2.4 PHÂN LOẠI CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG VANET
Định tuyến trong mạng VANET là quá trình lựa chọn các đường đi trong một mạng mà theo đó một gói tin đi từ một nguồn tới đích một cách kịp thời, do mỗi nút hoạt động như một bộ định tuyến có nhiệm vụ chuyển tiếp hoặc nhận gói dữ liệu trong mạng. Định tuyến là một nhiệm vụ khó khăn trong VANET vì đặc tính của mạng là phụ thuộc vào chuyển động của các nút, mạng tự thiết lập và băng thông bị hạn chế. Một số giao thức đã được đưa ra để định tuyến trong VANET. Việc cốt lõi là tất cả các giao thức phải cố gắng tìm ra con đường tối ưu từ nguồn tới đích, giả sử rằng tất cả các nút trong mạng đều tin cậy và hợp tác. Tùy thuộc vào cách các nút thiết lập và duy trì
một con đường đến đích theo yêu cầu mà các giao thức định tuyến cho mạng VANET chia thành ba loại: định tuyến chủ động, định tuyến theo yêu cầu và định tuyến lai ghép. Hiện tại, chưa có một giao thức chuẩn cho mạng VANET.
2.4.1 Giao thức định tuyến chủ động
Phương pháp tiếp cận chủ động là một giao thức định hướng theo bảng, tức là mỗi nút duy trì thơng tin định tuyến đến các nút khác bởi một hay nhiều bảng. Thông tin định tuyến được lưu trữ và duy trì trước khi được truyền đi. Lợi thế của việc này là thời gian thiết lập tuyến đường như mong muốn là nhanh hơn. Tuy nhiên, giao thức chủ động có lưu lượng truy cập đáng kể và tiêu thụ điện năng nhiều, do vậy dẫn đến việc có chi phí cao hơn do việc bảo trì và cập nhật hệ thống. Định tuyến vector khoảng cách trình tự đích (DSDV) và định tuyến khơng dây (WRP) là hai ví dụ cho loại giao thức này.
i. Định tuyến vector khoảng cách trình tự đích (DSDV)
Trong DSDV, mỗi nút hoạt động như một bộ định tuyến chun dụng, quảng bá cái nhìn của nó về topo kết nối với các nút di động khác trong mạng. Bảng định tuyến được duy trì ở mỗi nút, nơi chứa tất cả các đích đến có thể và số lượng các hop để đến được đích trong mạng. Mỗi mục trong bảng định tuyến bao gồm ID đích đến, ID hop tiếp theo, số hop và một số thứ tự cho đích. Số thứ tự giúp các nút duy trì một tuyến đường đến đích ln mới, tìm ra các tuyến đường cũ, và tránh các vòng lặp tuyến. Để đối phó với việc thay đổi thường xuyên trong cấu trúc mạng, các nút sẽ định kỳ phát quảng bá các cập nhật bảng định tuyến trong toàn mạng. Để giảm chi phí định tuyến, mỗi nút có khả năng gửi hai loại cập nhật: cập nhật đầy đủ và gia tăng - có chứa tất cả các mục trong bảng định tuyến của nó hoặc chỉ các mục đã được thay đổi kể từ lần cập nhật cuối cùng. Các thay đổi đối với các mục bảng định tuyến được thực hiện chỉ khi số thứ tự của đích trong gói cập nhật cao hơn so với số thứ tự trong bảng định tuyến của nó.
ii. Giao thức Định tuyến không dây (WRP)
WRP sử dụng một phiên bản nâng cao của giao thức DSDV. Nó giới thiệu các cơ chế làm giảm các tuyến đường và đảm bảo trao đổi bản tin một cách tin cậy. Mặc dù DSDV chỉ duy trì một bảng topo mạng, WRP sử dụng một tập hợp các bảng để duy trì thơng tin chính xác hơn. Các bảng này là: bảng khoảng cách (DT), bảng định tuyến (RT), bảng chi phí liên kết (LCT) và danh sách bản tin truyền lại (MRL). Các nút định kỳ trao đổi các bảng định tuyến thông qua các bản tin cập nhật hoặc bất cứ khi nào bảng trạng thái liên kết thay đổi. MRL duy trì danh sách các hàng xóm chưa xác nhận
thơng báo cập nhật, nhờ đó chúng có thể được truyền lại nếu cần thiết. Khi nhận được thông báo cập nhật, một nút cập nhật bảng khoảng cách và tính toán lại các tuyến đường tốt nhất. Nó cũng thực hiện một kiểm tra thống nhất với hàng xóm của nó, để giúp loại bỏ các vịng lặp và tăng tốc độ hội tụ. WRP yêu cầu bộ nhớ lưu trữ lớn và nguồn để duy trì các bảng, vì vậy nó khơng thích hợp cho các mạng VANET lớn.
2.4.2 Giao thức định tuyến theo yêu cầu
Giao thức định tuyến theo yêu cầu là giao thức mà thông tin định tuyến lưu lại chỉ khi nào thực sự cần thiết. Thiết lập một tuyến đường mới bao gồm yêu cầu về tuyến đường và phát hiện tuyến đường. Giao thức định tuyến theo u cầu có thể sử dụng ít băng thông hơn để duy trì nhưng độ trễ tăng. Hơn nữa, việc tìm kiếm tuyến đường có thể liên quan đến kiểm sốt lưu lượng truy cập, điều này có thể khiến việc định tuyến hoạt động thuần túy không phù hợp với lưu lượng truy cập thời gian thực. Định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu (AODV) và định tuyến nguồn động (DSR) là hai ví dụ của loại giao thức này.
i. Giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu (AODV)
Trong giao thức AODV, một nguồn phát một gói yêu cầu tuyến đường (RREQ) tới các hàng xóm của nó khi nhận được yêu cầu gửi một gói tin đến đích và hiện tại khơng có tuyến đường đến đích đó. Mỗi nút duy trì một bộ đếm tăng dần được gọi là broadcast ID, trong đó broadcast ID cùng với địa chỉ IP của nút nhận dạng duy nhất RREQ trong toàn bộ mạng. Nguồn cũng sử dụng một số trình tự đích (Destination Sequence Number - DSN) để xác định một đường dẫn cập nhật đến đích. Một nút cập nhật thơng tin đường dẫn của nó chỉ khi DSN của gói tin nhận được hiện tại lớn hơn DSN cuối cùng được lưu trữ tại nút đó. Mỗi nút trung gian tăng trường hop count trong RREQ bằng một và phát RREQ này cho đến khi nó đến đích hoặc nút có một DSN cao hơn.
ii. Định tuyến nguồn động (DSR)
DSR là một trong những giao thức định tuyến theo yêu cầu đầu tiên. Nó sử dụng các gói RREQ, RREP, và RERR để thiết lập và duy trì tuyến đường đến đích. Tuy nhiên, khơng giống như AODV, các gói này lưu trữ một danh sách các ID của nút dọc theo con đường từ nguồn đến đích, và ngược lại. Danh sách này được gắn vào trong tiêu đề gói tin khi truyền dữ liệu. Mỗi nút học các tuyến đường đến các nút khác khi nó khởi tạo một RREQ đến một đích đến cụ thể hoặc khi nó nằm trên một tuyến đường
đang hoạt động đến đích đó. Ngồi ra, một nút cũng có thể học một tuyến đường bằng cách lắng nghe các truyền dẫn dọc theo các tuyến mà nó khơng nằm trong đó.
2.4.3 Giao thức định tuyến lai ghép
Giao thức định tuyến lai ghép kết hợp các ưu điểm của cả hai giao thức trên để thực hiện tối ưu. Chúng tách topo tổng thể thành các khu vực lân cận riêng của một nút. Giao thức định tuyến theo khu vực (ZRP) là một trong những giao thức kết hợp như vậy tận dụng lợi thế của việc phát hiện chủ động trong vùng lân cận của một nút, và sử dụng một phản ứng giao tiếp giữa các khu lân cận dựa trên thực tế rằng giao tiếp tốt nhất là diễn ra giữa các nút gần nhau. Những thay đổi trong topo là quan trọng nhất trong vùng lân cận của một nút.
i. Giao thức định tuyến theo vùng (ZRP)
Giao thức định tuyến theo vùng (ZRP) được xây dựng bằng cách kết hợp các tính chất tốt nhất của cả hai phương pháp tiếp cận chủ động và định tuyến theo yêu cầu. ZRP nhằm giải quyết về vấn đề băng thông và độ trễ của các giao thức định tuyến chủ động và theo yêu cầu. Nó kết hợp những ưu điểm của cả hai giao thức định tuyến chủ động và giao thức định tuyến theo yêu cầu để có hiệu năng tối ưu. Giao thức hoạt động theo phương thức chia thành nhiều vùng nhỏ, các bản tin trao đổi trong một vùng với nhau thì sử dụng giao thức định tuyến chủ động, khi đích đến của gói tin nằm ngồi vùng thì sẽ sử dụng giao thức định tuyến theo yêu cầu. Những khu vực lân cận được gọi là các vùng, mỗi nút có thể nằm trong nhiều vùng chồng chéo, và mỗi vùng có thể có kích thước khác nhau. Một vùng bao gồm tất cả các nút có khoảng cách đến node trung tâm nhỏ hơn hoặc bằng bán kính của vùng.