Một trong những thành tựu trong giai đoạn hiện tại là sự ra đời của công nghệ VANET Vehicular Ad-Hoc Network; công nghệ này xây dựng mạng lưới cho phép các phương tiện giao thông có thể
PHẦN MỞ ĐẦU
Mục tiêu đề tài
Dựa trên ý tưởng về khả năng xây dựng mạng lưới giao thông trong đó các xe giao tiếp được với nhau, truyền nhận các tín hiệu giao thông ảo mang tính đồng bộ cao mà không cần phải có một cấu trúc trung gian điều khiển; năm 2012 đã có đề tài của học viên Bành Trường Sơn thuộc Khoa Điện-Điện Tử, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM “Tối ưu lưu lượng giao thông dựa trên giao thức Virtual Traffic Light thông qua VANET” [2] tập trung vào đánh giá khảo sát một số nội dung:
_ So sánh chất lượng khi sử dụng đèn giao thông truyền thống và đèn giao thông ảo (VTL):
+ Giao lộ 2 đường giao nhau 1 chiều + Giao lộ 2 đường giao nhau 2 chiều + Ba giao lộ đường 1 chiều liền kề
_ Ba giao lộ đường một chiều liền kề áp dụng giải pháp tránh ùn tắc dựa vào thông tin giao thông
_ Giao lộ 2 đường giao nhau 1 chiều, giao lộ 2 đường giao nhau 2 chiều và giải pháp đề xuất nhằm giảm tắc nghẽn dựa vào điều chỉnh chu kì xanh đỏ
Tuy vậy, việc nghiên cứu trong đề tài trước chỉ được thực hiện giới hạn ở 1 giao lộ hoặc 3 giao lộ nhưng xét luồng giao thông đơn giản là 1 chiều; với mục tiêu đánh giá thuật toán sát với thực tế hơn, ý tưởng chủ đạo của đề tài này là tập trung nghiên cứu vào các vấn đề:
_ Đánh giá việc sử dụng VTL trong phạm vi nhiều giao lộ liên tiếp nhau, xe lưu thông trên các tuyến đường là 2 chiều, xe vào 1 giao lộ có sự ràng buộc bởi xe ra khỏi các giao lộ khác
_ Đánh giá việc kết hợp VTL và đèn giao thông truyền thống trong chống nghẽn so với chỉ dùng VTL do trong thực tế khó có thể bỏ toàn bộ các trụ đèn giao thông truyền thống để chuyển sang sử dụng chỉ VTL
_ Đánh giá chất lượng của thuật toán khi luồng giao thông thay đổi theo các phân bố khác nhau, ở điều kiện nào thì VTL cho hiệu quả cao
_ Nghiên cứu khả năng ứng dụng của VTL trên đường cao tốc khi có tai nạn xảy ra để giúp thông tin cho các xe đằng sau, giảm thiểu tai nạn giây chuyền
_ Nghiên cứu giải pháp làm tăng chất lượng chống nghẽn tại các giao lộ dựa vào khả năng trao đổi thông tin của các phương tiện thông qua mạng VANET
Cũng với ý tưởng chính là thay các hệ thống trụ đèn báo hiệu tại nút giao thông bằng giao thức thông minh dựa trên thuật toán Vitual Traffic Light (VTL) thông qua mạng VANET theo tài liệu tham khảo từ dự án Distributed Virtual Traffic Light System (tháng 5 năm 2010) của nhóm tác giả người Bồ Đào Nha gồm Alexandre Santos, Hugo Conceiỗóo, Hugo Mendes, Nuno Jordóo [3] VTL được tạo ra bởi một thuật toán phân phối đòi hỏi sự tham gia của các xe tại các luồng khác nhau tại một giao lộ trong một khu vực được xác định cụ thể Căn cứ vào từng điều kiện giao thông tại giao lộ đó ở từng thời điểm khác nhau, thuật toán VTL sẽ cho ra các quyết định khác nhau hoặc xe được phép đi qua giao lộ hoặc dừng lại Lưu lượng lưu thông trong mạng VANET có thể được tối ưu hóa tốt hơn do sự dàn xếp thời gian thực và hợp lí của thuật toán VTL tùy theo tình trạng ùn tắc tại khu vực giao lộ
Công việc chính của luận văn là cài đặt thuật toán VTL trên phần mềm mô phỏng Matlab để tiến hành mô phỏng Các mô hình mô phỏng được xây dựng trên Matlab gần giống với mô hình thực tế với lưu lượng xe ở các luồng tại giao lộ thay đổi theo thời gian một cách ngẫu nhiên với mật độ xác suất theo một phân bố nào đó (ví dụ như phân bố Poisson) và chu kì thời gian của tín hiệu đỏ xanh được cài đặt trước Chu kì lấy mẫu kết quả cũng được xác định trước [2]
Mục đích của việc làm trên nhằm chứng minh thuật toán VTL có thể tối ưu hóa được lưu lượng giao thông trong các kịch bản tại giao lộ từ đó giảm thiểu được tình trạng tắc nghẽn giao thông so với hệ thống đèn giao thông truyền thống Điểm khác biệt và cải tiến hơn so với đề tài trước đây là việc đánh giá mang tính chất tổng quát cũng như sát với thực tế hơn nhờ việc tăng tính phức tạp của mô hình mô phỏng đồng thời cũng đưa ra một số giải pháp để cải thiện chất lượng chống nghẽn trong giao thông
LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Kiến thức chung
Sự phát triển của công nghệ không dây tầm ngắn kết hợp với mạng ad-hoc đã tạo tiền đề cho hệ thống truyền thông C2C và C2I, được gọi chung là Car-to-X (C2X) C2X đóng vai trò thiết yếu trong kết cấu giao thông thông minh (ITS), mở ra các giải pháp cải thiện an toàn giao thông cũng như cho phép tích hợp nhiều dịch vụ tiện ích trên xe, phục vụ người lái và hành khách.
11 cũng như cho phép khả năng thông tin giữa các phương tiện di chuyển Tầm quan trọng và tiềm năng của VANETs là không cần phải bàn cãi nhiều bởi bằng chứng là sự quan tâm đáng kể đối với lĩnh vực này từ cộng đồng nghiên cứu và ngành công nghiệp ô tô cũng như từ các cơ quan chính phủ và các tổ chức tiêu chuẩn hóa Trong bối cảnh này, công nghệ “Dedicated Short Range Communications ( DSRC )” được ra đời ở Bắc Mỹ, nơi mà vào năm 2003, phổ tần 75 MHz đã được sự chấp thuận của Ủy ban Truyền thông Liên bang Mỹ ( FCC ) cho việc thông tin liên lạc trong giao thông [5] Mặt khác , lúc này ở châu Âu, C2C-CC đã được khởi xướng bởi các nhà sản xuất xe hơi, các tổ chức nghiên cứu và một số đối tác với mục tiêu chính là làm tăng an toàn đường bộ và tính hiệu quả trong giao thông Nhiệm vụ của C2C-CC là chuẩn hóa giao diện và giao thức truyền thông không dây giữa các phương tiện giao thông Có một số dự án nghiên cứu đã hoàn thành hoặc đang tiếp tục thực hiện sẽ được đề cập ở phần sau; mục đích là tạo và thiết lập một tiêu chuẩn công nghiệp châu Âu mở rộng cho các hệ thống thông tin liên lạc C2X Ủy ban châu Âu đã cung cấp một băng tần duy nhất toàn châu Âu cho phép truyền tín hiệu nhanh và đáng tin cậy giữa các xe , cũng như giữa xe và các thiết bị hạ tầng được đặt dọc đường Đó là phổ tần 30 MHz trong băng 5,9 GHz sẽ được cấp phát cho các ứng dụng mới Nó sẽ tạo điều kiện cho sự phát triển và cung cấp khả năng thử nghiệm an toàn đường bộ liên quan đến các ứng dụng ở châu Âu bằng cách cung cấp một phổ tần chung và lâu dài cho ngành công nghiệp ô tô và các nhà khai thác đường bộ [6].
Kiến trúc hệ thống Car-to-X
12 càng rõ ràng công nghệ này sẽ mở ra khả năng điều tiết giao thông và cả cung cấp các ứng dụng giải trí
In-Vehicle Domain liên quan đến mạng lưới nội bộ xe Mỗi chiếc xe được trang bị một thiết bị On-Board Unit (OBU) thực hiện giao tiếp với tài xế hoặc hành khách thông qua thiết bị gọi là Application Unit (AU)
Ad-hoc Domain được hình thành từ một mạng lưới các xe trang bị OBU và node mạng cố định đặt dọc trên đường Road-Side Unit (RSUs), OBUs và RSUs hình thành mạng VANET, cho phép thông tin liên lạc một cách toàn diện và khả năng tự tổ chức mà không cần đến một đơn vị trung gian Các OBU trực tiếp giao tiếp với nhau nếu tồn tại kết nối không dây giữa chúng, hoặc thực hiện truyền thông multi-hop thông qua việc sử dụng một giao thức định tuyến chuyên dụng
Cuối cùng, trong miền cơ sở hạ tầng, các RSU có thể chỉ đơn giản là mở rộng phạm vi vùng phủ VANET bằng cách hoạt động như một thực thể chuyển tiếp, hoặc được
13 gắn vào một mạng hạ tầng, do đó có thể được kết nối với internet Các RSU cho phép các OBU truy cập vào mạng hạ tầng, do đó các AU trên các phương tiện có thể trao đổi thông tin với nhau thông qua internet [5]
Hệ thống C2C-CC cơ bản bao gồm các thành phần:
AU (Application Unit): Thiết bị dùng để chạy các ứng dụng sử dụng khả năng kết nối của OBU AU có thể được tích hợp sẵn trên phương tiện hoặc được gắn trên OBU, và có thể linh động kết nối vào xe bởi tài xế hoặc hành khách
Hoặc nó cũng có thể là các thiết bị như máy tính xách tay hoặc PDA Một OBU cho phép nhiều AU tích hợp vào nó
OBU (On-Board Unit) được thiết kế để thực hiện các giao thức truyền thông và cung cấp dịch vụ thông tin C2X cho các AU (Automated Units) trong hệ thống giao thông thông minh Thiết bị này có trang bị ít nhất một thiết bị mạng không dây tầm ngắn dựa trên chuẩn IEEE 802.11p, đồng thời có thể tích hợp thêm các thiết bị mạng với các công nghệ khác Các chức năng chính của OBU bao gồm kết nối vô tuyến, định tuyến ad-hoc địa lý, điều khiển nghẽn mạng và hỗ trợ IP động.
RSU (Road-Side Unit): là các nút cố định được đặt dọc theo đường giao thông, đường cao tốc, hoặc tại các vị trí chuyên dụng như đèn tín hiệu giao thông, nơi đậu xe hoặc trạm xăng Một RSU có khả năng giao tiếp với nhiều OBU Được trang bị ít nhất một thiết bị truyền thông không dây tầm ngắn dựa trên chuẩn IEEE 802.11p, và cũng có thể được trang bị các công nghệ mạng khác để cho phép truyền thông với một mạng hạ tầng RSU có thể mở rộng phạm vi thông
14 tin liên lạc của miền Ad-hoc, có thể cung cấp kết nối internet hoặc có thể kết nối với RSU khác trong việc chuyển tiếp thông tin
2.2.1 Mô hình các lớp giao thức
Mô hình các lớp giao thức của OBU đề xuất bởi C2C-CC được mô tả trong hình 2.2 [9], được thiết kế với giả định rằng các ứng dụng an toàn và không an toàn có yêu cầu về khả năng thông tin liên lạc khác nhau.Thông thường, các ứng dụng an toàn chỉ phổ biến thông tin về các sự kiện trong vùng địa phương lân cận hoặc một khu vực địa lý Các phương tiện có khả năng định kỳ phát quảng bá các thông điệp ngắn (thông điệp nhận thức), hoặc chỉ tạo ra các thông điệp khi họ phát hiện sự kiện an toàn (thông báo sự kiện định hướng) Mặt khác, các ứng dụng thông tin giải trí thường thiết lập các phiên và trao đổi các gói dữ liệu đơn hướng hoặc nhị hướng giữa 2 node Geocast cung cấp kết nối ad-hoc giữa các OBU, cũng như giữa các OBU và RSU Trong khi các thông điệp an toàn được truyền đi bằng cách sử dụng tính năng Geocast, các ứng dụng không an toàn có thể truy cập đến stack giao thức IP thông thường, cũng như chúng có thể sử dụng tính năng ad-hoc và multi-hop của Geocast như một lớp IP con
Hình 2-2: Kiến trúc giao thức trong hệ thống thông tin C2X
Các ứng dụng không an toàn sử dụng các giao thức truyền thống với TCP, UDP hoặc giao thức vận chuyển khác trên nền IPv6 và có thể truy cập thông tin multi-hop không dây để giao tiếp với OBU, RSU khác hoặc máy chủ Internet
Liên quan đến lớp MAC và lớp vật lý, giao thức này có thể sử dụng nhiều công nghệ không dây khác nhau: IEEE 802.11p hoặc các công nghệ mạng LAN không dây thông thường dựa trên chuẩn IEEE 802.11a/b/g/n Hơn nữa, các công nghệ khác như các mạng di động (GSM, GPRS, 3G, WiMAX) cũng có thể được sử dụng
Giao thức định tuyến địa lý có lẽ là loại giao thức hứa hẹn nhất trong số các giao thức được áp dụng trong mạng lưới giao thông Các khái niệm về mạng địa lý làm cơ sở cho truyền thông C2X Về cơ bản, Geocast là một giao thức định tuyến ad-hoc cấp phát thông tin đến node đích được nhận biết bởi vị trí địa lý của nó Nó giả định rằng các xe biết được vị trí hiện tại của mình thông qua hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
16 hoặc hệ thống định vị nào đó Ngoài ra, mỗi xe định kỳ quảng bá thông tin định vị này đến các phương tiện trong vùng lân cận của nó, và do đó, các xe được thông báo về vị trí của tất cả các xe khác trong phạm vi giao tiếp trực tiếp của chúng Khi một xe có ý định gửi thông điệp đến một khu vực địa lý đã biết, nó chọn xe khác làm nhiệm vụ chuyển tiếp thông điệp Chiếc xe này phải đang có hướng di chuyển đến khu vực mục tiêu, quá trình tương tự lặp lại cho đến khi đạt được mục đích Các gói tin được chuyển tiếp "on the fly", dựa trên tìm kiếm địa điểm gần nhất, mà không yêu cầu phải thiết lập hay duy trì các tuyến đường [9] Geocast giả định rằng tất cả các nút biết vị trí địa lý của nó và duy trì một bảng vị trí có chứa các nút khác và vị trí địa lý của họ
Hình 2-3: Bảng thông tin vị trí Các thành phần giao thức cốt lõi của Geocast được giải thích trong các mục sau đây:
Beaconing - xe định kỳ phát các thông điệp ngắn có chứa thông tin ID, vị trí địa lý hiện tại, tốc độ Khi nhận được một beacon, các phương tiện lưu trữ thông tin này trong bảng vị trí của chúng
Location Service phân giải ID của chiếc xe thành vị trí địa lý của nó Khi một chiếc xe cần biết vị trí của một xe nào đó không có sẵn trong bảng vị trí của nó, nó phát ra một thông điệp truy vấn ID xe tìm kiếm, số thứ tự và giới hạn hop Các nút láng giềng phát lại thông điệp này cho đến khi nó đạt đến nút tìm kiếm (hoặc giới hạn hop) Mỗi thông điệp phản hồi mà chiếc xe nhận được mang thông tin về vị trí hiện tại của xe gửi đi và một mốc thời gian Khi nhận được thông điệp này, xe sẽ thực hiện cập nhật lại bảng vị trí của nó
Forwarding có thể hiểu về bản chất là việc chuyển tiếp các gói tin đến đích
Phương pháp hiệu quả nhất để phân phối thông tin định tuyến địa lý là nhắm các thông điệp này đến các khu vực địa lý nhất định Một vùng địa lý giới hạn có thể được xem là mục tiêu của thông điệp Trong khi các phương tiện bên ngoài các khu vực mục tiêu phục vụ chuyển tiếp tin nhắn, chỉ có những chiếc xe nằm trong khu vực này sẽ nhận được thông điệp Geocast bao gồm các kiểu chuyển tiếp sau đây [5]:
VANET và các ứng dụng đặc thù
Do đó, hai loại ứng dụng thu hút sự chú ý nhất trong thời gian vừa qua liên quan đến an toàn cộng đồng, ví dụ, các ứng dụng tránh va chạm giao thông và phối hợp lưu thông, ở đó phương tiện phối hợp nhau để di chuyển một cách hợp lý Một khối lượng công việc đáng kể cũng đã được thực hiện trên các ứng dụng có liên quan quản lý giao thông, có thể giúp giảm bớt tình trạng tắc nghẽn và do đó làm giảm số vụ tai nạn, cũng như giảm thời gian đi lại
Nhiều ứng dụng khác cũng đã được đề xuất liên quan đến các mục đích khác ngoài việc đảm bảo an toàn giao thông Khá nhiều các ứng dụng trong số này có thể được phân loại thuộc “comfort application” Mục tiêu của các ứng dụng này là để cải thiện sự thoải mái khi đi trên đường cho cả lái xe (ví dụ, thông tin về các nhà hàng bên đường) và hành khách (ví dụ, truy cập Internet và hệ thống video theo yêu cầu)
2.3.1 Các ứng dụng an toàn công cộng Các ứng dụng an toàn công cộng định hướng chủ yếu vào việc phòng tránh tai nạn và dẫn đến hậu quả thiệt hại về người Đặc điểm chính của loại ứng dụng này là dữ liệu
19 cần được quảng bá nhanh chóng và đáng tin cậy Có hai loại chính của các ứng dụng liên quan đến an toàn công cộng là hợp tác phòng tránh va chạm và thông điệp cảnh báo khẩn cấp [4]
Trong ứng dụng phòng tránh va chạm CCA (cooperative collision avoidance), mục tiêu chính là phòng tránh va chạm, bao gồm cả va chạm dây chuyền trên đường cao tốc và va chạm do xe đấu đầu trên các con đường nhỏ Các phương tiện lưu thông sẽ tự động dừng lại khi nhận được thông điệp có va chạm hoặc có cảm giác đã xảy ra tai nạn khi các xe đi trước giảm tốc độ đột ngột Rõ ràng các ứng dụng phòng tránh va chạm yêu cầu rất nghiêm ngặt về thời gian thực, cả về độ tin cậy và độ trễ Theo một số nghiên cứu thì một ứng dụng tránh va chạm cần có độ trễ chỉ được tối đa là 100ms
Hình 2-7: Các mô hình phòng tránh va chạm (CCA) (a) Tránh va chạm dây chuyền trên đường cao tốc đa luồng
(b) Tránh và chạm đấu đầu trên các đường nhỏ Trong ứng dụng thông tin cảnh báo khẩn cấp EWM (Emergency warning message), xe gửi cảnh báo về tai nạn, điều kiện đường xá nguy hiểm cho các xe khác trong hoặc gần khu vực này Hiện tại EWM được chia làm 2 loại [5]:
Cảnh báo khẩn cấp tức thời (EWM) là tin nhắn báo động được gửi đến tất cả xe trong vùng lân cận để thông báo về sự cố, ví dụ như xe đằng trước phanh gấp bất ngờ Tuy nhiên, khi truyền tin nhắn đến các xe trong vùng lân cận (có thể có bán kính vài km), thông báo có thể bị mất do đó công nghệ vô tuyến sử dụng ở đây có thể là mạng adhoc IEEE 802.11 hoặc mạng di động Trường hợp sử dụng mạng adhoc, thuật toán phát sóng
20 chọn lọc thường được sử dụng để truyền dữ liệu Trong trường hợp mạng di động được sử dụng, các phương tiện giao thông gửi thông điệp đến base station, sau đó mạng di động sẽ làm nhiệm vụ broadcast thông điệp này đến tất cả các phương tiện trong khu vực lân cận Ưu điểm chính của việc sử dụng mạng di động là thông điệp cảnh báo có thể được truyền đi ngay cả khi mật độ xe cộ trong khu vực thấp, điều này có nghĩa là khoảng cách giữa các phương tiện có thể lớn hơn so với tầm phát của chuẩn IEEE 802.11 Tuy nhiên nhược điểm của giải pháp này là ở thời điểm hiện tại mạng di động không được thiết kế để xử lý loại thông điệp trong giao thông và có khả năng bị nghẽn trong thời gian cao điểm của đường cao tốc nhiều luồng.
Abiding EWM: Mục tiêu của ứng dụng Abiding EWM là gửi cảnh báo đến các lái xe khác về tai nạn hoặc điều kiện đường xá nguy hiểm suốt một thời gian dài Thông điệp cần phải được giữ lại trong khu vực và khi một phương tiện đi vào khu vực sẽ lập tức nhận được thông tin này Ứng dụng Abiding EWM sử dụng phương pháp truyền tin được gọi là abiding geocast sử dụng các tín hiệu giao thông ảo Một thách thức đối với ứng dụng Abiding EWM là phải đạt được khả năng truyền tin đáng tin cậy trên đường có mật độ xe thấp (ví dụ như vào ban đêm)
Hình 2-8: Minh họa Abiding geocast
2.3.2 Quản lý mật độ lưu lượng giao thông Ứng dụng quản lý giao thông đường bộ được tập trung vào việc cải thiện lưu lượng giao thông, làm giảm cả hai vấn đề ùn tắc và thời gian di chuyển Sự khác biệt chính giữa các ứng dụng quản lý giao thông đường bộ và các ứng dụng an toàn công cộng là yêu cầu về thời gian thực Như đã đề cập ở trên, các ứng dụng an toàn công cộng có yêu cầu nghiêm ngặt về độ trễ và thông tin liên lạc đáng tin cậy bởi vì nếu chỉ một thông điệp bị trì hoãn hoặc bị mất, một vụ va chạm nghiêm trọng có thể xảy ra Nhu cầu thời gian thực trên các ứng dụng quản lý giao thông đường bộ là ít nghiêm ngặt hơn Mục tiêu là cung cấp cho lái xe các thông tin liên quan đến giao thông, hoặc trong các khu vực xung quanh, hoặc tại một địa điểm cụ thể, ví dụ, một giao lộ Do đó, độ trễ có thể dài hơn và việc mất mát một số dữ liệu có thể được chấp nhận
2.3.2.1 Giám sát giao thông Chức năng cơ bản của một ứng dụng giám sát giao thông là: Giả sử tất cả các xe đều trang bị một hệ thống định vị hoặc ít nhất là một bản đồ kỹ thuật số với các định dạng chuẩn cho từng đoạn đường Đồng thời, giả định những chiếc xe có cảm biến có thể đo các số liệu có liên quan, ví dụ, tốc độ và nhiệt độ Mỗi chiếc xe thu thập dữ liệu,
Ví dụ, tốc độ trên đoạn đường hiện tại được truyền đến tất cả các xe trong khu vực có đường kính lên tới vài km Sau khi nhận dữ liệu, xe sẽ lưu trữ chúng trong bảng, có khả năng kết hợp với dữ liệu khác về cùng đoạn đường Thông tin được lưu trữ này có thể được sử dụng để chỉ đơn giản là thông báo cho lái xe hoặc cải thiện hiệu suất của hệ thống định vị của xe.
2.3.2.2 Hỗ trợ ở các giao lộ Rất nhiều nghiên cứu đã đưa ra các giải pháp khác nhau liên quan đến xử lý tại các giao lộ, bởi vì rất nhiều tai nạn giao thông xảy ra ở khu vực này Mục tiêu của các ứng dụng loại này là hỗ trợ cho các lái xe tránh tai nạn giao thông Đối với ứng dụng loại này thì IEEE 802.11 có lẽ là sự lựa chọn tốt nhất do khả năng ứng dụng rộng rãi của nó Ngoài ra ứng dụng hỗ trợ tại các giao lộ cũng có thể kết nối với hệ thống đèn giao thông để tối ưu hóa thời gian đèn xanh, đèn đỏ Ví dụ xe cấp cứu có thể được áp dụng kết nối với hệ thống đèn giao thông để nhận đèn xanh ở tất cả giao lộ
2.3.3 Ứng dụng giải trí Mục tiêu chính của loại ứng dụng này là làm cho chuyến đi thoải mái hơn Lớp ứng dụng này có thể được chú trọng bởi mong muốn của hành khách là có thể giao tiếp với xe khác hoặc với các điểm cố định, mạng Internet hoặc mạng điện thoại công cộng dịch vụ (PSTN) Các ứng dụng giải trí như DVD, âm nhạc, tin tức, sách nói, chương trình có thể được tải lên hệ thống giải trí của xe Ngoài ra, các ứng dụng thông tin du lịch khác nhau cũng thuộc lớp ứng dụng này Ví dụ, người lái xe có thể nhận được thông tin của địa phương trên hành trình của mình liên quan đến nhà hàng, khách sạn, trạm dừng… Hầu hết các công việc loại ứng dụng này tập trung vào việc kết nối và truy cập Internet vì Internet là công nghệ quan trọng đối với hầu hết các ứng dụng giải trí
Ngày nay, nhiều nhà sản xuất ô tô cung cấp khả năng truy cập Internet trong các phương tiện của họ thông qua mạng di động Tiêu chuẩn IEEE 802.11 cho phép tất cả hành khách trong xe truy cập Internet, trong khi dịch vụ truyền hình được cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình thông thường Do đó, một giải pháp
Khảo sát một số công nghệ viễn thông sử dụng trong VANET
Những năm cuối thập niên 1990, những thiết bị sử dụng công nghệ WLAN hay WiFi xuất hiện Wi-Fi được quy định bởi IEEE trong tiêu chuẩn 802.11 và được duy trì bởi Ủy ban tiêu chuẩn LAN IEEE/MAN (IEEE 802) WLAN rất giống với 802.3 (chuẩn Ethernet cho mạng cố định) cho đến giao thức lớp liên kết dữ liệu (data link layer) Đặc điểm khác biệt chính giữa hai giao thức trên nằm ở lớp vật lí (physical layer) khi
24 các phương tiện truy cập cố định được thay thế bằng các phương tiện truy cập không dây
Trong những năm qua, một số tiêu chuẩn lớp vật lý cho WLAN được củng cố để tăng tốc độ đường truyền và giới thiệu các tính năng bổ sung Các thiết bị chuẩn mới có khả năng tương thích với chuẩn cũ để cho phép các thiết bị mới hơn giao tiếp với các thiết bị cũ hơn Ban đầu, Wi-Fi không phổ biến khi card giao tiếp mạng rất đắt và tốc độ truyền dao động giữa 1 và 2 Mbps Mọi thứ thay đổi đáng kể với sự ra đời của 802.11b qui định lớp vật lý cho tốc độ truyền tải lên đến 11 Mbps
Theo thời gian, thêm hai kỹ thuật lớp vật lý xuất hiện nhằm tăng thêm tốc độ đường truyền Chuẩn 802.11g tăng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54 Mbps trên giao diện vô tuyến và các tiêu chuẩn 802.11n gần đây có khả năng lên đến 300 Mbps Cần lưu ý tốc độ này chỉ là lý thuyết và không được đo trên giao diện vô tuyến Tiêu chuẩn 802.11a là một chuẩn Wi-Fi khác nhưng chưa bao giờ trở nên phổ biến bởi vì nó không sử dụng cùng băng tần số với các tiêu chuẩn 802.11 biến thể khác
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) là một công nghệ vô tuyến cố gắng thu hẹp khoảng cách giữa chuẩn 3G và WLAN WiMAX là bước đầu tiên thực hiện để xây dựng mạng MAN (Metropolitan Area Network) không dây Có hai chuẩn WiMAX chính là 802.16d, 802.16e Chuẩn 802.16d được sử dụng cho các trạm cố định Đây là giải pháp hoàn hảo cho việc kết nối các tòa nhà của công ty với chi phí thấp Đặc điểm kĩ thuật 802.16d cho phép vùng phủ lên đến 48 km và tốc độ truyền lên đến 70 Mbps Trong khi đó, chuẩn 802.16e được thiết kế đặc biệt cho các người dùng di động kết nối vào trạm cở sở (base station)
Kĩ thuật điều chế OFDM được sử dụng để phục vụ nhiều người dùng và có khả năng đương đầu với nhiễu, đa đường, trễ, di động Vì vậy, 802.16e là chuẩn WiMAX thích hợp nhất cho lĩnh vực về ô tô Tốc độ lên đến hàng chục Mbps, hỗ trợ vận tốc lên đến 100 km/h và các trạm gốc có vùng phủ lên đến 10 km, 802.16e là lựa chọn tốt cho các mô hình thành thị nơi xe được kết nối với tốc độ dữ liệu cao bằng triển khai
WiMAX Công nghệ này đã được phân tích hiệu suất trong môi trường di động và kết quả cho thấy tốc độ trung bình là 2 Mbps và 5.3 Mbps có thể thu được trong các tình huống thực tế (tốc độ xe lên tới 90 km/h), với một RTT (round trip time) trung bình 100 ms
Mục đích của công nghệ Bluetooth cho phép thông tin không dây tầm ngắn giữa các thiết bị số Phát triển ban đầu bởi Ericsson, Bluetooth trải qua sự tiến hóa các đặc tính duy trì và phát triển bởi Special Lobby Special Interest Group (SIG) và được tiêu chuẩn hóa bởi IEEE thành chuẩn IEEE 802.15.1 Ý tưởng Bluetooth là tạo một mạch tích hợp lớn được triển khai trên các loại thiết bị khác nhau với mức tiêu thụ năng lượng rất ít và chi phí rất thấp
Bluetooth có thể tạo ra một mạng cá nhân (personal area network - PAN) cho một số thiết bị có thể kết nối được với nhau Nó hoạt động trong băng tần 2.4 GHz và do tính năng tiêu thụ điện năng thấp nên Bluetooth cho phép thông tin liên lạc trong một phạm vi hàng chục mét Thiết bị đầu cuối Bluetooth được nhóm lại trong những piconet và những piconets này cũng có thể được nối với nhau bằng phương tiện scatternet
Các tính chất của Bluetooth hoàn hảo cho mạng invehicle (InV) Một số nhà nghiên cứu cũng ủng hộ việc sử dụng Bluetooth để ứng dụng vào V2V Tuy nhiên, công nghệ này bị giới hạn bởi thời gian cần thiết để hình thành piconet và scatternet và phạm vi của thông tin liên lạc bị hạn chế
Mạng cảm biến không dây (wireless sensor network) cung cấp tốc độ dữ liệu thấp nhưng có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng nhúng và thông tin vô tuyến giữa các bộ phận trong nội bộ xe ô tô ZigBee là tập hợp các quy tắc được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.15.4, chi phí thấp, công suất thấp, mạng không dây kết nối tiêu
LoRa hoạt động trên 3 băng tần ISM là 868 MHz, 915 MHz và 2,4 GHz Sử dụng điều chế dựa trên mã hóa trải phổ chuỗi trực tiếp, tốc độ dữ liệu đạt 250 Kbps ở băng tần 2,4 GHz, 40 Kbps ở băng tần 915 MHz và 20 Kbps ở băng tần 868 MHz Phạm vi truyền tải từ 10 đến 75 mét tùy thuộc vào môi trường Công suất đầu ra của các radio thường là 0 dBm (1 mW).
CSMA/CA là chế độ truy cập kênh, ngoại trừ ba trường hợp (beacon, xác nhận, thông điệp của beacon định hướng thiết bị mạng)
ZigBee cung cấp tốc độ mạng lên đến 250 Kbps, nó được dự kiến sẽ được sử dụng rộng rãi như là một mạng lưới cảm biến cho mục đích giám sát và điều khiển (điều hòa không khí, hệ thống sưởi, thông gió, điều khiển ánh sáng, )
Nhìn chung, các thí nghiệm và kết quả đo cho thấy ZigBee là một công nghệ khả thi và đầy hứa hẹn cho việc thực hiện mạng cảm biến không dây Tuy nhiên, thông tin liên lạc giữa các nút cảm biến và một trạm cơ sở trong xe phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như tổn thất điện năng và băng thông, và thời gian gắn kết “coherent” của các kênh truyền thông cơ bản giữa các nút cảm biến và trạm cơ sở
DSRC (Dedicated Short Range Communications) là dịch vụ thông tin trong phạm vi ngắn đến trung bình hoạt động ở tần số 5.9 GHz hỗ trợ cả nhu cầu hoạt động an toàn và thông tin riêng tư trong môi trường thông tin V2V và V2I DSRC bổ sung cho thông tin di động bằng cách cung cấp tốc độ truyền dữ liệu rất cao khi độ trễ thấp và khả năng thông tin trong vùng bị cô lập DSRC được thiết kế để hỗ trợ một loạt các ứng dụng, trong đó chỉ có một tập hợp nhỏ hiện đang được ứng dụng vào thực tiễn
Mục đích chính của DSRC là hỗ trợ thông tin liên lạc I2V và V2V trong phạm vi rộng
Nguồn gốc của DSRC xuất phát từ Mỹ vào năm 2003 khi Hội đồng thông tin liên bang (Federal Communications Commission – FCC) thông qua các báo cáo và quy định để cung cấp giấy phép và các luật dịch vụ cho DSRC trong lĩnh vực hệ thống
Định tuyến trong VANET
Các giao thức định tuyến VANET được thiết kế để truyền các gói dữ liệu tới các điểm đích sử dụng các xe khác làm điểm trung chuyển VANET có các thuộc tính độc đáo như số lượng xe lớn, tính linh động cao, và mật độ xe thay đổi nhanh chóng Ngay cả đối với một số lượng lớn phương tiện giao thông như hiện tại, xe di chuyển chậm thì đèn giao thông, nút giao thông vẫn dẫn đến phân vùng mạng thường xuyên và mật độ mạng lưới không đồng đều [1] Các tính chất này là một thách thức thực sự cho các nhà thiết kế giao thức định tuyến.Tuy nhiên, một số đặc tính của VANETs lại cung
34 cấp khả năng hỗ trợ tốt cho các giao thức định tuyến Ví dụ, liên kết di chuyển, di động dự đoán được ,có nguồn thông tin bổ sung (ví dụ tọa độ địa lý, bản đồ thành phố,…) có thể được khai thác để tăng hiệu suất của việc định tuyến Điều này có nghĩa rằng các nhà thiết kế giao thức định tuyến VANET được yêu cầu phải khám phá ra những thách thức kỹ thuật và thiết kế lựa chọn thay thế
_ Localized operation: một trong những yêu cầu quan trọng của định tuyến trong VANET là khả năng mở rộng Điều này có nghĩa rằng hiệu suất của các giao thức phải mở rộng quy mô theo số lượng xe trong mạng Đối với các thuật toán localized, một nút quyết định định tuyến dựa trên thông tin nội tại có sẵn của các vùng lân cận nút đó Giao thức với các hoạt động nội tại là rất cần thiết cho VANETs vì chi phí kiểm soát của nó có thể được giảm đáng kể bằng cách không đòi hỏi các nút phải biết cấu trúc liên kết của các bộ phận khác của mạng
Nhận diện neighbor là bước cơ bản khi triển khai các giao thức định tuyến, được thực hiện bằng thông điệp điều khiển beacon hoặc như một phần của thiết lập tuyến đường Các nút gửi beacon định kỳ để thông báo về thông tin của chúng cho các nút lân cận Tuy nhiên, việc lựa chọn khoảng thời gian beacon phù hợp rất quan trọng để cân bằng giữa cập nhật thông tin neighbor và kiểm soát chi phí Một số giao thức sử dụng khoảng thời gian beaconing thích nghi dựa trên sự di chuyển của mạng, trong khi một hướng tiếp cận mới là phát hiện neighbor trong từng gói dữ liệu như một phần của quá trình chuyển tiếp.
Các giao thức này thường được gọi là beaconless
_ Nhận diện đích (Identification of the destination): Trong các giao thức định tuyến MANET truyền thống, việc định tuyến dựa trên nhận diện các node Tuy nhiên, trong VANET, việc định tuyến lại nhắm đến một khu vực hay vị trí đặc biệt Trong các giải pháp định tuyến theo vị trí địa lý, node nguồn cần biết được vị trí của node đích Để làm được điều này, một số giao thức định tuyến dựa vào việc phát quảng bá các thông điệp có chứa thông tin nhận diện vị trí đích Khi một node đích nhận được một thông điệp, nó sẽ gửi bản tin phản hồi có chứa vị trí hiện tại của nó Ngoài ra,
35 một số giao thức khác lại nói rằng vị trí của node đích có thể thu thập được sử dụng các giao thức ngoài, giao thức ngoài này thực hiện nhiệm vụ broadcast các thông tin
Một giải pháp khác là sử dụng dịch vụ vị trí phân phối để giúp các node đích tự cập nhật vị trí của chúng một cách định kỳ Các node nguồn có thể tra cứu bảng dữ liệu này khi cần Nếu node đích di động, nó sẽ bao gồm thêm thông tin về hướng và vận tốc
Ước lượng hướng trước trong định tuyến VANET giúp tính toán trước hướng mong muốn cho các gói tin Tuy nhiên, cách tiếp cận này không liên quan đến các nút riêng lẻ và không bị ảnh hưởng bởi sự di chuyển Các gói dữ liệu được chuyển tiếp bởi các nút lân cận gần hướng đó nhất Nếu không đủ số lượng phương tiện hoặc điều kiện giao thông thay đổi, một số phần của hướng đó có thể không được chuyển tiếp Do đó, nguồn nên được phép đánh giá lại hoặc tính toán lại hướng mới khi cần thiết, mặc dù điều này có thể ảnh hưởng đến chi phí thực hiện.
_ Chuyển tiếp dữ liệu (Data Forwarding): Rất nhiều giao thức định tuyến ad-hoc hiện tại tạo ra bảng định tuyến có chứa hop tiếp theo để tiến tới node đích thông qua metric cho trước Trong trường hợp đó, chọn lựa hop tiếp theo là khá đơn giản Tuy nhiên, có thể không hiệu quả trong các tình huống cần sự linh động cao như khi xảy ra sự cố hỏng liên kết và cần phải được sửa chữa nhanh Ngoài ra một giải pháp routing khác cho các mạng VANET là dựa trên từng gói tin cơ bản Giải pháp này là khá thông dụng trong các giải pháp định tuyến theo vị trí, vì ở đó các gói tin được định tuyến theo các neighbor hiện tại của node chuyển tiếp Có khá nhiều sự lựa chọn đối với node được sử dụng là next hop hoặc với xe tiếp theo được sử dụng trong tính toán quỹ đạo
_ Giải quyết vấn đề phân tán mạng (Dealing with network partitions): Mạng VANET được đặc trưng bởi mật độ xe cộ không đồng đều Ngay cả khi mật độ giao thông dày đặc thì sự phân cắt, đèn giao thông gây ra sự phân tán mạng Điều này có nghĩa là một số gói dữ liệu có thể truyền cho những phương tiện không có khả năng
36 tiếp tục định tuyến như hoạch định ban đầu Một số giao thức lại giả định bỏ qua tình huống này khi có đủ mật độ xe như yêu cầu Hiện tại, vẫn có một số phương pháp để giải quyết vấn đề này Có thể hình dung như sau, một node khi phát hiện ra tình huống định tuyến sai có thể cố gắng để tìm một đường khác Một số giao thức dùng ý tưởng về hàm phòng tránh từ việc định tuyến theo vị trí địa lý trên bản đồ giao thông Ngoài ra, một sự lựa chọn khác là tiếp tục lưu trữ thông điệp cho đến khi có điều kiện để chuyển tiếp (xuất hiện neighbor mới thỏa mãn) Tuy nhiên trong trường hợp tắc đường, việc phát hiện ra neighbor mới thỏa điều kiện định tuyến trong khoảng thời gian nhất định là khá khó khăn Như vậy có lẽ giải pháp phù hợp nhất là có thể thay đổi chế độ hoạt động tùy theo điều kiện mạng
_ Dự đoán sự kiện tương lai (Prediction of future events): Một số đặc điểm của VANET như hạn chế di chuyển, dữ liệu hành trình, và thông tin vị trí cho phép các phương tiện giao thông có thể dự đoán vị trí tương lai Khi các thông tin này được trao đổi với các xe kế cận, nó cho phép các giao thức định tuyến đưa ra nhiều quyết định hơn Tuy nhiên song song với việc xem dự đoán là một hướng tiếp cận tốt thì ta cũng cần phải xem xét trong trường hợp thông tin không chính xác làm cho dự đoán thiếu chính xác và sẽ rất nguy hiểm
_ Sử dụng thông tin bổ sung (Use of additional information): Một phương tiện giao thông khi đang hoạt động cần rất nhiều thông tin (thông tin từ hệ thống định vị, thông tin về tuyến đường từ các phần mềm phụ trợ) Một số các thông tin này giúp ích cho các giải pháp định tuyến trong việc chọn lựa đường đi, neighbor,…
2.5.2 Phân loại các giao thức định tuyến trong VANET
Hình 2-12: Phân loại các giao thức định tuyến trong VANET
Việc phân loại các giao thức định tuyến trong VANET dựa vào loại thông tin mà chúng sẽ sử dụng
2.5.2.1 Các giải pháp cơ bản Đây là các giải pháp chỉ có khả năng hoạt động dựa vào các thông điệp điều khiển từ các neighbor Trong nhóm này có các giao thức CAR (Connectivity-aware routing) và GPCR(Greedy perimeter coordinator routing) sử dụng kiểu định tuyến theo vị trí
Trong khi CAR lưu tọa độ của những điểm mà hướng gói tin gửi bị thay đổi trong quá trình định tuyến thì GPCR lưu trữ vai trò đặc biệt của các node theo vị trí của chúng, khi đưa ra một quyết định định tuyến khác hay không là phụ thuộc vào các vai trò này
ĐÈN GIAO THÔNG ẢO – THUẬT TOÁN VÀ ỨNG DỤNG
Quản lý giao lộ sử dụng đèn giao thông ảo
Tuy nhiên, ví dụ này cũng có thể được xem xét như trường hợp giao lộ đặc biệt với hai luồng giao thông Tương tự, trên thực tế, tất cả các va chạm xe có thể được xem như một dạng giao lộ.
Khi tai nạn xảy ra, các phương tiện tham gia phải thông báo cho vùng lân cận của họ về vị trí chính xác của vụ tai nạn Một khi những xe lân cận được thông báo, họ phải tạm thời cập nhật lại bản đồ cấu trúc liên kết giả định rằng có một ngã tư mới ở chính
57 xác vị trí của vụ tai nạn Sau đó, đèn giao thông ảo được hình thành như là có một giao lộ thực sự tồn tại ở vị trí đó
Một số mục tiêu mong đợi khi xem xét thiết kế hệ thống điều khiển giao lộ dựa trên đèn giao thông Chúng ta có thể hình dung ở một khu vực mà đèn giao thông truyền thống không thể tồn tại, việc hình thành một giao thức có thể giúp các xe hợp tác trong giải quyết các xung đột, tối thiểu hóa việc chờ quá lâu ở các giao lộ, thậm chí giúp làm giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và ô nhiễm môi trường là thực sự cần thiết
Dòng giao thông không tuân theo bất kỳ quy luật nào được định nghĩa trước nên thuật toán điều khiển cần thích ứng với từng mẫu Trong trường hợp xe A đến ngã tư và không thấy xe từ hướng ngược lại (dựa vào kiểm tra bảng vị trí), thuật toán không cần tạo đèn ảo Tuy nhiên, khi xe A phát hiện xe B tại hướng giao cắt ngang, thuật toán sẽ phải giải quyết xung đột bằng cách tạo đèn ảo.
Hình 3-2: Minh họa các trường hợp xe đi vào giao lộ Như ta có thể quan sát ở hình 3.2(b), khi các xe đi vào giao lộ, chúng phải hợp tác với nhau để hình thành đèn giao thông ảo “đúng thời điểm, đúng vị trí” Tuy nhiên do VTL không tồn tại một cách vật lý, thuật toán phân phối đòi hỏi tất cả các xe phải xem như có tồn tại một hệ thống đèn giao thông Do đó, để tạo tính thống nhất giữa các xe khi xuất hiện VTL, một trong các xe phải được chọn lựa để tạo VTL và bắt
58 buộc các xe khác phải tuân thủ gọi là Leader Xe được chọn tạm thời làm Leader này sẽ chịu trách nhiệm điều khiển VTL Một khi Leader được lựa chọn và bắt đầu phát thông tin VTL quảng bá (theo chu kì) đến các xe còn lại, các xe khác hoạt động như các node thụ động trong giao thức [3]
3.1.1.1 Quá trình lựa chọn Leader Các phương tiện khi đang hưởng đèn xanh sẽ chỉ mất một thời gian ngắn để băng qua giao lộ, việc chọn một trong số các phương tiện này làm Leader sẽ dẫn đến một số vấn đề phát sinh Hiện tại, kĩ thuật hand-over được sử dụng khi một xe đang là Leader rời khỏi giao lộ và một xe khác được lựa chọn Tuy nhiên, một khi xe bị dừng lại do bước sang chu kì đèn đỏ, nó lập tức trở thành leader và điều khiển VTL cho đến khi nó nhận được đèn xanh và rời khỏi giao lộ Như vậy chỉ khi Leader nhận được đèn xanh, một Leader mới mới được lựa chọn và phải lựa chọn trong số các xe đang dừng để trở thành Leader Do đó, giả sử rằng các Leader của các đường là các xe gần nhất giao lộ theo các hướng vào, Leader phải là một trong số các xe này Một số yếu tố có thể quyết định khi lựa chọn Leader là khoảng cách từ xe tới trung tâm giao lộ hoặc thời gian xe tiêu tốn để đi băng qua giao lộ hoặc cũng có thể là mức độ nghẽn phía sau mỗi leader của hướng Do việc kết nối là không dự đoán trước được trong mạng lưới giao thông nên quá trình lựa chọn leader không nên quá lâu giữa các leader của mỗi hướng Ngoài ra, quá trình này không nên gây ra sự không rõ ràng giữa các phương tiện, ví dụ nó phải đảm bảo chỉ có một xe là leader và nếu như các xe khác tuân theo thuật toán một cách nhất quán, giao lộ sẽ được an toàn [6]
Hình 3-3: Giản đồ quá trình hình thành đèn giao thông ảo ở giao lộ
3.1.1.2 Thông điệp truyền trong VTL Một khi Leader được lựa chọn, nó phải tạo ra một VTL, giữ và broadcast định kì đến tất cả các xe kế cận trong quá trình dẫn đầu Do đó, một loại thông điệp tín hiệu giao thông ảo mới phải được thiết kế để hỗ trợ VTL Không giống tín hiệu giao thông truyền thống, với việc thiết kế hệ thống đèn phức tạp do có nhiều hướng vào, mỗi đường một màu khác nhau, chiều dài chu kỳ khác nhau,… Đối với đèn giao thông ảo, có một số khái niệm như sau:
Intersection ID: mỗi giao lộ có một ID duy nhất
Thời gian bắt đầu chu kỳ
Tổng thời gian của chu kỳ (tính theo đơn vị giây)
Danh sách các đường tham gia vào việc hình thành đèn giao thông ảo Mỗi đường bao gồm các thành phần:
Các luồng trong đường giao thông gồm: Mã luồng, màu tín hiệu giao thông của luồng đó và vị trí luồng mà các xe phải dừng lại khi nhận được tín hiệu đèn đỏ Thuộc tính này hữu ích trong trường hợp tai nạn giao thông, vì các xe trên các luồng khác phải duy trì khoảng cách đến vị trí tai nạn để đảm bảo an toàn khi đi qua nút giao Để tạo VTL, Leader phải hiểu giao thức của nút giao thiết kế và chọn màu đèn phù hợp cho từng luồng đường.
3.1.1.3 Hiệu quả trong quản lý giao lộ Vấn đề về ùn tắc giao thống từ lâu vốn đã xảy ra trên toàn thế giới Các con đường thành thị thường xuyên rơi vào tình trạng tắc nghẽn, đặc biệt là trong giờ cao điểm
Yêu cầu cấp thiết được đặt ra là tăng tính hiệu quả trong lưu thông, giảm các hiệu ứng tiêu cực của nó cũng như mức độ ô nhiễm Do luồng giao thông tại các giao lộ luôn luôn thay đổi nên VTL phải có một cấu trúc thích nghi để có thể thay đổi phù hợp với các tình huống giao thông khác nhau Leader vốn chịu trách nhiệm tạo và giữ VTL, cũng phải đo lường mức độ nghẽn ở các xe kế cận và tạo VTL để đảm bảo yêu cầu về chất lượng giao thông Việc quản lý nội tại giao lộ của VTL phải tự tổ chức để làm giảm thời gian chờ, số lượng xe chờ, cũng như làm tăng tốc độ trung bình
Việc thích nghi nội tại này sẽ giúp tạo khả năng thích nghi cho mạng lưới giao thông toàn thành phố
Khi tạo VTL, Leader cần dựa vào bảng thông số vị trí để tính toán mức độ nghẽn của giao lộ Ngoài ra, số xe chờ ở mỗi hướng cũng cần được tính toán để đảm bảo sự cân bằng chu kỳ đèn xanh đỏ trên tất cả các luồng đi vào giao lộ
Yêu cầu về tốc độ cũng được phát đi bởi Leader tới các phương tiện sắp vào giao lộ, giúp tối ưu hóa mức năng lượng tiêu thụ cũng như ô nhiễm
3.1.1.4 Các thách thức Để triển khai thuật toán VTL trong môi trường thực tế, một số thách thức đặt ra cần được giải quyết Đầu tiên là thách thức liên quan đến các công nghệ VANET hiện vẫn đang trong giai đoạn chuẩn hóa Công nghệ GPS thực tế cho thấy một số vấn đề
61 không mong muốn như không phải khi nào cũng sẵn sàng hoặc không đủ chính xác, còn thông tin liên lạc C2X thì phải đủ độ tin cậy để đảm bảo đồng bộ hóa và an toàn đường bộ giữa tất cả các xe Hơn nữa, cơ chế bảo mật của thông tin liên lạc C2X phải có khả năng tránh thông tin sai lệch và đảm bảo độ tin cậy của tín hiệu giao thông ảo
Chi tiết thuật toán VTL
của nhúm tỏc giả người Bồ Đào Nha gồm Alexandre Santos, Hugo Conceiỗóo, Hugo Mendes, Nuno Jordão, về cơ bản VTL tại các giao lộ có 2 thành phần:
_ Thiết kế vòng LOA, LONR với bán kính phù hợp Trong dự án của nhóm tác giả Bồ Đào Nha, giả định khoảng cách giữa các giao lộ lớn hơn bán kính LONR Đường kính LOA và LONR lần lượt là 280m và 240m
Hình 3-4: Giao lộ với vòng LOA và LONR Bảng 3.1: Biến môi trường trong mô phỏng thuật toán VTL
P Vị trí xe C Tâm giao lộ
NGN Số xe không cùng nhóm
Cập nhật sau C.A (điều kiện Active) từ neighbors list GN Số xe cùng nhóm
_ Thuật toán được sử dụng trong ứng dụng VTL được thiết kế với tiêu chí an toàn
Trong trường hợp xảy ra lỗi, những rủi ro cho lái xe được giảm thiểu đến mức tối đa
Trong tình huống các phương tiện tham gia giao thông không đồng thuận về quyết định, tất cả đều dừng lại Lúc này, thuật toán sẽ can thiệp để chọn ra một phương tiện dẫn đầu và điều tiết giao thông nhằm tối ưu hóa lưu lượng.
Việc dàn xếp chọn ra leader phải nhanh (trước khi xe đạt đến một ngưỡng khoảng cách cho trước là vòng LONR) trong việc đạt được sự đồng thuận nhưng cũng đề phòng cho các tình huống không đạt được sự đồng thuận giữa các xe
Mục tiêu của thuật toán là giúp các xe tự điều khiển giao thông tại giao lộ bằng cách tạo ra đèn giao thông ảo Các xe sẽ tận dụng các ưu điểm của hệ thống GPS hiện có và card mạng 802.11p không dây để xác định sự hiện diện và vị trí lẫn nhau Tất cả xe gửi beacon định kỳ để thông báo sự hiện diện và vị trí của chúng Khả năng giao tiếp này cho phép đồng bộ hóa thông tin trong thuật toán VTL Các xe khi tiếp cận một giao lộ có khả năng xác định sự hiện diện của xe khác trong cùng nhóm và khác nhóm Các xe sẽ gửi nội dung mở rộng chứa trong các beacon thông tin theo chu kì ngắn hơn để truyền tải các thông tin cần thiết cho quá trình dàn xếp theo thuật toán VTL tại mỗi thời điểm với độ an toàn cao nhất Máy trạng thái được lập trình sẵn sẽ điều khiển những quá trình trên
Xe phải đưa ra quyết định nên dừng lại hoặc đi tiếp khi đến vòng Line Of No Return (LONR) Xe phải dừng lại nếu có xe đang chạy trên đường vuông góc phía trước và đến chu kì đèn đỏ của luồng hoặc đi tiếp nếu không có xe khác trên đường vuông góc được phát hiện Line Of Activity (LOA) là điểm mà tại đó thuật toán thoát khỏi trạng thái Idle và trở thành Active, chuẩn bị cho dàn xếp VTL [3]
Nguyên lý hoạt động của VTL
Hình 3-5: Nguyên lý hoạt động của VTL
Khi đến vòng LOA, trước tiên các xe sẽ kiểm tra xem có xe ở phía đường vuông góc không Hai trường hợp sau có thể xảy ra như sau [2]:
- Nếu không có xe ở phía đường vuông góc: xe sẽ chuyển sang trạng thái đèn vàng và băng qua giao lộ với sự cẩn trọng
- Nếu có xe ở phía đường vuông góc: xe sẽ tiếp tục kiểm tra xem đèn giao thông ảo đã được hình thành hay chưa Nếu có, xe sẽ tuân theo sự điều khiển của leader Nếu không, xe nhận thức được rằng đụng độ có thể xảy ra tại giao lộ nên xe sẽ tham gia vào quá trình bầu chọn leader
Quá trình bầu chọn Leader
Bảng 3.2: Các điều kiện hoạt động của VTL
C.I Điều kiện Idle khi D> ФLOA/2 C.A Điều kiện Active, bắt đầu dàn xếp khi ФLOA/2 > D > ФLONR/2 C.N.R.0 Điều kiện đèn vàng khi ФLONR/2
