Giao thức định tuyến AODV PNT cho mạng VANETs

hướng dẫn đầy đủ chi tiết các Giao thức định tuyến AODV PNT cho mạng VANETs ................................................................................................................................................

ĐỒ ÁN Trang 1/23 Giao thức định tuyến AODV-PNT cho mạng VANETs MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 2/23 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AODV RREQ RREP VANET TWR MANET RRER AODV-PNT DSN Ad Hoc On-demand Distance Vector Route Reply Route Request Vehicular ad-Hoc network Total Weight of the Route Mobile ad-Hoc network Route Error Ad Hoc On-demand Distance Vector Predicting node trend Destination sequence number Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 3/23 CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV 1.1 TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 1.1.1 Giao thức định tuyến ( routing protocol ) Routing hướng di chuyển cua gói liệu đánh địa từ mạng nguồn chúng hướng đến đích cuối thông qua node trung gian, thiếc bị phần cứng chuyên dùng gọi router ( định tuyến ) tiến trình định tuyến thường hướng dựa vào bảng định tuyến, bảng chứa lộ trình tốt đến đích khác mạng  Phân loại gia thức định tuyến : Định tuyến chia làm loại: định tuyến tĩnh định tuyến động - Định tuyến tĩnh: việc xây dụng bảng định tuyến cho router thực tay người quản trị Khi cấu trúc mạng thây đổi người quản trị tự thay đổi bảng định tuyến router - Định tuyến động: việc xây dựng bảng định tuyến thực tự động router Việc chọn đường phải dựa thuật toán bản: distance vector (chọn đường theo hướng khoảng cách tới đích) – link state : chon đường ngắn dựa vào cấu trúc toàn mạng 1.1.2 Các loại định tuyến ad hoc Có nhiều loại định tuyến khác mạng ad hoc,với cách tiếp cận khác có cách phận loại khác Song nhìn chung phân loại theo hai dạng là: định tuyến theo bảng ghi định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn - Định tuyến theo bảng ghi: phương pháp cố gắng trì thông tin định tuyến cập nhật liên tục từ nút mạng trì nhiều bảng ghi để lưu trữ thông tin định tuyến chúng đáp ứng thây đổi topo mạng cách phát quảng bá rộng rãi thông tin cập nhật tuyến qua mạng để trì kiểm soát mạng cách liên tục - Định tuyến theo yêu cầu khởi phát từ nguồn: phương pháp tạo tuyến nút mạng nguồn cần đến nút mạng yêu cầu tuyến đến đích, phải khởi đầu trình khám phá tuyến, trình hoàng thành tìm tuyến cần đến trì vài thủ tục không cần thiếc Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 4/23 1.2 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV Giao thức định tuyến AODV [1] dựa thuật toán vector khoảng cách thuộc loại định tuyến theo yêu cầu, yêu cầu đường định tuyến cần thiếc giao thức không sử dụng chế định tuyến nguồn không cần biết thông tin nút lang giềng AODV dựa entry bảng định tuyến để phát gói tin RREP nút nguồn nút nguồn dùng thông tin để gửi liệu đích Để đảm bảo thông tin bảng định tuyến AODV sử dụng kĩ thuật sequence Number kĩ thuật dùng để nhận đường không giá trị trình cập nhật bảng định tuyến Mỗi nút có sequence Number riêng cho Quá trình định tuyến AODV bao gồm chế chính: chế tạo thông tin định tuyến vả trì thông tin định tuyến 1.2.1 Cơ chế trì thông tin định tuyến : - Cơ chế hoạt động AODV [1] không cần biết thông tin nút láng giềng, cần dựa vào entry bảng định tuyến Vì nút nhận thấy Next hop ( chặng ) tìm thấy, phát gói RRER ( Rout e error) khẩn cấp với số Sequence Number số Sequence Number trước cộng thêm 1, Hop count ∞ gửi đến tất nút láng giềng trạng thái active, nút tiếp tục chuyển các gói tin đến nút láng giềng tất nút trạng thái active điều nhận Sau nhận thông báo này, nút xóa các đường có chứa nút hỏng, đồng thời khởi động tiến trình Route Discover có nhu cầu định tuyến đến nút bị hỏng đó, cách gưi gói yêu cầu RREQ ( với số Sequence Number mà biết trước cộng thêm ) đến nút láng giềng để tìm địa đến đích 1.2.2 Cơ chế tạo thông tin định tuyến : - Cơ chế tạo thông tin định tuyến thiếc lập nút nguồn có nhu cầu trao đổi thông tin với nút khác nút hệ thông trì đếm: đếm Sequence Number REQ_ID định danh cho gói tin RREQ cặp thông tin thây đổi  Đối với Sequence Number : - Thay đổi trước nút khởi động tiến trình route discover, điều chống xung đột với gói tin RREP trước Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 5/23 - Khi nhận gói tin RREP gửi từ nút đích để trả lời gói tin RREQ, cập nhật lại giá trị Sequence Number lớn giá trị: Sequence Number hành mà lưu giữ Sequence Number gói RREQ  Đối với REQ_ID: thây đổi toàn nút lân cận dẫn đến có số tuyến đường bảng định tuyến không hiệu lực Số REQ_ID tăng lên thực hiên tiến trình khám phá Source address Request ID Source Sequence no Destination address Destination Sequence no Hop count Hình Bảng trường gói RREQ [1] Tiến trình khám phá Discovery khởi tạo nút muốn trao đổi dũ liệu với nút khác mà bảng đinh tuyến thông tin định tuyến nút đích Khi tiến trình phát broadcast gói RREQ cho nút láng giềng bước xử lí thông tin nút láng giêng nhận gói RREQ [2] Bước 1: xem gói RREQ xử lí chưa, xử lí loại bỏ gói Ngược lại chuyển qua bước Bước 2: định tuyến chứa đường đến đích, kiểm tra giá trị DSN entry chứa thông tin đường với số DSN gói RREQ, số DSN RREQ lớn số DSN entry bảng định tuyến không sử dụng thông tin entry bảng định tuyến để trả lời cho nút nguồn mà tiếp tục phát broadcast gói RREQ đến cho nút láng giềng Ngược lại phát Unicast cho gói RREP trở lại cho nút láng giềng để báo nhận gói RREQ Gói RREP thông tin địa nguồn, địa đích,… Còn chứa thông tin DSN, hop_count Ngược lại qua bước Bước 3: bảng định tuyến bảng định tuyến tăng số Hop_count lên 1, đồng thời thiếc lập đương ngược từ đến nguồn cách ghi nhận lại địa nút láng giềng mà nhận từ RREQ lần entry chứa đường ngược tồn khoảng thời gian đủ để gói RREQ đến đích, gói RREP phản hồi cho nút nguồn, sau entry xóa Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 6/23 Quá trình lặp đến đích nút trung gian thỏa điều kiện bước Các bước làm mổ tả nhử sơ đồ khối Hình Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 7/23 Định tuyến AODV-PNT cho VANETs Kết thúc tiếnĐỒ trìnhÁN xử lý3gói RREQ đã nhận Trang 8/23 Hình Sơ đồ khối cách kiểm tra gói RREQ nút [1] CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ MẠNG VANETs 2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG AD HOC Mạng ad hoc hình thành nút di động có khả có khả phát nút khác tự đinh dạng để tạo nên mạng Trong mạng ad hoc không tồn tai khái niệm quản lí tập trung, đẩm bảo mạng đầuvì tiến trình khám nguồn không bịBắtsập trường hợpphá nútđường mạngtạidi chuyển khoảng truyền dẫn Kếtthông thúc tiến khám phá đường nút mạng khác trao đổi tintrình phương pháp truyền gói tin qua nhiều bước đồng thời mạng tự cấu hình lại Ví dụ nút mạng di chuyển rời khỏi mạng gây cố liên kết, nút mạng bị ảnh hưởng yêu cầu đường định tuyến vấn đề giải điều gây trễ mạng không aanhr hưởng tới user Mạng ad hoc mạng mà nút mạng tự thiếc lập, tự tổ chức tự thích nghi có nút gia nhập mạng, thông tin nút cập nhật vào bảng định tuyến nút hàng xóm gửi Khi có nút khỏi mạng thi thông tin xóa khỏi bảng định tuyến, hiệu chỉnh lại tuyến Mạng ad học so sánh ngang hang không dây mạng chủ thiếc bị vừa làm máy chủ vừa làm router Vấn đề sử dụng trì lượng cho nút mạng ad hoc vấn đề đáng quan tâm nút mạng ad hoc thường dùng pin để trì hoạt động 2.2 MẠNG VANETs Mạng VANETs (vehicular ad-hoc Network ) công nghệ sử dụng xe di chuyển nút mạng để tạo nên mạng di động VANET biến xe tham gia giao thông thành Router hay nút không dây cho phếp xe kết nối với xe khác phạm vi từ 100 đến 300m, từ tạo mạng có vùng phủ sóng rộng hình VANETs xem ứng dụng ad hoc di động, xác VANETs mạng tự tổ chức hình thành kết nối xe nhằm cải thiện oan toàn lái xe quản lí giao thông với truy cập internet trình điều khiển lập trình Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 9/23 Hình Hệ thống mạng VANETs [4] Thêm vào Router cache Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 10/23 2.2.1 ĐẶC TÍNH CỦA MẠNG VANETs VANETs ứng dụng Manet, VANET [2] giống lớp học đặc biệt khó khan Manet Chủ yếu có hai loại hình giao tiếp VANET, V2V (xe đến xe) V2I ( xe với sở hạ tầng ), sở hạn tầng chủ yếu hình thức RSU RSU tổ chức cung cấp dịch vụ biết đến nhà cung cấp Cả hai Manet VANET có số phổ biến đặc trưng, tự tổ chức, băng thông thấp, tự quản lí nút tập trung Nhưng VANET có số tính độc đáo làm cho nhiều thử thách hơn, mạng lưới bị ngắt kết nối thường xuyên, động, mật độ giao thông, mô hình di động dòng chảy giao thông Cấu trúc liên kết cao động: Tốc độ lựa chọn đường xác định cấu trúc liên kết động VANET Nếu giả sử hai xe di chuyển xa với tốc độ 25m/s phạm vi truyền dẫn 250m, sau liên kết kéo dài 5s Điều cho thấy tính động Tính di động: Trong manet tính di động hướng VANET phải theo đường cụ thể để di động có chủ đích theo cấu trúc liên kết đường bố trí phương tiện giao thông hạn chế theo đường Năng lượng đầy đủ: VANET cung cấp đầy đủ lượng từ pin xe Do lượng thách thức quan trọng Mật độ lưu lượng: Một số tuyến đường có lưu lượng giao thông cao, có nơi thưa thớt, dẫn đến tình trạng thường xuyên ngắt kết nối Vấn đề ngắt kết nối không quan trọng làm ảnh hưởng đến thời gian chậm trễ nút mạng hoạt động tích cực thường xuyên Kich thước mạng rộng: thực cho thành phố, cho quốc gia Truyền không dây: VANET thiếc kế cho môi trường không dây nút mạng kết nối trao đổi thông tin họ qua mạng không dây Vì số vấn đề an ninh phải xem xét giao tiếp 2.2.2 NHỮNG HỆ THỐNG MẠNG TRONG VANETs 2.2.2.1 Hệ thống giao tiếp hai chiều Định tuyến AODV-PNT cho VANETs Phát RREQ đến h ĐỒ ÁN Trang 11/23 Chế độ cho phép kết nối xe để trao đổi thông tin chiều với hình Hình Hệ thống giao tiếp chiều [7] Thực chế độ hai chiều gồm giai đoạn: - Giai đoạn phát - Giai đoạn kết nối - Giai đoạn trao đổi liệu - Giai đoạn kết thúc Xét hai xe trao đổi thông tin (Hình 1.) - Xe X cần phải: + Giai đoạn phát + Xác định lựa chọn xe phù hợp + Gửi yêu cầu kết nối đến xe Y + Thực giao tiếp hai chiều hai xe để trao đổi tin nhắn vào thời điểm thích hợp - Xe Y cần phải: + Trả lời tất yêu cầu kết nối Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 12/23 + Xác thực kiểm tra tin nhắn từ xe khác + Thực giao tiếp hai chiều hai xe để trao đổi tin nhắn vào thời điểm thích hợp Như xe x hay y điều kết thúc giao tiếp lúc Kết nối thông tin chiều chờ chấp nhận xử lí kết nối nên gây châm trễ chậm thông tin gửi nhiều phương tiện khác Chế độ giao tiếp dựa vào vị trí Thông tin truyền với nhóm xe khu vực địa lí định Chế độ thực qua hai giai đoạn: - Discovery giai đoạn mà đơn vi xe bên lề đường định gửi thông tin cho xe khác khu vực cụ thể - Update giai đoạn mà người tham gia cung cấp thông tin gắn với mong muốn khu vực Khi xe nhận thông tin tiến hành kiểm tra định giữ hay loại bỏ cho phù hợp Ưu điểm chế độ truyền thông tin nhanh, đến số lượng xe lớn tiết kiệm thời gian cho phổ biến thông tin Nhược điểm tương tác với bên kia, xác nhận tin truyền thành công 2.2.2.3 Chế độ giao tiếp Multi-hop dựa vào vị trí Nhu cầu thông tin chuỗi xe, từ xe đến xe khác với nhiều bước nhảy đến đích 2.2.2.2 Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 13/23 Hình Giao tiếp Multi-hop dựa vào vị trí [5] 2.2.3 NHỮNG ỨNG DỤNG VÀ THÁCH THỨC TRONG VANETs 2.2.3.1 Ứng dụng : Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 14/23 Theo số nghiên cứu, 60% vụ tai nạn tránh người điều khiển cung cấp cảnh báo giây trước va chạm Hình Mô hình mạng VANET [5] Xét ví dụ (Hình 6, Hình 7) xảy va chạm phương tiện đường tín hiệu cảnh báo gửi thông qua mạng VANETs tới phương tiện tham gia giao thông, với phương tiện để giải cố, đảm bảo oan toàn cho phương tiện khác Hoăc trao đổi thông tin giao thông xe để đưa đường phù hợp Giảm tải tình trạng giao thông ngày Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 15/23 Hình Mô hình thông báo tình trạng giao thông [6] - xe trước thông báo tình trạng kẹt xe cho xe khác để từ đưa lộ trình tốt - Thông báo tín hiệu đèn báo với xe, xe với xe, để đưa xử lí tốt mạng giao thông Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 16/23 2.2.3.2 Những thách thức lớn mạng VANET: - Đường kính hoạt động nút nhỏ: kết nối yếu diễn đường kính hiệu nhỏ, node di chuyển tốc độ cao với thay đổi nhanh chóng cấu trúc liên kết - Tín hiệu mờ dần: tín hiệu fading xảy với nhiều trở ngại phạm vi giao tiếp Các tòa nhà cao tầng, xe khác vv làm hạn chế tín hiệu, ảnh hưởng đến đường truyền - Kết nối: Duy trì kết nối việc thây đổi topo thách thức lớn VANET - An ninh Sự riêng tư: Do tính chất ad hoc VANET, đòi hỏi phải tập trung nhiều an ninh riêng tư Ở hệ thống an ninh phải oan toàn nhanh - Khó có đầu tư để phát triển sở hạ tầng Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 17/23 CHƯƠNG TÌM HIỂU GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV-PNT 3.1 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV-PNT Theo đặc điểm cấu trúc liên kết VANETs người ta đề xuất giao thức định tuyến thích hợp cho truyền thông cụm dựa tảng AODV AODVPNT [3] Có cải tiến lớn AODV_PNT: - Định tuyến cải thiện số liệu tính toán tổng trọng lượng tuyến đường (TWR) - Dự đoán tương lai xu hướng nút 3.1.1 Cải tiến số liệu định tuyến tính toán tổng trọng lượng tuyến đường (TWR) [3] 3.1.1.1 Tốc độ gia tốc Khi tốc độ xe lớn, chênh lệch tốc độ xe lớn, gia tốc tăng xe, nên chiếm TWR lớn hai xe Đó lí để dự đoán vỡ liên kết khác biệt tốc độ xe 3.1.1.2 Phương hướng di chuyển xe Phương tiện di chuyển theo hướng tương tự, lại thông tin vô tuyến lâu Do vector hướng quan trọng viêc tính toán TWR đến mục tiêu Trong thực tế tham số hướng yếu tố quan trọng việc xác định lựa chon tuyến đường 3.1.1.3 Chất lượng liên kết Tham số cần xét TWR chất lượng liên kết phương tiện Trong VANET xe láng giềng tòa nhà vật cảng ảnh hưởng đến chất lượng liên kết giữ x Do yếu tố chất lượng liên kết tính toán TWR ổn định số lien kết dựa thông tin chuyển động xe r : khoảng tuyền tối đa giữ nút liền kề ,: tọa độ nút i ,: tọa độ nút j Chất lượng liên kết Q= Tổng trọng lượng từ nút nguồn đến nút đích thực sau TWR = Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 18/23 : tốc độ, gia tốc, hướng nút nguồn : tốc độ, gia tốc, hướng nút đích : yếu tố trọng lương tốc độ yếu tố trọng lượng tang tốc yếu tố trọng lượng hướng yếu tố chat lượng đường truyền Q: Chất lượng đường truyền xe ngườn xe tiếp 3.1.2 Dự đoán TWR tương lai nút Đặc tính lớn VANET thây đổi cấu trúc liên kết thường xuyên, nút cấu trúc liên kết để lại khoảnh khắc Vì cố gắng để tính toán tổng trọng lượng định tuyến tương lai nút ( tương lai 3~5 giây ) để đảm bảo chọn nút chuyển tiếp tương đối ổn định khoảng thời gian tương lai 3.1.2.1 Dự đoán tốc độ gia tốc Bởi thời gian từ nút đến nút ngắn nên cho khả tốc độ không đổi suốt khoảng thời gian này, tính toán tốc độ thời gian nút thông qua công thức gia tốc khoảng 3.1.2.2 Dự đoán hướng chuyển động Trong sống thực tế, có ngã ba đường phía trước xe có gia tốc âm ánh sáng lên tín hiệu lần lược có kế hoạch chuyển Điều kiện để xe gặp gỡ tính toán vector hướng nhờ giúp đỡ GPS 3.1.2.3 Chất lượng liên kết Sau nhận thông tin bao gồm tốc độ, gia tốc phương hướng tính toán khoảng cách mà xe lái theo hướng thời gian tới Sau phối hợp nút cách sử dụng hệ tọa độ Bằng cách chất lượng liên kết xe dự đoán Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 19/23 Thông qua liệu TWR tương lai nút dự đoán Giá trị sử dụng tham số để xác định liệu nút thích hợp để có nút chuyển tiếp Tổng trọng lượng định tuyến tại: nút có TWR nhỏ tốt, mà có TWR nhỏ tối ưu Chúng xác định W ngưỡng ổn định tính toán giá trị tuyệt đối TWR giữ tương lai Nếu nút coi nút ổn định ngược lại nút coi không ổn định TWR tương lai tốt nghĩa TWR tương lai thấp TWR hành Trong trình chọn nút điều kiện xét TWR có tối ưu chưa, sau xác định tính ổ định, cuối quan sát xem TWR tương lai tốt so với chưa 3.1.3 Gói định tuyến trình định tuyến Trong AODV nút phát định kì phát sóng thông điệp Hello để trì định tuyến Trong AODV-PNT sử dụng cải thiện thông điêp Hello ( Bảng 1) để thu thông tin xu hướng nút hang xóm Thông qua thông tin nút nguồn tính toán TWR Sau chọn tiếp nút đặt, nút nguông phát multicast gói RREQ để chuyển tiếp thiếc lập nút Nếu nút biết đường dẫn đến đích gửi gói RREP nút nguồn với đường ngược lại Nếu nút chuyển tiếp thông tin nút đích tiếp tục gửi RREQ tìm nút đích Bảng1 Hello Mesege [3] Type Suorce ID Speed 3.2 MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT 3.2.1 Mô Định tuyến AODV-PNT cho VANETs Acceleration Destination ĐỒ ÁN Trang 20/23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Novel Routing Algorithm using Mobile Agents for Improving The Efficiency of AODV Protoco Các công trình nghiên cứu, phát triển ứng dụng CNTT-TT Tập V-1, Số 11 (31), tháng 6/2014 [2] International Journal of Network Security & Its Applications (IJNSA), Vol.5, No.5, September 2013 [3] AODV-PNT: An Improved Version of AODV Routing Protocol with Predicting Node Trend in VANET Xiaowei Shena, Yi Wub,*, Zhexin Xuc and Xiao Lind College of Photonic and Electronic Engineering, Fujian normal university, Fuzhou, China aqysxw123@163.com, bwuyi@fjnu.edu.cn, cxuzhexin@fjnu.edu.cn, dlinxiao@fjnu.edu.cn *Corresponding author [4] http://www.slideshare.net/Funk98/dedicated-roads-for-autonomous-vehicles [5] http://www.slideshare.net/shashi712/adhoc-technologies [6] http://www.ics.uci.edu/~keldefra/manet.htm [7] Các giao thức định tuyến mạng VANET 0.41% Định tuyến AODV-PNT cho VANETs ... Định tuyến AODV- PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 17/23 CHƯƠNG TÌM HIỂU GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV- PNT 3.1 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV- PNT Theo đặc điểm cấu trúc liên kết VANETs người ta đề xuất giao thức. .. Destination sequence number Định tuyến AODV- PNT cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 3/23 CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV 1.1 TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 1.1.1 Giao thức định tuyến ( routing protocol... cho VANETs ĐỒ ÁN Trang 4/23 1.2 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV Giao thức định tuyến AODV [1] dựa thuật toán vector khoảng cách thuộc loại định tuyến theo yêu cầu, yêu cầu đường định tuyến cần thiếc giao