Giao thức định tuyến theo mô hình lưu lượng xe cộ sử dụng trong mạng VANET

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET 1.1 MẠNG VANET 1.1.1 Sơ lược mạng không dây 1.1.2 Đặc điểm mạng VANET 1.1.3 Các thách thức mạng VANET 1.1.4 Cấu trúc, chức thành phần mạng VANET 1.2 MỘT SỐ THÁCH THỨC TRONG MẠNG VANET 10 1.2.1 Những thách thức định tuyến 10 1.2.2 Những thách thức chuyển gói 11 1.3 NHỮNG TIÊU CHÍ THIẾT KẾ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG VANET 12 1.3.1 Phương diện truyền dẫn 12 1.3.2 Khả định tuyến 12 1.3.3 Chất lượng dịch vụ 13 1.3.4 Mức độ bảo mật 13 1.4 KẾT LUẬN 14 CHƯƠNG II: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET 15 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 15 2.2.1 Định tuyến mạng MANET 15 2.2.2 Định tuyến mạng VANET 16 2.2 ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN TÔ PÔ 17 2.2.1 Định tuyến chủ động 18 2.2.2 Giao thức định tuyến thụ động 19 2.2.3 Định tuyến lai ghép 21 2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU NĂNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CỦA MẠNG VANET 21 Bùi Tiến Đức – D13VT8 ii Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục 2.3.1 Kiến trúc đường phố 22 2.3.2 Cơ chế điều khiển giao thông 22 2.3.3 Tốc độ trung bình 23 2.3.4 Mật độ nút 23 2.4 MƠ HÌNH HĨA ẢNH HƯỞNG CỦA MẬT ĐỘ LƯU LƯỢNG GIAO THÔNG 24 2.5 KẾT LUẬN 30 CHƯƠNG III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO MƠ HÌNH LƯU LƯỢNG XE CỘ SỬ DỤNG TRONG MẠNG VANET 31 3.1 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO MƠ HÌNH LƯU LƯỢNG XE CỘ RBVT31 3.1.1 Động thúc đẩy 31 3.3.2 Giao thức định tuyến RBVT 34 3.3.3 RBVT-R: Giao thức định tuyến RPVT thụ động 35 3.3.4 RBVT-P: Giao thức định tuyến RBVT chủ động 40 3.4 THAM KHẢO ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT GIAO THỨC RBVT 41 3.4.1 Phương pháp đánh giá 41 3.4.2 Tham số đánh giá 42 3.4.3 Thiếp lập mô 43 3.4.4 Kết mô 45 3.5 KẾT LUẬN 52 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Bùi Tiến Đức – D13VT8 iii Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hai mơ hình mạng khơng dây mạng hạ tầng mạng Ad-hoc Hình 1.2: Mơ hình mạng VANET Hình 1.3: Cấu trúc hệ thống mạng VANET Hình 1.4 : RSU mở rộng khoảng giao tiếp 10 Hình 1.5: RSU nguồn thông tin 10 Hình 2.1: Phân loại giao thức định tuyến dựa tô pô 18 Hình 2.2: Kịch giao lộ có đèn giao thơng 24 Hình 2.3: Mật độ lưu lượng xác định số xe khoảng 40m đoạn đường tới giao lộ (chu kỳ = 100 giây) 26 Hình 3.1: Các vấn đề với phương pháp định tuyến truyền thống mạng VANET 33 Hình 3.2: Giải pháp sử dụng giao thức RBVT 34 Hình 3.3: Quá trình hình thành tuyến đường RBVT-R 37 Hình 3.4: Bản đồ thành phố sử dụng kịch mô 43 Hình 3.5: Tỷ lệ chuyển gói thành cơng cho giao thức RBVT-R, RBVT-P, AODV, OLSR, GPSR GSR mạng có mật độ nút khác 48 Hình 3.6: Độ trễ trung bình giao thức RBVT-R, RBVT-P, AODV, OLSR, GPSR GSR mạng có 15 luồng mật độ nút khác 50 Hình 3.7: Độ dài đường dẫn tỷ lệ chuyển gói với số lượng luồng CBR thay đổi 52 Bùi Tiến Đức – D13VT8 iv Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục thuật ngữ viết tắt DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt VANET Vehicle Ad hoc Network Mạng xe cộ tùy biến không dây V2V Vehicle to Vehicle Communication Kết nối xe với xe V2I Vehicle to Road Intrastructure Kết nối xe với sở hạ tầng M2M Machine-to-Machiner Communication Kết nối sở hạ tầng MANET Mobile Ad-hoc Network Mạng tùy biến di động AU Application Unit Khối ứng dụng OLSR Optimized Link State Routing OBU On Board Unit Giao thức định tuyến trạng thái liên kết tối ưu Khối đường RSU Road Side Unit Khối phía rìa đường HS Hot Spot Điểm nóng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ AODV Ad hoc on-demand Distance Vector Giao thức định tuyến vectơ khoảng cách theo yêu cầu RREQ Route Request Yêu cầu tuyến RERR Route Error Tuyến bị lỗi RREP Route Response Trả lời tuyến WAVE Wireless Access in the Vehicular Environment Bùi Tiến Đức – D13VT8 Truy cập không dây môi trường xe cộ v Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ngày với xu phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, điện tử viễn thông kết hợp với đa dạng phong phú phương tiện kỹ thuật tạo nên hình thái phát triển nhằm phục vụ đời sống người Mạng di động tùy biến VANET hay gọi mạng xe cộ bất định VANET lĩnh vực nước phát triển nghiên cứu đưa vào sử dụng nhằm đưa lại hiệu quả, điểm nhấn bước phát triển xe cộ Trong mạng xe cộ bất định VANET, xe chuyển động đường coi nút mạng Các nút mạng có khả di chuyển trao đổi thông tin với theo giao thức định tuyến mạng Ad Hoc nói chung mạng VANET nói riêng Chính mật độ nút thay đổi dẫn đến thay đổi ảnh hưởng trực tiếp lên giao thức định tuyến mạng VANET ví dụ như: Vấn đề băng thơng thấp, tỷ lệ lỗi cao, lượng khả tính tốn thiết bị bị giảm đi, Do giới nói chung Việt Nam nói riêng, vài năm trở lại có số báo, cơng trình nghiên cứu khả ứng dụng mạng VANET vào thực tế, giao thức sử dụng mạng Ngoài nghiên cứu để đảm bảo ổn định mạng lưới, ảnh hưởng mật độ nút mạng lên giao thức định tuyến VANET đề cập đến nhiều Đề tài: “Giao thức định tuyến theo mô hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng VANET” cung cấp nhìn tổng quan cấu trúc, hoạt động mạng VANET, sâu vào giao thức định tuyến dựa theo mơ hình lưu lượng xe cộ (RBVT) VANET để giải vấn đề mật độ lưu lượng xe cộ Đề tài gồm có phần: • CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VANET • CHƯƠNG II: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET • CHƯƠNG III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO MƠ HÌNH LƯU LƯỢNG XE CỘ SỬ DỤNG TRONG MẠNG VANET Bùi Tiến Đức – D13VT8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan mạng Vanet 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 khơng 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 khơng dây có tính linh hoạt cao, hỗ trợ thiết bị chuyển động nên không bị ràng buộc cố định địa lý mạng hữu tuyến Ngồi ta dễ dàng bổ sung hay thay thiết bị tham gia mạng mà khơng cần phải cấu hình tồn tơ pô 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 khơng 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 thơng 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 Bùi Tiến Đức – D13VT8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan mạng Vanet Hình 1.1: Hai mơ hình mạng khơng 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 tùy biến không dây 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 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 Bùi Tiến Đức – D13VT8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan mạng Vanet công nghệ xe cảnh sát 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: Mơ hình mạng VANET Xe giao tiếp trực tiếp với loại xe khác để hình thành hệ thống truyền thơng 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, thơng tin tai nạn giao thơng, 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 Ad-hoc MANET là: q trình tự tổ chức, tự quản lý, băng thông thấp sử dụng đường truyền vô tuyến Tuy nhiên điểm khác biệt VANET MANET Bùi Tiến Đức – D13VT8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan mạng Vanet chỗ: nút mạng (xe cộ) di chuyển với tốc độ cao khơng xác định truyền tín hiệu cho VANET có đặc tính riêng so sánh với loại MANETs, đặc tính riêng VANET bao gồm: ➢ Khả dự đoán chuyển động: VANET khác với loại mạng tùy biến di động Trong đó, nút di chuyển cách ngẫu nhiên giới hạn cấu trúc, bố trí đường yêu cầu phải tuân theo vạch dấu hiệu đèn giao thông để tương ứng với xe khác Dẫn đến hướng chuyển động nằm khả thực ➢ Khả tính tốn cao: Bởi nút VANET xe, chúng trang bị đủ số lượng cảm biến tài ngun tính tốn như: vi xử lý, dung lượng nhớ lớn, công nghệ tiên tiến ăng-ten hệ thống định vị toàn cầu (GPS) Những tài nguyên tăng khả tính tốn nút, giúp đạt truyền thông không dây đáng tin cậy có thơng tin xác liên quan đến vị trí tại, tốc độ hướng phương tiện ➢ Cung cấp lái xe an toàn, cải thiện tiện nghi 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 thơng, cao trường hợp có ách tắc giao thông, thấp trường hợp giao thông ngoại thành, nông thôn Bùi Tiến Đức – D13VT8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan mạng Vanet ➢ Mạng quy mô lớn: Quy mơ 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 di chuyển cao, 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 đặc điểm 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 gây đường kính hiệu mạng nhỏ, nhiều liên kết bị ngắt kết nối trước chúng sử dụng 1.1.3 Các thách thức mạng VANET Một số vấn đề phát sinh cố gắng cung cấp giải pháp cải tiến khả điều khiển chủ phương tiện, với mục tiêu giảm trường hợp tử vong tai nạn giao thông Để thực yêu cầu đó, việc triển khai VANET thực cần thiết Nhiều yếu tố có tác động lớn vào việc đạt mục tiêu cần phải xem xét, tiêu biểu ứng dụng an toàn ứng dụng khơng an tồn Những yếu tố quan trọng để xác định thách thức mạng VANET Những thách thức sau: Tín hiệu yếu dần: Vật cản trở thành trở ngại lớn việc giao tiếp hai xe Đó thách thức ảnh hưởng đến hiệu VANET Những vật cản xe khác tòa nhà phân bố dọc theo đường, đặc biệt thành phố Tác động chúng ngăn chặn tín hiệu từ nguồn tới đích làm yếu chúng Giới hạn băng thông: Một vấn đề quan trọng VANET điều phối viên trung tâm điều khiển thơng tin liên lạc nút có trách nhiệm quản lý hoạt động tranh chấp băng thơng Vì cần phải sử dụng băng thơng sẵn có cách hiệu Xác suất cao việc tắc nghẽn kênh xảy phạm vi giới hạn tần số băng thông (10 - 20 MHz) cho ứng dụng VANET, đặc biệt Bùi Tiến Đức – D13VT8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet 3.3.4 RBVT-P: Giao thức định tuyến RBVT chủ động RBVT-P phát định kỳ phổ biến tô pô mạng dựa theo đường để trì nhìn quán kết nối mạng nút Các tô pô mạng đường xây dựng cách sử dụng gói kết nối (CPs), CPs quảng bá mạng Khi truyền gói qua đoạn đường, CP lưu điểm cuối (tức giao điểm) gói Phương pháp truyền cho phép CPs hạn chế hầu hết chi phí liên kết chung giao thức mạng MANET Các tô pô mạng dựa đường xây dựng cách sử dụng gói kết nối (CPs) unicast mạng CPs qua phân đoạn đường lưu trữ điểm kết thúc (tức giao lộ) gói CP tạo theo định kỳ số nút chọn ngẫu nhiên mạng Mỗi nút định cách độc lập liệu có nên tạo CP dựa ước tính số xe có mạng lưới, thơng tin giao thông hàng lịch sử khoảng thời gian kể từ cuối nhận cập nhật CP Khi tạo CP mới, nút xác định chu vi đường vùng bao phủ CP lưu giữ CP Một q trình traversal mạng hồn tất, thơng tin tơ pơ CP xuất lưu trữ gói cập nhật tuyến đường (RU) quảng bá tới tất nút mạng (tức vùng CP quy định) Việc quảng bá thực cách sử dụng tiến trình xả hàng đợi có kiểm soát để làm giảm tin quảng bá dư thừa từ nút lân cận Khi nhận gói tin RU, nút cập nhật đường dẫn ngắn đến đoạn đường khác biểu đồ kết nối Một nút nguồn tính tốn đường ngắn tới điểm đến cách sử dụng đoạn đường đánh dấu truy cập bảng định tuyến Trình tự giao lộ biểu thị đường dẫn thêm vào tiêu đề gói liệu, sau chuyển tiếp địa lý dọc theo đường dẫn xác định Thêm nữa, tiêu đề bao gồm nhãn thời gian liên quan đến tuyến đường phép nguồn định tuyến rời Trong trường hợp tuyến đường bị phá vỡ, nút trung gian tiếp tục với chuyển tiếp địa lý đến nút có thơng tin hơn, trường hợp tuyến đường lưu trữ tiêu đề gói tin Bùi Tiến Đức – D13VT8 40 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet 3.4 THAM KHẢO ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT GIAO THỨC RBVT Để có mơ tả đầy đủ giao thức RBVT, tổng quan ngắn RBVT-P, giao thức định tuyến chủ động trình bày RBVT-P đồng thiết kế thực Neeraj Rajgure Phần trình bày kết mơ cho RBVT-P RBVT-R Phần trình bày việc đánh giá giao thức RBVT cách sử dụng Network Simulator NS-2.30 Một kịch có trở ngại để mơ hình với tòa nhà sử dụng để đánh giá hiệu suất Chuyển tiếp địa lý kích hoạt tin nhắn "hello" định kỳ phát nút để quảng bá vị trí RBVT-R RBVT-P so sánh với bốn giao thức định tuyến VANET/MANET có Sau trình bày phương pháp đánh giá, số liệu sử dụng để so sánh giao thức, phân tích kết mô 3.4.1 Phương pháp đánh giá Việc đánh giá giao thức RBVT so sánh với giao thức giao thức định tuyến: AODV, giao thức định tuyến vector khoảng cách, OLSR, giao thức định tuyến chủ động MANET, giao thức định tuyến theo trạng thái liên kết GPSR giao thức định tuyến dựa vị trí MANET GSR giao thức định tuyến dựa vị trí VANET, có tính đến kiến trúc đường định chuyển tiếp Một đánh giá ngắn gọn cách thức hoạt động giao thức sau Trong AODV, tuyến đường tạo theo yêu cầu, nút nguồn đến nút đích Việc tạo tuyến đường bao gồm việc thông báo yêu cầu lưu lượng, tuyến đường thiết lập, bước nhảy, điểm trễ (khi nguồn phát cuối yêu cầu lại) tới nguồn phản hồi lại đến đích định dọc theo tuyến đường này, cách sử dụng điểm trễ thiết lập điểm chuyển tiếp đến đích Trong OLSR, nút trì tập hợp hàng xóm bước nhảy bước nhảy chọn số hàng xóm làm đa điểm chuyển tiếp OLSR chủ động phát quảng bá thông tin trạng thái liên kết qua tuyến truyền tải nhiều điểm Sử dụng thông tin tô pô này, nút tính bước nhảy cho tất nút khác mạng sử dụng chuyển Bùi Tiến Đức – D13VT8 41 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet tiếp bước nhảy ngắn GPSR giao thức định tuyến theo vị trí, chuyển tiếp gói liệu cách sử dụng chuyển tiếp địa lý đặc tính cao từ nút nguồn đến nút đích Khi nút khơng thể tìm thấy vị trí nút lân cận gần với đích nó, chiến lược khơi phục dựa việc qua đồ thị phẳng áp dụng Trong GSR, nút xe trang bị máy thu GPS giữ đồ số khu vực Một xe có nguồn muốn liên lạc với xe điểm đến tạo đường ngắn dựa cách bố trí tuyến đường từ vị trí đến vị trí đích Tuyến tạo dãy nút giao thông đường Các gói liệu chuyển tiếp cách sử dụng chuyển tiếp địa lý đặc tính cao dọc theo đường Không quan tâm đến lưu lượng xe cộ 3.4.2 Tham số đánh giá Hiệu suất giao thức định tuyến đánh giá cách thay đổi tốc độ liệu CBR (Constant Bit Rate), mật độ mạng, số lượng luồng đồng thời Các tham sử dụng để đánh giá hiệu suất sau: Tỷ lệ chuyển gói thành cơng: Số liệu định nghĩa số lượng gói liệu chuyển tiếp thành cơng đích đến cho số gói liệu gửi nguồn (các gói tin trùng lặp tạo báo nhận bị lớp MAC loại trừ) Tỷ lệ chuyển gói thành cơng cho thấy khả giao thức định tuyến để chuyển liệu thành công từ đầu đến cuối Trễ trung bình: Số liệu định nghĩa độ trễ trung bình phát sinh việc truyền tải tất gói liệu phân phối thành cơng Độ trễ trung bình mơ tả độ trễ tạo phương pháp định tuyến Chiều dài đường dẫn trung bình: Số liệu định nghĩa số nút trung bình tham gia vào việc chuyển tiếp thành cơng gói tin từ nguồn đến đích Chiều dài đường dẫn trung bình thước đo chất lượng đường dẫn Số liệu để xác minh xem có tương quan chiều dài đường dẫn tỷ lệ chuyển gói trung bình độ trễ trung bình tương ứng Bùi Tiến Đức – D13VT8 42 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet Chi phí: Số liệu định nghĩa số lượng gói tin định tuyến bổ sung cho số gói liệu nhận đích Chi phí đo thêm lưu lượng truy cập tạo giao thức định tuyến cho gói tin chuyển tiếp thành công 3.4.3 Thiếp lập mô Kịch mô khu vực 1500m x 1500m lấy từ sở liệu TIGER Line Hình 3.4 cho thấy đồ sử dụng, khu vực Los Angeles, California SUMO, máy phát lưu lượng nhỏ cho phép phát lưu lượng siêu nhỏ, không gian liên tục thời gian mở sử dụng để tạo chuyển động nút xe SUMO sử dụng mơ hình xe theo sau khơng va chạm để xác định tốc độ vị trí xe Bản đồ lấy từ sở liệu Tiger/Line nhập vào SUMO với thông số kỹ thuật giới hạn tốc độ số đường đoạn đường đồ Hình 3.4: Bản đồ thành phố sử dụng kịch mô Nút Đèn giao thông hoạt động nút giao thông ưu tiên xác định Ít 1/5 đường giao thông quy định sử dụng đèn giao thông 2000 giây đầu SUMO loại bỏ để có chuyển động nút xác Cấu hình sử dụng với số lượng nút xe khác đẩu từ SUMO Bùi Tiến Đức – D13VT8 43 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet chuyển đổi thành tệp đầu vào cho di chuyển nút trình mơ NS-2 Đối với cấu hình khơng dây, tiêu chuẩn IEEE 802.11 với tiêu chuẩn DCF (Distributed Coordination Function) sử dụng lớp MAC Tại lớp vật lý, mô hình lan truyền báo trước mơ tả truyền lan truyền vật lý Phạm vi truyền thông đặt 400m với xác suất thành công 80% cho việc truyền Một số nghiên cứu báo cáo phép đo thực tế động di chuyển khoảng từ 450m đến 550m Ngoài ra, tiêu chuẩn DSRC xác định phạm vi lên đến 1000m cho ứng dụng an tồn, nhiều ứng dụng khơng an toàn dự kiến đạt 400m Các giá trị số mũ dẫn đường bị β = 25 độ lệch σ = 4.0 sử dụng cho việc lan truyền báo trước Mơ tòa nhà môi trường thành phố thực trở ngại mơ hình Đường viền đường phố tường xây dựng (bằng vật liệu khác nhau) khu vực trống rỗng Do đường viền đường phố, giá trị suy giảm tín hiệu ngẫu nhiên chọn từ dB đến 16 dB Đối với cặp máy phát, máy thu, độ suy giảm tín hiệu máy thu tính sau: suy giảm từ tường đường thẳng trực quan nút tổng kết; sau tổng giá trị thêm vào độ suy giảm xác định thơng qua mơ hình lan truyền báo trước Các giá trị suy giảm tín hiệu thu tương đương với giá trị báo cáo từ thí nghiệm 5.3GHz Các tham số mơ tóm tắt Bảng 3.1 Tham số Giá trị mặc định Số lượng nút sử dụng 150-250-350 mô Kích thước Topo 1500 m x 1500 m Phạm vi truyền khơng 400m dây Kích thước gói Kiểu lưu lượng Bùi Tiến Đức – D13VT8 512 byte Cbr 44 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet Số lượng nguồn CBR 1-20 Tốc độ nút 25-55 m/s Thời gian mô 300s Giao thức định tuyến RBVT-AODV-OLSR-GSR-GPSR mô Tốc độ CBR 0.5-5 gói/giây Giao thức MAC IEEE 802.11 DCF Mơ hình mô MAP lấy từ sở liệu TIGER/Line Bảng 3.1: Các tham số sử dụng mô Các thử nghiệm thực mạng có mật độ nút khác nhau: 350 nút sử dụng đại diện mạng tương đối dày đặc, kịch cho 250 nút tương ứng với mạng có mật độ trung bình 150 nút tương ứng với mạng thưa thớt Việc thực AODV, GSR GPSR sử dụng NS-2.30 mã thực GPSR, OLSR lấy từ tài liệu tham khảo Để cho phép nút xe có thơng tin xác láng giềng, khoảng thời gian hello 0,8 giây hàng xóm xóa khỏi nhớ cache sau 1,6 giây không hoạt động Khoảng thời gian điều khiển tô pô OLSR đặt thành giây 3.4.4 Kết mô Tỷ lệ chuyển gói thành cơng: Hình 3.5 cho thấy RBVT-R hoạt động tốt giao thức khác, tăng 40% so với AODV tăng 30% so với GSR Đối với hầu hết trường hợp, việc giảm tỷ lệ chuyển gói trung bình nhận thấy tỷ lệ liệu lưu lượng truy cập tăng, tất giao thức Độ dốc giảm không nhanh chóng, có nghĩa giao thức chứa số lượng lớn gói tin tăng lên mạng Hành động cho phần diện trở ngại diện tích đồ, có giới hạn mức độ cạnh tranh mạng không dây RBVT-P hoạt động tốt mạng trung bình dày đặc so với mạng thưa thớt Lý mật độ nhỏ (Hình 3.5(a)), phân vùng mạng ngăn khơng cho Bùi Tiến Đức – D13VT8 45 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet CP trải rộng phần lớn đồ, giới hạn thơng tin thu thập phụ thuộc CP Qua mật độ mạng, tỷ lệ chuyển gói giao thức kết hợp với bố cục đường (Các giao thức RBVT GSR) tăng mạng trở nên dày Cả hai giao thức RBVT hoạt động tốt GSR với tất mật độ chúng tích hợp thơng tin thời gian thực lưu thông xe cộ đường Khi mạng thưa thớt, GSR không thực số giao thức nút trung tâm (Hình 3.5(a)) Tuy nhiên, mật độ nút tăng, đường ngắn dọc theo đồ trở nên có nhiều nút hơn, làm tăng tỷ lệ chuyển gói trung bình Mật độ nút cao khơng đồng nghĩa cải thiện hiệu suất cho giao thức khơng xem xét bố trí đường Ví dụ, OLSR, gia tăng số nút chuyển thành gia tăng cập nhật trạng thái liên kết Hai quan sát thực GPSR Thứ nhất, đường phố thành phố bao gồm điều bất thường đường phố chết, sau khoảng cách trực tuyến khoảng cách ngắn lúc tương đương với đường ngắn qua đường Thứ hai, giao thức GPSR phi trạng thái điều thường cung cấp nhiều lợi ích cho việc định tuyến gói liệu Tuy nhiên, maxima địa phương hình thành mạng, tính chất phi quốc gia giao thức có nghĩa gói tin sau gói tin theo đường dẫn đến vị trí maxima cục bộ, đó, chế độ chuyển tiếp gói tin đặt thành chu vi chuyển tiếp Điều không giống với giao thức thực chế phản hồi, chẳng hạn AODV, thực sửa chữa cục gửi thông báo lỗi tuyến đường đến nút nguồn liệu Bùi Tiến Đức – D13VT8 46 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet a) 150 nút b) 250 nút Bùi Tiến Đức – D13VT8 47 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet c) 350 nút Hình 3.5: Tỷ lệ chuyển gói thành cơng cho giao thức RBVT-R, RBVT-P, AODV, OLSR, GPSR GSR mạng có mật độ nút khác Đợ trễ trung bình: Hình 3.6 cho thấy RBVT-P có độ trễ trung bình nhỏ số giao thức nghiên cứu RBVT-P thực tốt RBVT-R giao thức chủ động so với hai giao thức theo yêu cầu Trong RBVT-P, tuyến đường xác định trước thời điểm truyền liệu, RBVT-R, trình tìm kiếm tuyến đường bắt đầu Hơn nữa, chi phí thu thập quảng bá tuyến đường RBVT-P chia sẻ tất luồng liệu, RBVT-R luồng làm tăng thêm chi phí định tuyến riêng Do đó, khơng giống MANET, giao thức dựa tuyến đường chủ động với khả dự tính lưu lượng truy cập theo thời gian thực cách tiếp cận khả thi mạng lưới xe cộ, đặc biệt ứng dụng nhạy cảm với trễ luồng video Quan sát qua đồ thị độ trễ độ trễ trung bình cho RBVT-P ln giây, từ 150 nút đến 350 nút, độ trễ trung bình RBVT-R giảm với gia tăng mật độ Lý tuyến RBVT-R hoạt động thời gian dài (vì số nút tăng lên) Vì vậy, gói tin cần phải đệm thêm nguồn sửa chữa lại tuyến đường Độ trễ trung bình GSR tham gia vào liên tục gia Bùi Tiến Đức – D13VT8 48 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet tăng Điều GSR chuyển tiếp liệu đoạn đường chọn dựa vị trí điểm cuối truyền thơng Một số điều khơng mong muốn số đoạn đường trở nên tắc nghẽn, khơng có phản hồi chất lượng truyền thông gửi lại cho nguồn xe hiệu suất truyền thơng tổng thể bị ảnh hưởng Điều cho thấy việc thay đổi đường dẫn sử dụng GSR sử dụng phản hồi từ mạng cải thiện hiệu suất giao thức a) 150 nút Bùi Tiến Đức – D13VT8 49 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet b) 250 nút c) 350 nút Hình 3.6: Độ trễ trung bình giao thức RBVT-R, RBVT-P, AODV, OLSR, GPSR GSR mạng có 15 luồng mật độ nút khác Đợ dài đường dẫn trung bình: Hình 3.7(a) thể độ dài đường dẫn trung bình gói tin nhận điểm đến cho giao thức Điều tương tự với mật độ mạng khác có kết với 250 nút hiển thị Nói chung, giao thức RBVT-R có độ dài đường dẫn trung bình dài so với giao thức khác Có hai lý Bùi Tiến Đức – D13VT8 50 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet cho kết này: (1) Giao thức RBVT-R ưu tiên liên kết chất lượng việc chuyển tiếp lựa chọn nút lân cận (2) không giống RBVT-P mà chọn đường ngắn nhất, tuyến đường thiết lập với RBVT-R sử dụng tuyến đường bị phá vỡ, tuyến đường ngắn hình thành vào thời gian sau Điều cho thấy RBVT-R đề cao việc đánh giá chất lượng tuyến đường sử dụng cho truyền thông tuyến đường khơng bị phá vỡ Đồng thời, ý độ dài đường dẫn bị dài khơng kỳ vọng làm giảm hiệu suất mô Ngược lại, việc lựa chọn nút chuyển tiếp tốt dẫn đến hiệu suất tốt (RBVT-R có tỷ lệ chuyển gói cao có đường dẫn dài hơn) Ảnh hưởng số luồng: Ảnh hưởng số lượng luồng dẫn đồng thời vào hiệu suất giao thức thể hình 3.7(b) Tốc độ gửi gói tin gói liệu/giây Các giao thức RBVT có tỷ lệ chuyển gói tốt Nó xem xét tất giao thức tỷ lệ gia tăng số lượng luồng dẫn CBR tốt, kịch Việc giảm hiệu suất nhỏ từ đến 20 cặp CBR Tất giao thức cho trì nhiều luồng đồng thời Các thí nghiệm bổ sung so sánh luồng dẫn M với tốc độ truyền liệu N gói tin/giây so với luồng dẫn N với tốc độ liệu M gói/giây Kết cho thấy hiệu suất tốt chút có nhiều luồng dẫn (và tốc độ liệu thấp cho luồng) lưu lượng phân phối đồng mạng a) Độ dài đường dẫn trung bình Bùi Tiến Đức – D13VT8 51 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương III: Giao thức định tuyến theo mô hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng Vanet b) Tỷ lệ chuyển gói Hình 3.7: Độ dài đường dẫn tỷ lệ chuyển gói với số lượng luồng CBR thay đổi 3.5 KẾT LUẬN Chương trình bày giao thức định tuyến RBVT cho mạng VANET với môi trường dựa mơ hình thành phố, tận dụng lợi tô pô đường để cải thiện hiệu suất việc định tuyến VANET Các giao thức RBVT sử dụng thông tin lưu lượng xe theo thời gian thực để tạo đường dẫn đường điểm kết thúc Chuyển tiếp địa lý sử dụng để tìm nút chuyển tiếp dọc theo đoạn đường tạo thành đường dẫn Kết mô cho thấy hai giao thức RBVT là: RBVT-R RBVT-P, vượt trội so với phương pháp tỷ lệ chuyển gói thành cơng độ trễ trung bình Bởi giao thức RBVT truyền liệu dọc theo đường phố, đường phố, tính đến lưu lượng truy cập theo thời gian thực đường, chúng hoạt động tốt mơi trường xe cộ thực tế có tòa nhà đặc tính đường khác ngõ cụt Những kết chứng minh ứng dụng phân bổ lưu lượng tạo lượng lưu lượng truy cập vừa phải thực thành công VANET Hơn nữa, ứng dụng nên sử dụng RBVT-R thông lượng yêu cầu chúng sử dụng RBVT-P chúng có độ nhạy trễ cao Bùi Tiến Đức – D13VT8 52 Đồ án tốt nghiệp đại học 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 khơng dây đồng thời có ưu đặc biệt mà mạng khác khơng có, liền với khó khăn nghiên cứu triển khai Đề tài tập trung vào thành phần mạng đặc biệt mạng Ad-hoc mạng VANET Đề tài tập trung nghiên cứu giao thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ RBVT mạng VANET nhằm mục đích đánh giá hiệu giao thức định tuyến RBVT thấy ưu điểm giao thức từ đưa giao thức tối ưu trường hợp mật độ xe cộ khác Do kiến thức yếu, kĩ chưa hồn chỉnh, nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận ý kiến góp ý, nhận xét thầy bạn để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy cơ, bạn nói chung cô Nguyễn Thanh Trà – khoa Viễn Thông – Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng nói riêng nhiệt tình hướng dẫn, bảo định hướng cho em thực đề tài thành công Hà Nội, tháng 11 năm 2017 Sinh viên thực Bùi Tiến Đức Bùi Tiến Đức – D13VT8 53 Đồ án tốt nghiệp đại học Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] K Vats, M Sachdeva, K Saluja and A Rathee, “Simulation and performance analysis of OLSR routing protocol using OPNET,” International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering, Vol 2, No 2, February 2014 [2] Mandeep Kaur Gulati and Krishan Kumar, “PERFORMANCE COMPARISON OF MOBILE AD HOC NETWORK ROUTING PROTOCOLS” International Journal of Computer Networks & Communications (IJCNC) Vol.6, No.2, March 2014 [3] Yasser Kamal Hassan, Mohamed Hashim Abd El-Aziz, and Ahmed Safwat Abd El Radi “Performance Evaluation of Mobility Speed over MANET Routing Protocols” International Journal of Network Security, Vol.11, No.3, PP.128–138, Nov 2010 [4] R Beaubrun and B Molo, “Using DSR for routing multimedia traffic in MANETs,” International Journal of Computer Networks and Communications (IJCNC), Vol.2, No.1, pp 120-138, January 2010 [5] M.S Islam, A.Riaz and M.Tarique, “Performance Analysis of the Routing Protocols for Video Streaming Over Mobile Ad Hoc Networks” International Journal of Computer Networks & Communication (IJCNC), Volume 4, Issue 3, pp 133-150, 2012 [6] J Nzouonta, N Rajgure, G Wang, and C Borcea, “VANET routing on city roads using real-time vehicular traffic information,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 58, no 7, 2009 Bùi Tiến Đức – D13VT8 54 ... III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO MƠ HÌNH LƯU LƯỢNG XE CỘ SỬ DỤNG TRONG MẠNG VANET 31 3.1 GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO MƠ HÌNH LƯU LƯỢNG XE CỘ RBVT31 3.1.1 Động thúc đẩy 31 3.3.2 Giao. .. thức định tuyến theo mơ hình lưu lượng xe cộ sử dụng mạng VANET cung cấp nhìn tổng quan cấu trúc, hoạt động mạng VANET, sâu vào giao thức định tuyến dựa theo mơ hình lưu lượng xe cộ (RBVT) VANET. .. đến hiệu giao thức đinh tuyến mạng Vanet 2.2.2 Định tuyến mạng VANET Các khái niệm định tuyến dựa nút mạng cảm biến điều chỉnh để phù hợp cho môi trường mạng xe cộ Các giao thức định tuyến GSR