đường bôi đỏ là đoạn đường xảy ra sự cố và sẽ bị đóng

Bản đồ thực tế thành phố Hồ Chí Minh

Khảo sát một phần khu vực quận 5 tại TP.Hồ Chí Minh như bản đồ Hình 4.3 Bản đồ này được lấy từ ứng dụng OpenStreetMap [44], một chương trình bản đồ mã nguồn mở Việc khảo sát với bản đồ thực tế với mục đích xem xét giải thuật NRR hoạt động như thế nào với cơ sở hạ tầng giao thông thực tế

Hình 4.3- Bản đồ một phần khu vực quận 5 dùng mô phỏng

Bản đồ này được thể hiện trên SUMO như hình 4.4

Hình 4.4 - Bản đồ quận 5 khi mô hình hóa trên SUMO Điểm khác biệt giữa bản đồ thực tế và bản đồ mô phỏng dạng lưới 8X7 như sau:

- Chiều dài các đoạn đường hoàn toàn khác nhau

- Độ rộng con đường khác nhau như có đường 4 làn xe, có đường chỉ 2 làn xe

Thêm vào nữa là các tuyến đường một chiều

- Nhiều ngã tư nhỏ không cần đèn giao thông

- Các con đường giao nhau không vuông góc như trong bản đồ mô phỏng

Các thông số đánh giá:

- Thời gian di chuyển: Thời gian một xe cụ thể hoàn thành chuyến đi của mình bằng tổng thời gian di chuyển trên mỗi đoạn đường

- Thời gian di chuyển với điều kiện free-flow của một đoạn đường được tính bằng thời gian xe đi qua hết đoạn đường với tốc độ tối đa

- Thời gian di chuyển trung bình (ATT): Trung bình thời gian di chuyển của tất cả phương tiện tham gia giao thông, nó chỉ ra tình trạng chung của giao thông trong toàn khu vực quan sát

- Chỉ số thời gian di chuyển (TTI) [45]: Còn được gọi là chỉ số tắc nghẽn, được sử dụng để đo lường mức độ nghẽn TTI được tính bằng tổng thời gian di chuyển chia cho tổng thời gian free-flow Thông số này nhiều ý nghĩa hơn so với thời gian di chuyển trung bình vì nó chỉ ra mức độ tiêu tốn thời gian so thời gian di chuyển ít nhất

- Thời gian di chuyển bách phân 95 (percentile 95 th ): Bách phân thường được dùng trong các phương pháp thống kê để ước tính tỉ lệ dữ liệu trong một tập số liệu rơi vào vùng cao hơn hoặc thấp hơn một giá trị cho trước Thời gian di chuyển bách phân 95 là lượng thời gian mà 95% phương tiện di chuyển ít hơn thời gian đó

- Chỉ số thời gian kế hoạch: Dùng để đánh giá mức độ đáng tin cậy của thời gian di chuyển Thông số này được tính bằng tỉ số giữa thời gian di chuyển bách phân 95 trên thời gian di chuyển free-flow

Tiếp theo, ta tìm hiểu và đánh giá tác động của giải thuật tái định tuyến NRR với các giải thuật tái định tuyến theo đường ngắn nhất hay tái định tuyến cân bằng lên lưu lượng giao thông 5 kịch bản được đưa ra như sau:

- Kịch bản gốc (Original) tức là kịch bản ban đầu mô hình lưu lượng giao thông trong 30p Không có đường nào bị đóng và cũng không tái định tuyến

- Sự cố trên đường (ERE) kịch bản original trên nhưng con đường trung tâm bị đóng trong 20 phút (từ phút thứ 5 đến 25) Thông thường trong mô phỏng SUMO, một tuyến đường bị đóng thì tốc độ các phương tiện trong đoạn đường đó là 0.1m/s

- Tái định tuyến không đổi (ConRE) kịch bản này thể hiện tái định tuyến cá nhân Tức là khi có tắc nghẽn các xe sẽ tự tái định tuyến theo con đường tốt nhất cho mình

- Tái định tuyến cân bằng (LoaRE) khi có sự cố sẽ sử dụng tái định tuyến có lợi cho hệ thống để cân bằng lưu lượng giao thông Khi có tắc nghẽn xảy ra, các xe sẽ tái định tuyến dựa trên thông tin nắm được về lưu lượng hiện có của các con đường và có thể chấp nhận đi vào con đường tuy xa nhưng có lưu lượng thấp Kiểu tái định tuyến này có thể dẫn đến sự thiếu công bằng giữa các phương tiện, khi có những phương tiện di chuyển ít tốn thời gian, một số phương tiện khác lại có thời gian di chuyển rất lâu

Với bản đồ mô phỏng 8x7:

Hình 4.5 – Thời gian di chuyển trung bình và thời gian bách phân 95 của 5 kịch bản

- Với kịch bản ORG, các xe di chuyển bình thường và không có bất kỳ sự cố nào xảy ra nên thời gian di chuyển trung bình là 182s 95% số lượng xe trong kịch bản này có thời gian di chuyển dưới 328s

- Kịch bản ERE (en-route event) tức là có một sự cố bất ngờ xảy ra, buộc phải đóng một tuyến đường Lúc này giao thông sẽ mất cân bằng, lưu lượng giao thông trên các tuyến đường không đồng đều dẫn đến ùn tắc tại điểm xảy ra sự cố và lan rộng các giao lộ xung quanh Vấn đề này dẫn đến thời gian di chuyển trung bình tăng cao, phải mất trung bình 313s để một chiếc xe hoàn toàn đường đi của mình tăng 72% so với lúc bình thường 5% số lượng xe có thời gian di chuyển nhiều hơn 741s, tăng đến 125% so với điều kiện thông thường

- Kịch bản ConRE: Kịch bản tái định tuyến này xe sẽ tự tái định tuyến theo con đường mà nó cho là ngắn nhất Như đã được trình bày trong chương 3 về nghịch lý Braess, tức là khi có ùn tắc xảy ra, nếu các xe đều tự chọn con đường đi nhanh nhất cho bản thân mình, thì thời gian di chuyển không những giảm mà còn tăng cao, lại gây thêm ùn tắc nghiêm trọng hơn Dựa trên nghịch lý này ta giải thích được hiện tượng thời gian di chuyển trung bình của phương tiện quá cao khi sử dụng kiểu tái định tuyến này, 345s so với 182 của kịch bản ORG, tăng đến 90% thời gian di chuyển Không những vậy, 5% số lượng xe phải di chuyển với thời gian hơn 800s cho hành trình của mình, gấp 2.5 lần so với điều kiện thông thường và cũng cao hơn cả kịch bản ERE khi ta không tái định tuyến

- Kịch bản LoaRE: Đây là kịch bản mà các phương tiện sẽ tái định tuyến vì lợi ích chung của hệ thống giao thông, nhờ thông tin liên lạc giữa xe và cơ sở hạ tầng nên xe sẽ tái định tuyến sang con đường có mật độ lưu lượng thấp Điều này làm giảm phần nào thời gian di chuyển trung bình của các xe, chỉ tăng 10% so với khi không có sự cố và làm giảm đến 40% thời gian di chuyển so với kịch bản ERE Như đã nói ở phần trên, nhược điểm chính của phương pháp này là tính công bằng giữa các xe khi phải có một số xe chịu thiệt thòi khi di chuyển quãng đường xa hơn 5% số lượng xe trong kịch bản này di chuyển hơn 368s, tăng 12% so với kịch bản ORG

Kết luận

Chương này đưa ra phương pháp tính toán cho việc tái định tuyến theo đường kế tiếp dựa trên việc sử dụng đèn giao thông thông minh điều khiển được và hệ thống điều hướng cho xe VNS NRR chuyển hướng phương tiện có hành trình đi qua điểm tắc nghẽn sang một con đường mới tối ưu bằng cách tính toán 4 thông số đó là độ chiếm dụng đường, thời gian di chuyển, khoảng cách đến đích, độ gần so với điểm tắc nghẽn

Theo kết quả mô phỏng, việc sử dụng giải thuật NRR cải thiện được thời gian di chuyển trung bình so với không tái định tuyến từ 40-60% Hơn nữa, mô phỏng này cũng cho thấy sự tiêu cực khi sử dụng phương pháp tái định tuyến theo cá nhân, có thể làm lan truyền tắc nghẽn sang các khu vực khác và đề cao phương pháp tái định tuyến có lợi cho hệ thống.

Tổng quan về vấn đề

Vấn đề ùn tắc giao thông ở thành phố xảy ra song song với quá trình đô thị hóa mạnh mẽ kéo dài suốt 6 thập kỷ qua Các nước đã và đang thất thoát những chi phí quá lớn do thời gian di chuyển tăng cao, lãng phí nhiên liệu Một cách gián tiếp còn phải trả những thất thoát về y tế do ảnh hưởng lớn đến sức khỏe, tâm lý người dân ở đô thị tại những quốc gia phát triển cũng như đang phát triển

Ngày nay, nhờ sự phát triển rộng rãi của các thiết bị di động, cùng các công nghệ liên quan, hệ thống giao thông thông minh ITS phần nào dự đoán và giảm thiểu được vấn đề tắc nghẽn giao thông tái diễn.Thế nhưng, đến bây giờ hầu như vẫn chưa có giải pháp nào giải quyết hiệu quả được vấn đề tắc nghẽn bất ngờ do yêu cầu thời gian đáp ứng phải nhanh chóng Kiểu ùn tắc giao thông này nguyên nhân là do một vài sự cố bất ngờ trên đường như diễu hành, các công trình đang xây dựng, tổ chức các sự kiện, thời tiết xấu…Tắc nghẽn bất ngờ sẽ lan truyền ra các tuyến đường xung quanh một cách nhanh chóng Vì vậy, thời gian di chuyển của các phương tiện tham gia giao thông quanh khu vực này sẽ tăng đáng kể Để góp phần giải quyết vấn đề trên, luận văn này đưa ra một giải thuật tái định tuyến cho xe để cân bằng lưu lượng giao thông cho khu vực.

Đóng góp của đề tài

Để góp phần giải quyết vấn đề tắc nghẽn giao thông bất ngờ, luận văn này giới thiệu một giải thuật tái định tuyến theo đường đi kế tiếp (Next Road Rerouting – NRR) Các đóng góp chính của đề tài như sau:

 Cải tiến kiến trúc Multi-agent để tái định tuyến xe trên nền tảng hệ thống kiểm soát tín hiệu giao thông thích ứng (ATSC) Đối với thiết kế multi-agent trong hệ thống ATSC, agent được định nghĩa là máy tính khu vực và các làn đường đi vào một giao lộ Cơ chế phối hợp agent bằng cách thay đổi chu kỳ của tín hiệu giao thông, qua đó làm thay đổi lưu lượng giao thông So với kiến trúc này thì kiến trúc NRR mở rộng khái niệm agent khi thêm vào các làn đường đi ra NRR cũng phối hợp giữa các agent để trao đổi thông tin thời gian thực về các phương tiện vào ra Khi một xe tiếp cận agent, nó phải gửi thông tin về vị trí đích đến để nếu có yêu cầu tái định tuyến thì sẽ tính toán thông số GD Do đó, kiến trúc multi-agent trong NRR sử dụng tất cả các thông tin về con đường, cải thiện cân bằng lưu lượng chung hơn là chỉ cân bằng lưu lượng cho riêng agent đó

 NRR đáp ứng tốt về yêu cầu thời gian thực khi xảy ra tắc nghẽn bất ngờ bằng cách chỉ tính toán đường đi kế tiếp thay cho việc tính toán cả tuyến đường đến đích

Các phương pháp để giải quyết vấn đề tắc nghẽn bất ngờ trước đến nay thường chưa đáp ứng được yêu cầu về thời gian thực Khi tắc nghẽn bất ngờ xảy ra, thời gian càng lâu thì càng có nhiều phương tiện đi vào con đường tắc nghẽn, rồi dần dần lan truyền qua khu vực khác NRR giải quyết vấn đề này một cách hợp lý khi chỉ tính toán một Next Road cho phương tiện di chuyển qua đó để tránh đoạn đường bị nghẽn, phần còn lại sẽ nhờ hệ thống VNS trên xe dẫn đường, như vậy vừa tiết kiệm thời gian tính toán lại vừa giảm được mức độ tính toán phức tạp cho máy chủ.

Hướng phát triển trong tương lai

Để giải thuật NRR ngày càng hoàn thiện hơn, góp phần giải quyết bài toán tắc nghẽn giao thông bất ngờ ta cần giải quyết các vấn đề sau:

 Điều tra tác động đến giao thông của các sự kiện khác nhau thành số liệu cụ thể Đề tài này giúp làm giảm ùn tắc giao thông không mong đợi khi trường hợp đóng một đoạn đường ở khu vực trung tâm Trong thực tế, có nhiều nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn giao thông bất ngờ và cũng có nhiều kiểu phản ứng như đóng một làn đường, hay đóng nhiều con đường hoặc hạn chế xe cộ…Trên thực tế, mỗi nguyên nhân sẽ có một tác động riêng đến giao thông Ví dụ, ở khu vực nông thôn với lưu lượng giao thông thấp và nhiều con đường nhỏ đan xen nhau, nếu ta đóng một vài đoạn đường cũng sẽ ít gây ùn tắc, còn đối với khu vực trung tâm thành phố, chỉ cần một làn đường bị đóng có thể làm giao thông cả khu vực bị tắc nghẽn Vì vậy nên nghiên cứu đánh giá tác động đối với mỗi trường hợp trên

 Kết hợp giải thuật NRR với hệ thống kiểm soát tín hiệu giao thông thích ứng ATSC

NRR đưa ra quyết định tái định tuyến dựa trên các thông tin giao thông được cung cấp bởi các induction loop trong ATSC, và sử dụng kiến trúc tương tự ATSC Ý tưởng ở đây là hợp nhất hai kỹ thuật trên vừa hướng dẫn tái định tuyến bằng NRR, vừa lên kế hoạch cho tín hiệu đèn giao thông bằng ATSC Ví dụ đơn giản như khi xảy ra sự cố trên đường, các đèn giao thông sẽ điều chỉnh để phân cấp ưu tiên cho luồng xe tái định tuyến từ giải thuật NRR

 Kỹ thuật dự đoán đích đến của phương tiện [43]

Trong quá trình tái định tuyến, các phương tiện có đường đi qua nơi xảy ra sự cố sẽ gửi thông điệp yêu cầu tái định tuyến kèm theo đích đến của mình cho iTL, thông số vị trí đích đến sẽ tham gia vào trong quá trình tính Next Road như được trình bày ở chương 4

Nhưng một vấn đề đặt ra là vẫn có nhiều lái xe từ chối chia sẻ đích đến của mình vì lý do cá nhân Hơn nữa, việc chờ đợi phản hồi về đích đến mong muốn từ lái xe có thể làm mất thời gian xử lý của giải thuật Do đó cần có một công nghệ dự đoán điểm đến của phương tiện Vì vậy nên cải tiến hoạt động như sau:

Agent broadcast thông báo cho các xe về vị trí con đường xảy ra sự cố, kèm theo đó là một vài đề xuất Next Road cho từng vị trí đích đến cho người lái xe tự chọn Như vậy giải thuật NRR sẽ trở nên thực tế và hiệu quả hơn.