(Luận văn thạc sĩ) định tuyến theo vị trí trong mạng VANETS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC Sĩ DƯƠNG THỜI THẾ ÐỊNH TUYẾN THEO VỊ TRÍ TRONG MẠNG VANETS NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ – 605270 S K C0 8 Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢƠNG THỜI THẾ ĐỊNH TUYẾN THEO VỊ TRÍ TRONG MẠNG VANETS NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢƠNG THỜI THẾ ĐỊNH TUYẾN THEO VỊ TRÍ TRONG MẠNG VANETS NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Hƣớng dẫn khoa học: TS PHAN VĂN CA Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2016 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ tên: Dƣơng Thời Thế Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 25/05/1979 Nơi sinh: Kiên Giang Quê quán: Rạch Giá, Kiên Giang Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: số 905 Ngơ Quyền, phƣờng An Hịa, TP Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang Điện thoại quan: 0773 921626 Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: thektvt.111@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy; Thời gian đào tạo từ tháng 09/1999 đến tháng 09/ 2004 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Cần Thơ Ngành học: Điện tử Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Môn thi tốt nghiệp Điều khiển tự động B Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Năm 2004 Ngƣời hƣớng dẫn: III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Tháng 11/2004 Ngày 15/05/2005 Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Cục Hải quan Kiên Giang Quản trị mạng máy tính Sở Bƣu chính, Viễn thơng Kiên Giang (nay Sở Thông Phụ trách viễn thông tin Truyền thông) i LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu em không trùng lặp với công trình nghiên cứu khác, chƣa đƣợc cơng bố tạp chí Tp.HCM, ngày 23 tháng 04 năm 2016 Dƣơng Thời Thế ii LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp ngƣời khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập trƣờng đến nay, em nhận đƣợc nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cơ, gia đình bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Điện-Điện tử - Trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em suốt thời gian học tập trƣờng Đặc biệt, học kỳ khơng có hƣớng dẫn tận tình thầy tiến sĩ Phan Văn Ca em nghĩ luận văn tốt nghiệp em khó hồn thiện đƣợc Luận văn tốt nghiệp thực khoảng thời gian tháng Bƣớc đầu vào thực cịn hạn chế nhiều bỡ ngỡ Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót điều chắn, em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp quý báu quý Thầy Cô bạn học lớp để kiến thức em lĩnh vực đƣợc hồn thiện Trong q trình thực hiện, khó tránh khỏi sai sót, mong Thầy, Cơ bỏ qua Đồng thời trình độ lý luận nhƣ kinh nghiệm thực tiễn hạn chế nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp Thầy, Cơ để em học thêm đƣợc nhiều kinh nghiệm hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Dƣơng Thời Thế Tp.HCM, tháng 04 năm 2016 iii ĐỊNH TUYẾN THEO VỊ TRÍ TRONG MẠNG VANETS Thực DƢƠNG THỜI THẾ Nộp Khoa Điện - Điện tử Ngày 23 tháng 04 năm 2016 theo phần u cầu hồn thành chƣơng trình Thạc sĩ ngành Kỹ thuật điện tử Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh TĨM TẮT Mạng xe cộ Adhoc (VANETS) cách tiếp cận đầy hứa hẹn để cung cấp an toàn ứng dụng khác trình điều khiển nhƣ hành khách Nó trở thành thành phần quan trọng hệ thống giao thông thông minh Luận văn sử dụng hệ thống VANETS để giải vấn đề hệ thống liên lạc xe tăng chủ động an tồn, cảnh báo cố giao thơng đƣờng thông báo cải thiện hệ thống cổ điển để thích ứng với tốc độ xe phía trƣớc, loại xe đƣờng cao tốc, hỗ trợ tránh va chạm ==> xe “hợp tác” với cách trao đổi thông tin phƣơng tiện xe giao tiếp để cung cấp tính tình hình an tồn xung quanh xe, hiểm họa ẩn nhƣ tai nạn hay trở ngại phía sau đƣờng cong Đặt biệt, sâu vào nghiên cứu hai giao thức định tuyến theo vị trí AODV GPSR chạy chuẩn IEEE 802.11 IEEE 802 15.4 để lựa chọn giao thức tối ƣu đáp ứng yêu cầu thách thức mạng VANETS iv Luận văn sử dụng công cụ mô NS: NS thực thi giao thức mạng nhƣ Giao thức điều khiển truyền tải (TCP) Giao thức gói ngƣời dùng (UDP); Các dịch vụ nguồn lƣu lƣợng nhƣ Giao thức truyền tập tin (FTP), Telnet, Web, tốc độ bit cố định (CBR) tốc độ bit thay đổi (VBR); Các kỹ thuật quản lý hàng đợi nhƣ vào trƣớc trƣớc (Drop Tail), dò sớm ngẫu nhiễn (RED) xếp hàng dựa lớp (CBQ); thuật toán định tuyến nhƣ Dijkstra… NS thực thi đa hƣớng vài giao thức lớp điều khiển truy cập đƣờng truyền (MAC) mô LAN Hƣớng dẫn khoa học: TS PHAN VĂN CA Chức danh: Giảng viên v K Ị C H BẢN ( MÔ P HỎ N G T HỨ C A O D V VỚI I E E E 5.4 ) G I A O 4.2.1 Ảnh hƣởng mật độ nút giao thức định tuyến AODV với cấu trúc mạng P2P (multi-hop) 4.2.1.1 Độ trễ AODV E2E Latency 11 nút E2E Latency 16 nút E2E Latency 21 nút E2E Latency nút 0.342515567 1.034371762 2.295376 3.601168444 1.496491962 1.669410062 2.4912326 1.751749918 0.712191844 0.874914587 1.8071699 2.578689645 0.815809863 1.228445701 1.6676678 2.277041318 1.313994625 1.015850467 1.8221601 2.571644449 SO 5.854270737 7.7985599 8.936117179 Bảng 7: Độ trễ giao thức AODV v i chuẩn IEEE 802.15.4 mạng P2P 11 4.588327521 Hình 7: Độ trễ giao thức AODV v i chuẩn IEEE 802.15.4 cấu trúc mạng P2P 69 Các mô hình lƣu lƣợng CBR đƣợc sử dụng mơ Mỗi nút bắt đầu lƣu lƣợng ngẫu nhiên từ 100 đến (100 giây + khoảng thời gian gói tin (sec)) dừng lại phần cuối mô Xét số nút: (5 nút kết nối với điều phối PAN); 11 (10 nút + PAN); 16 (15 nút + PAN); 21 (20 nút + PAN) Các gói kích thƣớc cố định 90 bytes, tốc độ liệu bps tỷ lệ xuất 1/60 giây Các đệm chứa đến 20 gói Mơ chạy 1.000 giây, tất nút đƣợc kết hợp với điều phối mạng PAN không đƣa vào tài khoản việc thu thập số liệu thống kê Kết nhận thấy thời gian liên kết nút có biến động đáng kể tùy thuộc vào tải lƣu lƣợng Để giảm bớt thay đổi, giữ tất nút tạo gói đƣợc liên kết Mơ thí nghiệm cho thấy độ trễ kết hợp tối đa dƣới 200 giây hầu hết trƣờng hợp Vì vậy, cấu hình tham số mơ để tạo gói tin sau 200 giây tập hợp kết sau 300 giây Trong mô này, tập trung vào ảnh hƣởng chu kỳ độ trễ gói tin Khoảng beacon đƣợc cố định mô cách sử dụng giá trị BO (thứ tự beacon) Trái với BO, SO (thứ tự siêu khung) đƣợc thay đổi để áp dụng chu kỳ khác Các độ trễ gói tin trung bình mạng đƣợc đo hình 4.7, kết thúc chu kỳ SO = 11 mật độ nút cao độ trễ tăng lên 4.2.1.2 Thơng lƣợng AODV Throughput Throughput Throughput Throughput nút 11 nút 16 nút 21 nút 24.16 28.24 48.24 52.8 51.84 98.56 127.04 157.52 88.96 135.84 237.84 241.36 127.44 180.64 316.72 377.36 171.68 316.96 432.8 487.52 11 258.64 511.92 777.6 864.56 Bảng 8: Thông lượng giao thức AODV v i chuẩn IEEE 802.15.4 mạng P2P SO 70 Hình 8: Thơng lượng giao thức AODV v i chuẩn IEEE 802.15.4 mạng P2P Thông lƣợng tăng SO tăng, ban đầu cho SO cao beacon va chạm liên kết cụm can thiệp nhiều Nhƣng kết so với nhận định thay đổi mật độ nút lƣu lƣợng tăng nhiều điều có nghĩa khả truyền beacon đƣợc an tồn trừ thời gian bắt đầu đóng khung liệu khác 4.2.1.3 Tỷ lệ nhận gói tin AODV SO 11 Received ratio nút 374.3166438 1039.365125 1190.32427 1420.612203 1456.980396 1489.027519 Received ratio 11 nút Received ratio 16 nút Received ratio 21 nút 339.2037844 276.136415 312.039399 1021.120353 470.363346 455.7919282 1072.394716 591.487861 607.3183472 1359.92382 821.363697 720.8465246 1426.024333 990.337838 952.2821724 1453.020822 939.444638 953.4913389 Bảng 9: Tỷ lệ nhận gói giao thức AODV v i chuẩn IEEE 802.15.4 mạng P2P 71 Hình 9: Tỷ lệ nhận gói giao thức AODV v i chuẩn IEEE 802.15.4 mạng P2P Mất gói tin, phân tích theo dấu vết tập tin, chủ yếu tranh chấp IEEE 802.15.4 xử lý tranh chấp thiết kế thích hợp Khi nhận, gói xảy tràn đệm IFQ (trong ns biệt ngữ) đánh giá giới hạn số lƣợng kênh cố gắng để truy cập, hầu hết cố gắng truyền lại không thành công dẫn đến bị rớt gói Trong thay đổi mật độ nút gói tin đến đƣợc giai đoạn nghỉ cần phải chờ đợi cho khung gói tin Nhƣ vậy, nhiều nút backlogged bắt đầu đối mặt lúc vào đầu khung gói tin Do tiêu chuẩn hành xử lý vấn đề cách hiệu 72 4.2.2 Ảnh hƣởng mật độ, tốc độ nút giao thức định tuyến AODV với cấu trúc mạng sao: đƣợc gọi point - to – point (one-hop) 4.2.2.1 Độ trễ AODV SO E2E Latency nút E2E Latency 11 nút E2E Latency 16 nút 6.944159816 5.412708457 5.650766238 10.00461354 7.350553088 26.81109457 E2E Latency 21 nút 1.380571991 8.242498442 3.532351643 8.920813824 1.845358641 6.916516756 5.303935803 8.537943597 2.703785045 9.182515017 19.04053761 16.71683223 Bảng 10: Độ trễ giao thức AODV v i chuẩn IEEE 802.15.4 mạng Sao 11 0.595490531 1.662357255 0.65813184 1.089565583 1.62773639 5.110416801 Hình 10: Độ trễ giao thức AODV v i chuẩn IEEE 802.15.4 mạng Sao Sự khác biệt thông lƣợng ack on and ack off dự kiến khơng đƣợc kích hoạt truyền lại va chạm trực tiếp dẫn đến mặt thông lƣợng Độ trễ 73 trƣờng hợp với ack xãy bão hịa khoảng 30 giây cịn khoảng 60 giây trƣờng hợp với ack Điều truyền lại, nghĩa tăng độ trễ nhƣ SO đủ lớn Tập trung độ trễ số giá trị Điều cho dù gói tin đến thời gian tắt ảnh hƣởng đáng kể độ trễ 4.2.2.2 Thông lƣợng AODV SO Throughput nút 16.48 36.32 52.62222222 70.88 74.8 204.24 Throughput 11 nút Throughput 16 nút 18.64 27.28 60.24 42.8 89.2 205.68 Throughput 21 nút 21.36 30.16 58.56 86.72 94.8 224.8 17.52 23.84 46.8 76.56 74.48 188.8 Bảng 11: Thông lượng giao thức AODV v i chuẩn IEEE 802.15.4 mạng Sao 11 Hình 11: Thơng lượng giao thức AODV v i chuẩn IEEE 802.15.4 mạng Sao 74 ... THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢƠNG THỜI THẾ ĐỊNH TUYẾN THEO VỊ TRÍ TRONG MẠNG VANETS NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Hƣớng dẫn khoa học: TS PHAN VĂN CA Tp Hồ Chí Minh, tháng 04... thuật tốn định tuyến xe phải tìm hop bên cạnh chế độ định tuyến địi hỏi có chế định vị vị trí ngƣời tham gia Có hai định tuyến xác định vị trí điểm đến, hai để chọn các“hàng xóm” gần 20 LỚP G... ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢƠNG THỜI THẾ ĐỊNH TUYẾN THEO VỊ TRÍ TRONG MẠNG VANETS NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04