Ảnh hưởng của mô hình di động lên định tuyến trong mạng Vanet

Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, công nghệ mạng không dây thực phát triển hầu giới Những thiết bị chuyển động tiên tiến đời tương thích với hệ chuyển động tiên tiến Mô hình mạng MANET triển khai ứng dụng phổ biến thị trường Việt Nam từ nhiều năm Nó giúp cho thiết bị chuyển động kết nối với lúc nơi dựa công nghệ truy cập mạng Ad Hoc mà không cần thiết phải triển khai sở hạ tầng phức tạp Tuy nhiên, không dừng đó, giới tiến tới công nghệ hơn, mạng chuyển động tùy biến VANET hay gọi mạng xe cộ bất định VANET Trong mạng xe cộ bất định VANET, xe chuyển động đường coi nút mạng Các nút có khả di chuyển nên nút mạng cố định để thực chức điều khiển trung tâm chúng trao đổi thông tin với theo giao thức định tuyến mạng Ad Hoc nói chung mạng VANET nói riêng Các giao thức tập trung vào giải hạn chế đặc biệt mạng này, vấn đề băng thông thấp, tỷ lệ lỗi cao, lượng khả tính toán thiết bị thấp… Nhưng việc nghiên cứu đánh giá giao thức định tuyến VANET bỏ qua yếu tố thực tế nên ảnh hưởng nhiều đến việc đánh giá khả định tuyến giao thức Chính thế, việc nghiên cứu mô hình chuyển động VANET để đánh giá ảnh hưởng đến giao thức định tuyến điều quan trọng Với đề tài này, chúng em muốn cung cấp nhìn ảnh hưởng mô hình chuyển động thực tế giao thức định tuyến VANET Đề tài gồm có phần: • CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET • CHƯƠNG II: MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG TRONG MẠNG MANET ÁP DỤNG CHO MẠNG VANET • CHƯƠNG III: SO SÁNH MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG ĐÔ THỊ TRONG MẠNG VANET Báo cáo nghiên cứu khoa học Page Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Mục Lục MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET .7 1.1 MẠNG VANET 1.1.1 Sơ lược mạng không dây 1.1.2 Đặc điểm mạng VANET .8 1.1.3 Các thách thức mạng VANET .11 1.1.4 Cấu trúc, chức thành phần mạng VANET 12 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới đặc tính chuyển động VANET .14 1.2.1 Giao diện đường phố .15 1.2.2 Kích thước vùng .15 1.2.3 Cơ chế điều khiển giao thông 15 1.2.4 Chuyển động xe cộ phụ thuộc lẫn 15 1.2.5 Tốc độ trung bình 16 1.3 Kết luận 16 CHƯƠNG II: MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG TRONG MẠNG MANET ÁP DỤNG CHO MẠNG VANET 17 2.1 Các mô hình chuyển động mạng MANET .17 2.2 Những mô hình chuyển động dựa ngẫu nhiên 17 2.3 Những mô hình chuyển động xe cộ thực tế 18 2.4 Các mô hình chuyển động VANET 20 2.4.1 Kí hiệu .21 2.4.2 Các mô hình ngẫu nhiên 22 2.4.3 Mô hình luồng giao thông .25 2.4.4 Mô hình xe theo sau 26 Báo cáo nghiên cứu khoa học Page Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Mục Lục 2.4.5 Mô hình dấu hiệu dừng 29 2.4.6 Mô hình dừng chờ ngẫu nhiên 30 2.4.7 Mô hình đèn giao thông 30 2.4.7.1 Phối hợp đèn giao thông 31 2.4.7.2 Tăng giảm tốc độ .31 2.4.7.3 Đa 31 2.4.7.4 Tạo phiên TLM 31 2.5 Kết luận 32 Trong chương đưa số mô hình chuyển động mạng MANET, từ làm tảng để áp dụng cho mạng VANET Các mô hình đa số dựa ngẫu nhiên chiều chuyển động vận tốc nút Do đó, chúng không đáp ứng nhu cầu thực tế giao thông Xuất phát từ thực trạng đó, nhóm nghiên cứu sâu vào tìm hiểu mô hình chuyển động đề cao tính thực tế, triển khai áp dụng rộng rãi mạng VANET Trong phải kể đến mô hình ngẫu nhiên mô hình đường cao tốc, mô hình Mahattan, mô hình luồng giao thông, mô hình xe theo sau… mô hình có tín hiệu dừng mô hình dấu hiệu dừng, mô hình dừng chờ ngẫu nhiên mô hình đèn giao thông 32 Các mô hình có tín hiệu dừng kể sử dụng mô chương sau để so sánh với số mô hình ngẫu nhiên nhằm tìm mô hình tối ưu kịch khác 32 CHƯƠNG III: SO SÁNH MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG ĐÔ THỊ TRONG MẠNG VANET 33 3.1 Giao thức định tuyến AODV 33 3.1.1 Thuật toán loại định tuyến 33 3.1.2 Khám phá đường định tuyến 33 3.1.3 Duy trì cập nhật bảng định tuyến .34 3.1.4 Sửa chữa tuyến lỗi giao thức định tuyến AODV 36 3.1.5 Ưu nhược điểm giao thức định tuyến AODV .36 3.2 Kịch so sánh mô hình chuyển động đô thị mạng VANET .37 3.2.1 Thay đổi số lượng xe .38 3.2.2 Thay đổi tốc độ xe 40 3.2.3 Thay đổi thời gian chờ đợi ngã tư 41 3.3 Kết luận 42 Báo cáo nghiên cứu khoa học Page Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Mục Lục KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 Báo cáo nghiên cứu khoa học Page Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hai mô hình mạng không dây: mạng hạ tầng mạng Ad-hoc Hình 1.2: Mô hình mạng VANET Hình 1.3: Cấu trúc hệ thống mạng VANET .12 Hình 1.4: RSU mở rộng khoảng giao tiếp 14 Hình 1.5: RSU nguồn thông tin 14 Hình 2.1: Ký hiệu lưu lượng xe cộ 21 Hình 3.1: Quy trình thiêt lập tuyến AODV 34 Hình 3.2: Sơ đồ minh họa nguyên nhân gây lỗi trình cập nhật định tuyến 36 Hình 3.3: Sự thay đổi tỷ lệ chuyển gói theo số lượng xe Biểu đồ trình bày mối quan hệ hiệu suất tất mô hình chuyển động đánh giá .39 Hình 3.4: Sự thay đổi trễ truyền dẫn theo số lượng xe Trong tất mô hình, trễ truyền dẫn giảm số lượng xe tăng, sau tăng mạnh số lượng xe tăng thêm 40 Hình 3.5 So sánh mô hình đơn/ đa làn, tăng/ giảm tốc độ số lượng xe khác thời gian trễ từ đầu đến cuối .41 Hình 3.6: Tỷ lệ chuyển gói với tốc độ tối đa xe Khi tốc độ tăng giảm tỷ lệ chuyển gói 41 Hình 3.7: Tỷ lệ chuyển gói với thời gian chờ đợi tối đa giao lộ Làm ổn định mô hình chuyển động khiến tỷ lệ chuyển gói tăng cao 42 Báo cáo nghiên cứu khoa học Page Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Danh mục viết tắt DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VANET Vehicle Ad hoc Network V2V Vehicle to Vehicle Communication V2I Vehicle to Road Intrastructure M2M Machine-to-Machiner Communication MANET Mobile Ad-hoc Network AU Application Unit GW Gateway OBU On Board Unit RSU Road Side Unit HS Hot Spot QoS Quality of Service AODV Ad hoc on-demand Distance Vector RREQ Route Request RERR Route Error RREP Route Response TLM Traffic Light Model SSM Stop Sign Model PTSM Probabilistic Traffic Sign Model Báo cáo nghiên cứu khoa học Page Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương I CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET 1.1 MẠNG VANET 1.1.1 Sơ lược mạng không dây Mạng máy tính từ lâu trở thành thành phần thiếu nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, từ hệ thống mạng cục dùng để chia sẻ tài nguyên đơn vị đến hệ thống mạng toàn cầu Internet Các hệ thống mạng hữu tuyến vô tuyến ngày phát triển phát huy vai trò Mạng không dây mạng không dùng dây cáp cho kết nối mà sử dụng sóng radio không gian để kết nối máy tính với Mặc dù mạng không dây xuất từ nhiều thập niên năm gần đây, với bùng nổ thiết bị chuyển động nhu cầu nghiên cứu phát triển hệ thống mạng không dây ngày trở nên cấp thiết Nhiều công nghệ phần cứng, chuẩn vô tuyến giao thức đời tiếp tục nghiên cứu, phát triển Mạng không dây có tính linh hoạt cao, hỗ trợ thiết bị chuyển động nên không bị ràng buộc cố định địa lý mạng hữu tuyến Ngoài ta dễ dàng bổ sung hay thay thiết bị tham gia mạng mà không cần phải cấu hình toàn Topology mạng Tuy nhiên, hạn chế lớn mạng không dây tốc độ truyền chưa cao so với mạng hữu tuyến Bên cạnh đó, khả bị nhiễu gói tin vấn đề đáng quan tâm Về bản, mạng không dây chia làm hai loại chính: thứ mạng hạ tầng có cổng kết nối hữu tuyến cố định thường gọi điểm truy cập Các thiết bị chuyển động mạng kết nối liên lạc với điểm truy cập gần nằm bán kính truyền thông nó; thứ hai mạng Ad-hoc, tập hợp nút mạng chuyển động không dây nằm phân tán mặt địa lý tạo thành mạng tạm thời mà không sử dụng cấu trúc hạ tầng mạng có sẵn hay quản lý tập trung Báo cáo nghiên cứu khoa học Page Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương I Hình 1.1: Hai mô hình mạng không dây: mạng hạ tầng mạng Ad-hoc 1.1.2 Đặc điểm mạng VANET Mạng VANET - Vehicular Ad Hoc Network mạng xe cộ tùy biến không dây, phần đặc biệt mạng chuyển động Ad- hoc VANET cung cấp trao đổi không dây xe với xe xe với thiết bị lề đường Thông tin liên lạc xe sử dụng cho an toàn, thoải mái và giải trí tốt để cung cấp cho hành khách hành trình thoải mái Mạng VANET sử dụng xe di chuyển nút mạng để tạo nên mạng chuyển động VANET biến xe tham gia giao thông thành router hay nút không dây, cho phép xe kết nối với xe khác phạm vi bán kính từ 100 đến 300 mét, từ tạo nên mạng với vùng phủ sóng rộng Do xe khỏi vùng phủ sóng thoát khỏi mạng, xe khác tham gia, kết nối với phương tiện khác mạng Internet chuyển động tạo nên Trong thực tế, hệ thống tích hợp công nghệ xe cảnh sát Báo cáo nghiên cứu khoa học Page Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương I lính cứu hỏa nhằm liên lạc trao đổi thông tin với phục vụ cho công tác cứu hộ, đảm bảo an ninh trật tự Hình 1.2: Mô hình mạng VANET Xe giao tiếp trực tiếp với loại xe khác để hình thành hệ thống truyền thông xe với xe (V2V) giao tiếp với thiết bị cố định bên cạnh đường, gọi tắt đơn vị bên đường (RSU) tạo thành hệ thống thông tin liên lạc xe với sở hạ tầng (V2I) Thông tin trao đổi mạng VANET bao gồm thông tin lưu lượng xe cộ, tình trạng kẹt xe, thông tin tai nạn giao thông, tình nguy hiểm cần tránh dịch vụ thông thường đa phương tiện, Internet,… Các xe liên lạc với (Car-to-Car Communication hay M2M (Machine-to-Machiner Comnunication) để chia sẻ thông tin lẫn Đặc điểm mạng VANET giống với công nghệ hoạt động mạng Adhoc MANET là: trình tự tổ chức, tự quản lý, băng thông thấp sử dụng đường truyền vô tuyến Tuy nhiên điểm khác biệt VANET MANET chỗ: nút mạng (xe cộ) di chuyển với tốc độ cao không xác định truyền tín hiệu cho VANET có đặc tính riêng so sánh với loại MANETs, đặc tính riêng VANET bao gồm: Báo cáo nghiên cứu khoa học Page Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương I  Khả dự đoán chuyển động: VANET khác với loại mạng chuyển động ad hoc Trong đó, nút di chuyển cách ngẫu nhiên xe bị hạn chế cấu trúc liên kết, bố trí đường yêu cầu phải tuân theo vạch dấu hiệu đèn giao thông để đáp ứng với xe di chuyển khác Dẫn đến việc dự báo nằm khả thực  Khả tính toán cao: Bởi nút VANET xe, chúng trang bị đủ số lượng cảm biến tài nguyên tính toán; vi xử lý, dung lượng nhớ lớn, công nghệ tiên tiến ăng-ten hệ thống định vị toàn cầu (GPS) Những nguồn tăng khả tính toán nút, giúp đạt truyền thông không dây đáng tin cậy có thông tin xác liên quan đến vị trí tại, tốc độ hướng phương tiện  Cung cấp lái xe an toàn, cải thiện thoải mái nâng cao hiệu giao thông: VANET cung cấp thông tin liên lạc trực tiếp phương tiện di chuyển, cho phép tập hợp ứng dụng, yêu cầu liên lạc trực tiếp nút áp dụng qua mạng Ứng dụng cung cấp cho lái xe dẫn với thông điệp cảnh báo tai nạn, cố đột ngột Hơn nữa, bổ sung ứng dụng áp dụng thông qua kiểu mạng để cải thiện thoải mái hành khách hiệu giao thông cách phổ biến thông tin thời tiết, lưu lượng giao thông điểm thông tin quan tâm (trạm xăng dầu, trung tâm mua sắm thức ăn nhanh)  Không hạn chế lượng: Năng lượng VANET thách thức quan trọng MANETs, xe có khả cung cấp điện liên tục cho tuổi thọ pin dài  Mật độ mạng khác biệt: Mật độ mạng VANET khác tùy thuộc vào mật độ giao thông, cao trường hợp ách tắc giao thông, thấp, giao thông ngoại thành, nông thôn  Mạng quy mô lớn: Quy mô mạng lưới lớn khu vực đô thị đông đúc trung tâm thành phố, đường cao tốc lối vào thành phố lớn  Thay đổi nhanh chóng cấu trúc liên kết mạng: tốc độ cao tiêu biểu cho phương tiện di chuyển, đặc biệt đường cao tốc dẫn đến thay đổi nhanh chóng cấu trúc liên kết mạng Hơn nữa, hành vi lái xe bị ảnh hưởng liệu nhận từ mạng, gây thay đổi cấu trúc liên kết mạng Thời gian sử dụng liên kết xe bị ảnh hưởng nhiều thông tin vô tuyến chuyển động phương tiện Thời gian sử dụng liên kết phương tiện di chuyển theo hướng ngược ngắn so với trường hợp phương tiện di chuyển theo hướng Những thay đổi nhanh chóng kết nối Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 10 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III 2.4.7.1 Phối hợp đèn giao thông Theo TLM, đèn giao thông ngã tư phối hợp Đầu tiên, xem xét giao lộ với số chẵn đường đơn đối diện Các đèn chuyển sang màu xanh xe cặp đường đối diện băng qua giao lộ đồng thời Xe cần rẽ trái rẽ phải cần phải tuân theo quy tắc rẽ tự chúng đến đầu hàng đợi Trong giao thông cặp đường đối diện có tín hiệu màu xanh cặp đường lại có tín hiệu màu đỏ Sau thời gian cố định, tín hiệu màu xanh luân chuyển đến cặp đường đối diện khác Trường hợp số lẻ đường gặp giao lộ (chẳng hạn giao lộ T) xử lý cách cho phép đường theo định kỳ có đèn xanh Tính cung cấp phối hơp hành vi chuyển động giao thông tốt so với PTSM 2.4.7.2 Tăng giảm tốc độ Ở cấp độ tiếp theo, gia tăng chi tiết TLM khả tăng tốc giảm tốc phương tiện Trong tính này, xe dừng không thay đổi trạng thái chúng với tốc độ cao Thay vào đó, chúng tăng tốc từ trạng thái dừng lên đến tốc độ tối đa Tương tự vậy, đến gần dấu hiệu dừng đèn đỏ, chúng giảm tốc đến dừng lại 2.4.7.3 Đa Một tính khác TLM giới thiệu nhiều xe Đối với đồ thực tế, số lượng đường xác định loại đường quy định sở liệu Khi xe vào đường mới, chẳng hạn băng qua hay quay lại giao lộ, chọn đường mà có số lượng phương tiện (tính phương tiện di chuyển dừng) 2.4.7.4 Tạo phiên TLM Mục tiêu nghiên cứu hiểu nhạy cảm hiệu chi tiết chuyển động VANET, để xác định chi tiết có giá trị bao gồm mô hình chuyển động Với mục tiêu này, tính khác TLM độc lập kích hoạt vô hiệu hóa để có phiên khác TLM Trong đó, bốn phiên TLM thu cách cho phép vô hiệu hóa khả tăng tốc/giảm tốc tính đa Do đó, TLM mà không bổ sung hai tính vượt trội so với PTSM tính đèn giao thông phối hợp Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 31 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III 2.5 Kết luận Trong chương đưa số mô hình chuyển động mạng MANET, từ làm tảng để áp dụng cho mạng VANET Các mô hình đa số dựa ngẫu nhiên chiều chuyển động vận tốc nút Do đó, chúng không đáp ứng nhu cầu thực tế giao thông Xuất phát từ thực trạng đó, nhóm nghiên cứu sâu vào tìm hiểu mô hình chuyển động đề cao tính thực tế, triển khai áp dụng rộng rãi mạng VANET Trong phải kể đến mô hình ngẫu nhiên mô hình đường cao tốc, mô hình Mahattan, mô hình luồng giao thông, mô hình xe theo sau… mô hình có tín hiệu dừng mô hình dấu hiệu dừng, mô hình dừng chờ ngẫu nhiên mô hình đèn giao thông Các mô hình có tín hiệu dừng kể sử dụng mô chương sau để so sánh với số mô hình ngẫu nhiên nhằm tìm mô hình tối ưu kịch khác Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 32 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III CHƯƠNG III: SO SÁNH MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG ĐÔ THỊ TRONG MẠNG VANET 3.1 Giao thức định tuyến AODV 3.1.1 Thuật toán loại định tuyến Giao thức định tuyến AODV cho phép định tuyến nhiều bước nút mạng để thiết lập trì mạng Ad hoc AODV dựa thuật toán vector khoảng cách thuộc loại định tuyến yêu cầu AODV yêu cầu định tuyến cần thiết không yêu cầu nút mạng phải trì đường định tuyến đến nút mạng không tham gia trao đổi thông tin Thuật toán vector khoảng cách yêu cầu nút cần trì vector khoảng cách tới nút mạng Mỗi nút cần phải biết khoảng cách giá nút hàng xóm với tới nút đích, nút có nhiều hàng xóm chúng so sánh tìm quãng đường ngắn Mỗi nút trì thông tin hàng xóm 30s 3.1.2 Khám phá đường định tuyến Giao thức định tuyến AODV sử dụng ba tin là: RREQ, RREP, RRER AODV sử dụng hai đếm để phục vụ cho việc khám phá định tuyến là: Bộ đếm sequence number đếm broacast ID Tiến trình Route Discovery khởi động muốn trao đổi liệu với nút khác mà bảng định tuyến thông tin định tuyến đến nút đích Các bước tiến hành sau: o Khi nút muốn trao đổi liệu với nút khác mà thông tin định tuyến đến đích kiểm tra gói RREQ xử lý hay chưa? Nếu xử lý loại bỏ gói tin chưa sang bước o Nếu bảng định tuyến chứa đích kiểm tra sequence number RREQ lớn trường sequence number bảng chuyển tiếp tới hàng xóm Nếu không gửi tin RREP chứa thông số quan trọng liên quan nút đích Nếu bảng định tuyến nút đích sang bước o Nếu bảng định tuyến đường đến đích tăng số hop-count lên 1, đồng thời thiết lập đường ngược từ đến nút nguồn cách ghi nhận địa nút láng giềng mà nhận gói Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 33 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III RREP phản hồi cho nút nguồn, sau entry xóa Sau phát quảng bá tới nút hàng xóm Mô tả cách thức khám phá đường định tuyến AODV: Hình 3.1: Quy trình thiêt lập tuyến AODV 3.1.3 Duy trì cập nhật bảng định tuyến Mỗi nút sử dụng giao thức định tuyến kiểm tra hàng xóm tín hiệu “HELLO” phát từ nút “HELLO” RREP đặc biệt có giá trị cho hàng xóm Một nút phát định kì tin: “HELLO”, đó, hàng xóm biết tồn nên liên kết không bị đứt Cơ chế hữu ích cho việc tránh bị vỡ liên kết điều lại tốn thời gian Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 34 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III Khi nút mạng phát đường định tuyến đến nút mạng bên cạnh không hoạt động, xóa bảng định tuyến gửi tin liên kết hỏng AODV sử dụng danh sách nút mạng hàng xóm hoạt động để ghi nhớ nút mạng sử dụng đường định tuyến bảng định tuyến Nút mạng nhận tin lặp lại trình gửi tin Cuối tin gửi đến tất nút mạng có liên quan, từ chúng dừng việc gửi thông tin yêu cầu đường định tuyến thông qua tin RREQ Trong phần cập nhật có nguyên nhân xảy lỗi: o Nút nhận gói liệu mà phải chuyển tiếp không tìm thấy đường dẫn đến đích Thật nút tuyến cả, mà vấn đề số nút khác nghĩ tuyến o Nút nhận RERR mà nguyên nhận tuyến nút trở nên hiệu lực xảy ra, sau nút gửi RERR đến tất nút đến o Nút phát liên lạc với số hàng xóm Khi điều xảy tra bảng định tuyến tuyến sử dụng hàng xóm cho hop đánh dấu chúng không hợp lệ Sau gửi RERR với hàng xóm tuyến không hợp lệ Mô tả nguyên nhân gây lỗi trình cập nhật định tuyến Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 35 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III Hình 3.2: Sơ đồ minh họa nguyên nhân gây lỗi trình cập nhật định tuyến 3.1.4 Sửa chữa tuyến lỗi giao thức định tuyến AODV Nếu liên kết tuyến đường hoạt động bị mất, nút cố gắng sửa chữa tuyến đường Nó gửi tin RREQ để tìm đường đến đích mà không liên quan tới tuyến bị hỏng Nếu tìm tuyến đường đến đích, điều chỉnh lại mục bảng định tuyến Nếu việc sửa chữa tuyến đường địa thất bại, nút phải thông báo liên lạc tuyến đường tin RERR 3.1.5 Ưu nhược điểm giao thức định tuyến AODV AODV thuộc định tuyến theo yêu cầu nên có ưu điểm đặc trưng là: hạn chế thông tin tiêu đề Nhưng nhược điểm là: có trễ lớn nút nguồn phải tìm đường trước gửi liệu Chính nhược điểm mà kích thước mạng lớn gây trễ lớn tìm xong đường gửi tin liệu gây giảm hiệu nghiêm trọng Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 36 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III 3.2 Kịch so sánh mô hình chuyển động đô thị mạng VANET Các thông số giá trị mặc định so sánh mô hình chuyển động mạng VANET thể bảng 3.1: Tham số Thời gian mô Giao thức định tuyến Phiên NS2 Phạm vi truyền tải Số nút Nguồn CBR Các mô hình chuyển động Topo Thời gian chờ tối đa Tốc độ nút tối đa Tỷ lệ tăng tốc/ giảm tốc Chỉ số hiệu suất Báo cáo nghiên cứu khoa học Giá trị mặc định 900s (cộng thêm 450s khởi động) AODV ns 2.28 250m 100 100 nguồn tốc độ pkts/s 64 byte pkt RWM, RUM, SSM, PTSM, TLM Lưới 1200 x 1200m, đồ thực SSM – 3s PTSM – 30s (p=0.5) TLM – 30s 35mph 3m/ cho TLM Tỷ lệ chuyển phát gói Trễ truyền dẫn từ đầu cuối đến đầu cuối, phân cụm Page 37 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III Bảng 3.1: Thông số giá trị mặc định Kịch đánh giá so sánh sử dụng giao thức định tuyến AODV để đánh giá so sánh mô hình SSM, PTSM TLM, Random Waypoint Model (RWM) Rice University Model (RUM) RWM sử dụng mô hình mở hạn chế dừng điểm giao lộ RUM mô hình kết hợp RWM mô hình chuyển động đô thị chúng thực đồ thực xe không dừng ngã tư RUM tương tự mô hình chuyển động khu vực thành phố sử dụng đồ thực thu từ sở liệu Đối với phân khúc tuyến đường, tọa độ trích xuất chuyển đổi cách sử dụng phép chiếu Mercator Các điểm trích xuất sau biểu diễn đồ thị, ngã tư biểu diễn đỉnh tuyến đường vòng cung Tỷ trọng cung tự động tính toán để bắt chước thời gian ước tính cần thiết cho xe để di chuyển qua phân đoạn tương ứng, tỷ lệ thuận với tốc độ tối đa cho phép, khoảng cách, số lượng xe chứa Do đó, việc hạ thấp tỷ trọng, nhiều phương tiện di chuyển tự phân khúc Lưu ý tốc độ phép tối đa đoạn đường phụ thuộc vào loại 3.2.1 Thay đổi số lượng xe Việc thực mô hình chuyển động khác thay đổi số lượng xe so sánh topo mạng Hình 3.3 3.4 so sánh tỷ lệ chuyển phát gói trễ truyền dẫn từ đầu cuối đến đầu cuối tất mô hình chuyển động SSM có thời gian chờ đợi giây PTSM có thời gian chờ đợi tối đa 30 giây TLM chuyển đổi tín hiệu giao thông với chu kỳ 30 giây sử dụng hai xe chiều với khả tăng / giảm tốc xe kích hoạt Kết RWM có tỉ lệ chuyển phát gói thấp trễ truyền dẫn từ đầu cuối đến đầu cuối lớn topo nói riêng Phạm vi biến đổi hiệu suất qua mô hình chuyển động khác nêu bật điểm tầm quan trọng độ xác mô hình chuyển động mô VANET Xu hướng chung tỷ lệ chuyển phát gói tăng theo số lượng xe, lên đến 100 xe, kết nối đồ thị truyền thông tăng Sau đó, tỷ lệ chuyển phát gói bắt đầu giảm số xe tăng thêm Hiện tượng tăng tranh chấp kênh có số lượng lớn xe, dẫn đến lũ việc Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 38 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III kiểm soát thông điệp mạng Trễ truyền dẫn từ đầu cuối đến đầu cuối Hình 3.4 hiển thị xu hướng tương tự: trễ giảm số lượng xe tăng, sau tăng mạnh Hình 3.3: Sự thay đổi tỷ lệ chuyển gói theo số lượng xe Biểu đồ trình bày mối quan hệ hiệu suất tất mô hình chuyển động đánh giá Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 39 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III Hình 3.4: Sự thay đổi trễ truyền dẫn theo số lượng xe Trong tất mô hình, trễ truyền dẫn giảm số lượng xe tăng, sau tăng mạnh số lượng xe tăng thêm 3.2.2 Thay đổi tốc độ xe Để phân tích ảnh hưởng tới hiệu suất tính chuyển động khác (ví dụ, đường nhiều xe tăng tốc/ giảm tốc độ xe), so sánh tất bốn biến thể TLM Hình 3.5 so sánh hiệu suất mô hình Kết cho thấy tính tăng/ giảm tốc dẫn đến gia tăng đáng kể tỷ lệ chuyển phát gói tin Điều tăng/ giảm tốc làm giảm tốc độ trung bình xe, cung cấp ổn định lớn việc định tuyến mạng Ngoài ra, khác biệt hiệu mô hình đơn nhiều xe không đáng kể với trường hợp 100 xe Tuy nhiên, với khả vô hiệu hóa tăng tốc/ giảm tốc, khác biệt hiệu suất trở nên đáng ý với trường hợp 100 xe tranh chấp kênh bắt đầu tăng Một tăng/ giảm tốc kích hoạt, khác biệt mô hình đơn nhiều xe trở nên không đáng kể Phân tích dẫn đến kết luận có 200 xe khu vực, phức tạp thêm việc mô hình hóa nhiều đường không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất giao thức định tuyến mạng ad hoc VANETs so sánh với tác động tăng tốc xe giảm tốc Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 40 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III Hình 3.5 So sánh mô hình đơn/ đa làn, tăng/ giảm tốc độ số lượng xe khác thời gian trễ từ đầu đến cuối Tốc độ tối đa xe đa dạng kết hiệu suất khác mô hình chuyển động phân tích Hình 3.6 cho thấy kết thí nghiệm Lưu ý tốc độ tối đa mặc định dựa loại đường Giới hạn tốc độ đường thay đổi từ giá trị mặc định để nghiên cứu cách tham số ảnh hưởng đến kết mô hình chuyển động Kết cho thấy sụt giảm đáng kể giá trị tỷ lệ chuyển gói cho RUM tốc độ tăng lên RUM đại diện cho mạng lưới với topo động cao xe liên tục di chuyển qua đường phố mà không dừng lại giao lộ Điều dẫn đến vùng liên tục tuyến nguồn khác đích đến Tỷ lệ chuyển gói SSM (với thời gian chờ đợi cố định vòng giây) giảm với gia tăng tốc độ tối đa, chưa đến mức làm với RUM Việc thực PTSM TLM (với thời gian chờ đợi tối đa 30 giây) không thay đổi nhiều với tăng tốc độ tối đa Các kết cho SSM, PTSM, TLM giải thích thực tế xe dành số lượng đáng kể thời gian chờ đợi giao lộ Hình 3.6: Tỷ lệ chuyển gói với tốc độ tối đa xe Khi tốc độ tăng giảm tỷ lệ chuyển gói 3.2.3 Thay đổi thời gian chờ đợi ngã tư Để hiểu rõ thêm ảnh hưởng đưa cách làm cho xe dừng lại giao lộ, tham số quan trọng khác thay đổi thời gian chờ đợi tối đa nút nút giao thông Hình 3.7 đồ thị tỷ lệ chuyển gói giá trị thời gian chờ đợi tối đa nút giao thay đổi Kết đưa khía cạnh thú vị Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 41 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III nghiên cứu Theo dự kiến, mô hình RUM mang lại tỉ lệ phân phối thấp tính chuyển động cao Xong ngược lại với thí nghiệm trước đó, nhiên, SSM mang lại tỷ lệ chuyển gói cao so với PTSM cho giá trị thời gian chờ đợi Lý mô hình SSM mạng tĩnh PTSM, có nút buộc phải dừng lại giao lộ Mặt khác, nút đầu hàng đợi PTSM định với xác suất 50% không chờ đợi, phải đợi Như PTSM đại diện cho mạng lưới động SSM cho giá trị thông số thời gian chờ đợi Một làn, tăng tốc/ giảm tốc TLM hiển thị tỷ lệ chuyển gói thấp PTSM với thời gian chờ đợi mạng có tỷ lệ rời mạng cao chút với PTSM Việc bổ sung nhiều xe tăng tốc/ giảm tốc để mô hình chuyển động TLM kết hiển thị cao tỷ lệ chuyển giao mô hình Hình 3.7: Tỷ lệ chuyển gói với thời gian chờ đợi tối đa giao lộ Làm ổn định mô hình chuyển động khiến tỷ lệ chuyển gói tăng cao 3.3 Kết luận Nội dung chương tập trung vào tìm hiểu giao thức định tuyến AODV so sánh mô hình chuyển động đô thị mạng VANET dựa kịch khác Qua đánh giá hiệu giao thức định tuyến thông qua hai tham số hiệu suất mạng tỷ lệ chuyển gói trễ truyền dẫn Với kịch thay đổi số lượng xe, mô hình đèn giao thông đánh giá mô hình vượt trội hẳn với tỷ lệ chuyển gói lớn trễ truyền dẫn nhỏ so Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 42 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương III sánh với số mô hình thực tế khác Tuy nhiên, với phiên mô hình đèn giao thông có không kích hoạt tính tăng/ giảm tốc hay đơn/ đa lại tạo kết khác hiệu suất mạng kịch thay đổi tốc độ xe thay đổi thời gian dừng chờ ngã tư Dẫn đến việc chọn mô hình chuyển động tối ưu đánh giá giao thức định tuyến phụ thuộc nhiều vào kịch thông số tuyến đường cụ thể Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 43 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Kết luận KẾT LUẬN Mạng Ad-hoc có tiềm áp dụng vào mặt sống, hứa hẹn phát triển mạnh mẽ tương lai đặc biệt hệ thống giao thông phức tạp Việt Nam Do phần công nghệ mạng không dây nên mạng Ad-hoc thừa hưởng nhiều ưu điểm mạng không dây đồng thời có ưu đặc biệt mà mạng khác liền với khó khăn nghiên cứu triển khai Đề tài tập trung vào thành phần mạng đặc biệt mạng Adhoc mạng VANET Đề tài tập trung nghiên cứu mô hình chuyển động mạng VANET nhằm mục đích đánh giá hiệu giao thức định tuyến Do kiến thức yếu, kĩ chưa hoàn chỉnh, nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận ý kiến góp ý, nhận xét thầy cô bạn để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô, bạn nói chung cô Nguyễn Thanh Trà – khoa Viễn Thông – Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông nói riêng nhiệt tình hướng dẫn, bảo định hướng cho chúng em thực đề tài thành công Hà Nội, tháng 09 năm 2016 Nhóm sinh viên Nguyễn Ngọc Khánh Nguyễn Đình Hoàn Tạ Thị Thủy Bùi Tiến Đức Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 44 Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO 1, Atulya Mahajan, Urban Mobility Models For Vehicular Ad-hoc Network, The Florida state university 2006 2, Prof Paolo Ancilotti, Prof Pierfrancesco Foglia, Dott Enrico Bini, Vehicular Networks Traffic Simulations and Communication Protocols, 2007/2008 3, Atulya Mahajan, Niranjan Potnis, Kartik Gopalan and An-I A Wang, Urban Mobility Models for VANETs, Florida State University 4, Jérôme Haerri, Fethi Filali, Christian Bonnet, Performance Comparison of AODV and OLSR in VANETs Urban Environments under Realistic Mobility Patterns, 2006 5, Djamel Djenouri, Elmalik Nekka, Wassim Soualhi, Simulation of Mobility Models in Vehicular Ad hoc Networks Báo cáo nghiên cứu khoa học Page 45 ... CHƯƠNG II: MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG TRONG MẠNG MANET ÁP DỤNG CHO MẠNG VANET 2.1 Các mô hình chuyển động mạng MANET Mô hình chuyển động thiết kế để mô tả cách di chuyển người điều khiển chuyển động vị... hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hai mô hình mạng không dây: mạng hạ tầng mạng Ad-hoc Hình 1.2: Mô hình mạng VANET Hình 1.3: Cấu trúc hệ thống mạng VANET .12 Hình 1.4: RSU mở... Page Tìm hiểu mô hình chuyển động mạng VANET Chương I Hình 1.1: Hai mô hình mạng không dây: mạng hạ tầng mạng Ad-hoc 1.1.2 Đặc điểm mạng VANET Mạng VANET - Vehicular Ad Hoc Network mạng xe cộ tùy